CN107722698B - 一种贝壳粉纳米银抗菌防霉水性涂料及其生产装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种贝壳粉纳米银抗菌防霉水性涂料及其生产装置，属于涂料技术领域，水性涂料由以下成分组成：改性贝壳粉、钛白粉、纳米银、粘接剂、水，生产装置，包括反应釜，反应釜上端分别连接有固体混料筒和液体混料筒，固体混料筒上端通过供料管连接有供料仓，供料管末端连接有吹气泵，反应釜底部和侧面中部通过连通管路连接有循环泵，循环泵上方连接的连通管路上开设有出料口，本发明的涂料成本低，能耗小，无毒性，粘附力、耐水性、抑菌性、防霉性等综合力学性能好。
Description
技术领域
本发明属于涂料技术领域，具体涉及一种贝壳粉纳米银抗菌防霉水性涂料及其生产装置。
背景技术
所谓涂料是涂覆在被保护或被装饰的物体表面，并能与被涂物形成牢固附着的连续薄膜，通常是以树脂、或油、或乳液为主，添加或不添加颜料、填料，添加相应助剂，用有机溶剂或水配制而成的粘稠液体。
室内用涂料主要分为水性涂料和溶剂性涂料两种，产生污染的主要是溶剂性涂料，而使用环保的水性涂料便可以完全免除对涂料污染的担忧。中国涂料工业协会专家认为，任何溶剂性涂料都会含有50%或以上的有机溶剂。，目前市场上的墙面漆大多数都采用了水性乳胶漆，但用于家具的木器漆仍大量使用溶剂性漆。
目前，环保标志成为涂料市场上最有力的“通行证”，但有关部门曾到市场上挨家检查，发现80%以上的环保标志全部都是仿制或自制的。“假环保”涂料的盛行，给消费者辨别带来较大难度。专家介绍，在这种环境下，一个简单的判断就是选用水性漆，溶剂性涂料成膜干瘦，缺少层次质感，低档漆粗糙，高档漆如塑料片。耐水性差长期处于潮湿环境中起泡脱落。生产链中须加入各种三苯类化工溶剂和防霉剂,开桶有明显异味。透气性差不能调节湿度和祛除有害异味。成本随石油涨价攀升产品质量下降，不能直接用于水泥石灰碱性墙面。大量使用石油丙烯酸乳液作为基料粘结剂和高耗能钛白粉，高耗能、高污染排放，高生产成本，高资源消耗。过度消耗不可再生石油资源造成高温室气体排放和气候变暖，人与自然不能和谐相处生产力不可持续发展。产业高昂投入与污染正比，浪费能源破坏自然生态，地球环境不堪重负。
而且现有技术中生产涂料的装置普遍存在，生产的涂料易结块，出现沉降，原料反应不充分等问题，导致生产出来的涂料在实际使用中效果往往不是很理想。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种成本低，能耗小，无毒性，粘附力、耐水性、抑菌性、防霉性等综合力学性能好的一种贝壳粉纳米银抗菌防霉水性涂料。
本发明的目的之二在于提供一种在原料预混合中可细化原料，将混合完毕的反应原料加入反应釜两个过程的连续化进行，对原料进行磁力搅拌的一种贝壳粉纳米银抗菌防霉水性涂料生产装置。
本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：一种贝壳粉纳米银抗菌防霉水性涂料，水性涂料由以下成分及重量份组成：改性贝壳粉20-45份、钛白粉5-8份、纳米银7-12份、粘接剂3-5份、水24-60份，本发明的水性涂料生产成本低，成本仅为同品质溶剂型涂料的1/2-2/3并且可直接用于水泥石灰碱性墙面，取消了腻子和底漆，进一步降低涂刷成本，简化涂覆工序；本水性涂料中不含丙烯酸乳液并减少了钛白粉的使用，减少传统生产链产品耗能、生产能耗、资源；且选用的原材料及生产产生的能耗和温室气体排放量少，以固体废弃贝壳制备的贝壳粉为原料代替常规涂料中的石灰有利于保护陆地、海洋、水域免遭环境污染并防止山林大规模开采破坏；且加入的纳米银对大肠杆菌、淋球菌、沙眼衣原体等数十种致病微生物都有强烈的抑制和杀灭作用，制备的涂料抗菌防霉效果优异，遇水情况下，涂料的抗菌防霉效果愈发增强。
作为优选，改性贝壳粉的制备步骤为：取过80-130目贻贝壳粉加入到浓度为3-5wt%的柠檬酸溶液和1-3wt%的N-1-萘基乙二胺二盐酸盐溶液的混合溶液中并搅拌均匀，固液比为1:3-4，酸活化1-2h后得到酸活化贻贝壳粉液,将上述酸活化贻贝壳粉液在500℃-620℃下进行热活化，0.5-1h 后取出得到热活化贻贝壳粉，将热活化贻贝壳粉粉碎过200-240目后得到改性贻贝壳粉，经过改性的贝壳粉具有多孔结构，取得意想不到的非线性吸附效果，能更容易的吸附重金属离子及甲醛等有害物质或气体，以改性贝壳粉为主原料的涂料会对重金属离子及甲醛等有害物质或气体的吸附效果显著增强。
作为优选，酸活化过程中采用超声波辅助活化，超声波功率100-150w，时间为10-14min，并且在超声波辅助活化过程中放入直径为1-3mm的磁球，在酸活化过程中利用超声波进一步增强柠檬酸溶液和N-1-萘基乙二胺二盐酸盐溶液的混合溶液对贝壳的酸活化效果，并且加入的磁球会进一步提高改性的贝壳粉的吸附效果。
作为优选，粘接剂由以下成分及重量份组成：聚氨酯预聚体27~38份、E032~4份、丁酮1~3份、聚甘油脂肪酸酯0.3-0.4份、环己酮10~17份，聚氨酯预聚体由以下聚ε-己内酯二醇94~102份、2，4-甲苯二异氰酸酯30~35份、二月桂酸二丁基锡0.6~0.75份、二甲苯1.5-3份，上述粘结剂的填充量高，具有吸波效果，采用上述粘结剂制备的涂料耐冲击性、附着力、柔韧性可得到明显增强，加入聚甘油脂肪酸酯后的粘结剂的粘结效果得到意想不到的增强，且加入上述粘结剂制备的涂料耐高温效果优异。
一种贝壳粉纳米银抗菌防霉水性涂料生产装置，包括反应釜，反应釜上端分别连接有固体混料筒和液体混料筒，固体混料筒上端通过供料管连接有供料仓，供料管末端连接有吹气泵，反应釜底部和侧面中部通过连通管路连接有循环泵，循环泵上方连接的连通管路上开设有出料口，上述生产装置可实现在固体原料或液体原料未进入反应釜之前进行固体或液体原料预混，经过预混的固体、液体原料在反应釜内进行混合，有利于各原料充分混合，利于制备的水性涂料各成分分散均匀，将混合完毕的反应原料加入反应釜两个过程的连续化进行。
作为优选，固体混料筒上端设有固体进料口，供料管与固体混料筒倾斜连接，斜角α为62°~84°，有利于固体物料向下滑移到固体混料筒内，采用上述斜角利于固体原料快速下落，下落速度优于同规格的进料装置，提高涂料的生产速度和质量，固体混料筒和供料管内壁均设有螺旋状导流槽，导流槽的设置可延长固体物料在固体混料筒和供料管内的时间，利于固体原料发生冲击并且充分混合，液体混料筒内壁上设有不规则排布的扰流片，有利于延长液体原料再液体混料筒内的时间，利于各种液体原料预混的效果。
作为优选，反应釜上部设有电机，反应釜内的搅拌器通过联轴器与电机上的转轴连接，反应釜上端盖两侧分别设有倾斜设置的固体进料口和垂直设置的液体进料口，反应釜的釜体底部和侧面中部分别设有与连通管路连接的连通管进料口和连通管出料口，釜体内部设有加热腔，釜体内壁底部放置有搅拌球，搅拌球的球心处设有磁铁。上述反应釜可充分对需混合的涂料各成分进行混配，可控制反应过程的温度、压力、搅拌速度等条件，且反应釜内内放有具有磁性的搅拌球，搅拌球可防止在混配过程中涂料成分出现结块，或者混配不均等情况出现，磁性的搅拌球还可提高制备得到的涂料的吸波效果。
作为优选，固体进料口与水平线的夹角为52°~73°，固体进料口的出口端设有与反应釜上端盖连接的冲击板，冲击板对应固体进料口的表面均布有冲击斜板，冲击斜板的表面粗糙度为0.1~0.4μm，冲击斜板上方设有倾斜的导流孔，导流孔内壁交叉设有导流槽，固体原料经过气流推进会获得很高的流动速度，使其冲击到冲击板上有利于冲散预混的固体原料，并且较高流速的固体原料再冲击过程中会进一步碎裂，有利于固体原料预液体原料的反应效果，且导流孔内壁交叉设置的导流槽可使经过导流孔内的固体原料粉末发生碰撞，不仅有利于固体原料的混合还利于固体原料的粉碎，冲击板的设置不仅有利于对固体原料粉碎和混合，还避免高速流动的固体原料冲击反应釜内壁其他部件，造成其他部件的损坏。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1）以固体废弃贝壳制备的贝壳粉为原料代替常规涂料中的石灰有利于保护陆地、海洋、水域免遭环境污染并防止山林大规模开采破坏；
2）在涂料中加入纳米银，制备的涂料抗菌防霉效果优异，遇水情况下，涂料的抗菌防霉效果愈发增强；
3）本发明的水性涂料生产成本低，成本仅为同品质溶剂型涂料的1/2-2/3并且可直接用于水泥石灰碱性墙面，取消了腻子和底漆，进一步降低涂刷成本，简化涂覆工序；
4）本发明水性涂料中不含丙烯酸乳液并减少了钛白粉的使用，减少传统生产链产品耗能、生产能耗、资源，生产的涂料对重金属离子及甲醛等有害物质或气体的吸附效果强；
5）涂料上墙后，贝壳粉中的氢氧化钙会不断与空气中的二氧化碳反应生成碳酸钙硬质表面保护层，与粘结剂表面成膜双重功效使其防水，抗老化等性能优越；
6）本发明的涂料生产装置在原料预混合中可细化原料，将混合完毕的反应原料加入反应釜两个过程的连续化进行，对原料进行磁力搅拌提高制备得到的涂料的吸波效果。
附图说明
图1为本发明涂料生产装置的示意图；
图2为本发明涂料生产装置中反应釜的示意图；
图3为本发明涂料生产装置中冲击板的示意图；
图4为本发明涂料生产装置中搅拌球的示意图。
附图标记说明：1吹气泵；2供料仓；3固体进料口；4固体混料筒；5反应釜；501电机；502液体进料口；503联轴器；504连通管进料口；505搅拌器；506连通管出料口；507固体进料口；508冲击板；508a冲击斜板；508b导流孔；509釜体；510加热腔；511搅拌球；511a磁铁；6供应管路；7液体混料筒；8扰流片；9连通管路；10出料口；11循环泵；12供料管。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明作进一步详细描述：
实施例1：
一种贝壳粉纳米银抗菌防霉水性涂料，水性涂料由以下成分及优选重量份组成：改性贝壳粉27份、钛白粉6份、纳米银10份、粘接剂4份、水34份，粘接剂由以下成分及重量份组成：聚氨酯预聚体32份、E03 2份、丁酮2份、聚甘油脂肪酸酯0.35份、环己酮14份，聚氨酯预聚体由以下聚ε-己内酯二醇98份、2，4-甲苯二异氰酸酯33份、二月桂酸二丁基锡0.7份、二甲苯2份，环氧树脂为E03牌号双酚A 型环氧树脂。
改性贝壳粉的制备步骤为：取过100目贻贝壳粉加入到浓度为4wt%的柠檬酸溶液和2wt%的N-1-萘基乙二胺二盐酸盐溶液的混合溶液中并搅拌均匀，固液比为1:3，酸活化1h后得到酸活化贻贝壳粉液,将上述酸活化贻贝壳粉液在560℃下进行热活化，0.8h 后取出得到热活化贻贝壳粉，将热活化贻贝壳粉粉碎过220目后得到改性贻贝壳粉，酸活化过程中采用超声波辅助活化，超声波功率100w，时间为12min，并且在超声波辅助活化过程中放入直径为1mm的磁球。
本发明的水性涂料生产成本低，成本仅为同品质溶剂型涂料的1/2-2/3并且可直接用于水泥石灰碱性墙面，取消了腻子和底漆，进一步降低涂刷成本，简化涂覆工序；本水性涂料中不含丙烯酸乳液并减少了钛白粉的使用，减少传统生产链产品耗能、生产能耗、资源；且选用的原材料及生产产生的能耗和温室气体排放量少，贝壳粉是一种天然的、廉价的、丰富的资源，以固体废弃贝壳制备的贝壳粉为原料代替常规涂料中的石灰有利于保护陆地、海洋、水域免遭环境污染并防止山林大规模开采破坏；且加入的纳米银(NanoSilver)就是将粒径做到纳米级的金属银单质。纳米银粒径大多在25纳米左右，对大肠杆菌、淋球菌、沙眼衣原体等数十种致病微生物都有强烈的抑制和杀灭作用，而且不会产生耐药性。动物试验表明，这种纳米银抗菌微粉即使用量达到标准剂量的几千倍，受试动物也无中毒表现。同时，它对受损上皮细胞还具有促进修复作用，制备的涂料抗菌防霉效果优异，遇水情况下，涂料的抗菌防霉效果愈发增强，涂料的粘附力、耐水性、抗老化、耐洗刷性、耐热、耐冻、耐碱等综合性能高，贝壳粉本身含有丰富的天然甲壳素类粘结剂及活性物质，是完全无毒的，具有良好的粘结性能和抗水抗蚀性能，与基料粘结剂互溶或化合反应后大大强化了粘结剂的效果，因为可以减少有毒粘结剂使用量30%-70%。
如图1-4所示，一种贝壳粉纳米银抗菌防霉水性涂料生产装置，包括反应釜5，反应釜5上部设有电机501，反应釜5内的搅拌器505通过联轴器503与电机501上的转轴连接，反应釜5上端盖两侧分别设有倾斜设置的固体进料口507和垂直设置的液体进料口502，反应釜5的釜体509底部和侧面中部分别设有与连通管路9连接的连通管进料口504和连通管出料口506，釜体509内部设有加热腔510，釜体509内壁底部放置有搅拌球511，搅拌球511的球心处设有磁铁511a，反应釜5上端分别连接有固体混料筒4和液体混料筒7，固体混料筒4上端设有固体进料口3，供料管12与固体混料筒4倾斜连接，斜角α为74°，有利于固体物料向下滑移到固体混料筒4内，采用上述斜角利于固体原料快速下落，下落速度优于同规格的进料装置，提高涂料的生产速度和质量，固体混料筒4和供料管12内壁均设有螺旋状导流槽，导流槽的设置可延长固体物料在固体混料筒4和供料管12内的时间，利于固体原料发生冲击并且充分混合，液体混料筒7内壁上设有不规则排布的扰流片8，有利于延长液体原料再液体混料筒7内的时间，利于各种液体原料预混的效果，固体混料筒5上端通过供料管12连接有供料仓2，供料管12末端连接有吹气泵1，反应釜5底部和侧面中部通过连通管路9连接有循环泵11，循环泵11上方连接的连通管路9上开设有出料口10，固体进料口507与水平线的夹角为60°，固体进料口507的出口端设有与反应釜5上端盖连接的冲击板8，冲击板8对应固体进料口507的表面均布有冲击斜板508a，冲击斜板508a的表面粗糙度为0.1~0.4μm，冲击斜板508a上方设有倾斜的导流孔508b，导流孔508b内壁交叉设有导流槽。
实施例2：
一种贝壳粉纳米银抗菌防霉水性涂料，水性涂料由以下成分及重量份组成：改性贝壳粉38份、钛白粉7份、纳米银10份、粘接剂4份、水30份，粘接剂由以下成分及重量份组成：聚氨酯预聚体32份、E03 4份、丁酮2份、聚甘油脂肪酸酯0.35份、环己酮14份，聚氨酯预聚体由以下聚ε-己内酯二醇100份、2，4-甲苯二异氰酸酯31份、二月桂酸二丁基锡0.62份、二甲苯3份，环氧树脂为E03牌号双酚A 型环氧树脂。
改性贝壳粉的制备步骤为：取过120目贻贝壳粉加入到浓度为3wt%的柠檬酸溶液和1wt%的N-1-萘基乙二胺二盐酸盐溶液的混合溶液中并搅拌均匀，固液比为1:4，酸活化2h后得到酸活化贻贝壳粉液,将上述酸活化贻贝壳粉液在500℃下进行热活化，1h 后取出得到热活化贻贝壳粉，将热活化贻贝壳粉粉碎过240目后得到改性贻贝壳粉，酸活化过程中采用超声波辅助活化，超声波功率150w，时间为11min，并且在超声波辅助活化过程中放入直径为2mm的磁球。
如图1-4所示，本发明的一种贝壳粉纳米银抗菌防霉水性涂料生产装置实际使用时：固体原料可由供料仓2和固体进料口3同时进入到固体混料筒4内，同时吹气泵1对供料管12进行吹气，使在供料管12和固体混料筒4内的固体原料螺旋状运动并且混匀，延长固体原料再固体混料筒4内的时间，同时逐渐加快固体原料的流速使其与冲击板508上的冲击斜板508b发生碰撞，若有原料通过导流孔508b，经过导流孔508内的固体原料粉末发生碰撞，不仅有利于固体原料的混合还利于固体原料的粉碎，冲击板8的设置不仅有利于对固体原料粉碎和混合，还避免高速流动的固体原料冲击反应釜5内壁其他部件，造成其他部件的损坏，供应管路6输送不同的液体原料进入液体混料筒7中，扰流板8可延长液体原料再液体混料筒7中的时间还可促进液体原料预混合，当液体原料和固体原料都到达反应釜5中后，反应釜5工作，并且带动搅拌球511提升制备的涂料的效果，反应釜5侧方的循环泵11将混合完毕的反应原料加入反应釜5两个过程的连续化进行。
实施例3：
对本发明的贝壳粉纳米银抗菌防霉水性涂料的测试：将本发明制备的水性涂料与舟山随机抽选的超市中的抗菌防霉涂料（对照组）进行实验对比，将本发明的涂料和对照组涂料分别墙面上进行实验，实验结果如下：
1）抑菌、发霉，将本发明实施例1和2的涂料及对照组涂料涂覆在房间的墙壁上，涂覆面积相同，房间的房门、窗均打开，2月后进行测试墙面上的大肠杆菌和金黄色葡萄球均情况及测定发霉面积（发霉区域占涂料涂覆面积的范围），情况如下表：
2）附着力、柔韧性、干燥时间和耐冲击性，根据GB18582-2008测试本发明实施例1、2的涂料及对照组涂料的附着力、柔韧性、干燥时间和耐冲击性，采用小室燃烧法测试，结果如下表所示：
由上述实验结果可知，本发明的水性涂料综合效果明显优于同类型的水性涂料。
上述实施例1、2中的常规操作为本领域技术人员所熟知，在此不进行赘述。
以上所述的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种贝壳粉纳米银抗菌防霉水性涂料生产装置，包括反应釜（5），其特征在于：所述反应釜（5）上端分别连接有固体混料筒（4）和液体混料筒（7），所述固体混料筒（5）上端通过供料管（12）连接有供料仓（2），所述供料管（12）末端连接有吹气泵（1），所述反应釜（5）底部和侧面中部通过连通管路（9）连接有循环泵（11），所述循环泵（11）上方连接的连通管路（9）上开设有出料口（10）;所述固体混料筒（4）上端设有固体进料口（3），所述供料管（12）与固体混料筒（4）倾斜连接，斜角α为62°~84°，所述固体混料筒（4）和供料管（12）内壁均设有螺旋状导流槽，所述液体混料筒（7）内壁上设有不规则排布的扰流片（8）;所述反应釜（5）上部设有电机（501），所述反应釜（5）内的搅拌器（505）通过联轴器（503）与电机（501）上的转轴连接，所述反应釜（5）上端盖两侧分别设有倾斜设置的固体进料口（507）和垂直设置的液体进料口（502），所述反应釜（5）的釜体（509）底部和侧面中部分别设有与连通管路（9）连接的连通管进料口（504）和连通管出料口（506），所述釜体（509）内部设有加热腔（510），所述釜体（509）内壁底部放置有搅拌球（511），所述搅拌球（511）的球心处设有磁铁（511a）。
2.根据权利要求1所述的一种贝壳粉纳米银抗菌防霉水性涂料生产装置，其特征在于：所述固体进料口（507）与水平线的夹角为52°~73°，所述固体进料口（507）的出口端设有与反应釜（5）上端盖连接的冲击板（8），所述冲击板（8）对应固体进料口（507）的表面均布有冲击斜板（508a），所述冲击斜板（508a）的表面粗糙度为0.1~0.4μm，所述冲击斜板（508a）上方设有倾斜的导流孔（508b），所述导流孔（508b）内壁交叉设有导流槽。
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