CN107935459B - 一种纳米金贝壳粉内外墙涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种纳米金贝壳粉内墙涂料，其包含如下组分及其重量百分含量：纳米金贝壳粉70‑90wt.％、复合粘合剂10‑30wt.％和助剂0‑5wt.％。本发明通过向贝壳粉中有效负载纳米金，再结合电气石粉和粘合剂等材料，经过特殊的物理、化学过程制备方法，得到具有高抗污染性，净化空气，抑制细菌滋生，抗脱落，不变色，产品内部结构结合牢固，功能用途广泛的生态贝壳粉无机纳米复合涂料。

Description

一种纳米金贝壳粉内外墙涂料及其制备方法
技术领域
本发明属于新型的环保型内墙涂料领域，具体涉及一种纳米金贝壳粉内外墙涂料及其制备方法和用途。
背景技术
随着大气质量的恶化以及环保意识深入人心，人们对家装材料的性能及安全性的要求越来越高。当今装修大量使用的油漆、胶合板、皮革、泡沫填充物、塑料贴面等装修材料中含有几百种的挥发性有毒化合物，这些有毒有害气体严重危害人类的健康和生存环境。
对于生态环保涂料，国内外已开展全面研究，目前国际上公认的最具环保的涂料分别为水性涂料和粉末涂料，其中粉末涂料更是具有方便运输、容易成膜等诸多优点，采用天然材料制成干粉涂料是未来内外墙涂料的发展趋势。
贝壳粉是将天然贝壳通过高温煅烧、粉碎后制成。其组成成分为碳酸钙、氧化钙、氢氧化钙等钙化物，本身为多孔状，具有吸附、分解(甲醛、苯、TVOC、氨气)的作用及调节空气湿度、防腐防霉等功能，同时烧制的贝壳粉膜对包括大肠杆菌、沙门氏菌、黄色葡萄糖菌等在内的多种细菌有极强的抗菌和杀菌作用。以天然贝壳粉取代聚合物乳液作为基质，再配以粘合剂和助剂，制成的涂料将具有良好的吸附有害气体及抑菌效果。专利文献(公开号：CN1370807A)公开了一种以贝壳粉为主要原料的水基墙面涂料，具有粘附力强，耐洗刷、抗老化、降低毒性等综合安全环保性能，但是涂料体系中没有添加能够分解有害气体的材料，所以不能有效的净化室内空气。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种纳米金贝壳粉内墙涂料，通过向贝壳粉中有效负载纳米金，再结合电气石粉和粘合剂等材料，经过特殊的物理、化学过程制备方法，得到具有高抗污染性，净化空气，抑制细菌滋生，抗脱落，不变色，产品内部结构结合牢固，功能用途广泛的生态贝壳粉无机纳米复合涂料。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下。
本发明一方面涉及一种纳米金贝壳粉内墙涂料，其包含如下组分及其重量百分含量：
纳米金贝壳粉50-70wt.％
复合粘合剂30-50wt.％，和
助剂0-5wt.％。
优选地，在本发明所述的纳米金贝壳粉内墙涂料中，各组分的重量百分含量优选：
纳米金贝壳粉55-65wt.％
复合粘合剂35-45wt.％，和
助剂0-5wt.％。
在本发明所述的纳米金贝壳粉内墙涂料中，所述纳米金贝壳粉中含有1-3wt.％纳米金粒子，1-3wt.％电气石粉，余量为贝壳粉。优选地，在本发明所述的纳米金贝壳粉内墙涂料中，所述贝壳粉负载体中含有1.5-2.5wt.％纳米金粒子，1.2-2.2wt.％电气石粉，余量为贝壳粉。
其中，
所述纳米金粒子可以通过本领域已知的方法制备，但优选通过如下方法制备：
A、取金盐、表面活性剂和还原剂，分别用水配制成溶液形式，备用；各物质的用量为(重量份)：金盐1-5份，表面活性剂1-5份，还原剂25-30份，水70-80份；
B、向所述金盐溶液中加入表面活性剂溶液，置于搅拌机上搅拌30-60分钟，优选40-50分钟；
C、向步骤B得到的溶液中以每秒1-3滴、优选2滴的速度缓慢滴加还原剂溶液，滴加完毕后置于搅拌机上搅拌18-30小时，优选22-26小时；
D、将步骤C得到的溶液在9000-12000转/分、优选10000-11000的速度下离心10-60分钟，优选20-40分钟，弃上清液，并将沉淀干燥，得到纳米金粒子；
其中，所述金盐为氯金酸(HAuCl4)、三水合氯金酸(HAuCl4·3H2O)、四水合氯金酸(HAuCl4·4H2O)、二水合氯金酸钾(KAuCl4·2H2O)、二水合氯金酸钠(NaAuCl4·2H2O)、氯化金(AuCl3)、氯化亚金(AuCl)中的一种或多种，优选氯金酸(HAuCl4)、三水合氯金酸(HAuCl4·3H2O)、四水合氯金酸(HAuCl4·4H2O)、二水合氯金酸钾(KAuCl4·2H2O)、二水合氯金酸钠(NaAuCl4·2H2O)中的一种或多种，更优选三水合氯金酸(HAuCl4·3H2O)、二水合氯金酸钠(NaAuCl4·2H2O)中的一种或两种。
所述表面活性剂为二十二烷基三甲基溴化铵、十二烷基三甲基氯化铵、十二烷基二甲基苄基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵中的一种或多种。优选所述表面活性剂为二十二烷基三甲基溴化铵和十二烷基二甲基苄基氯化铵的混合物，二者的重量比为3:1-1:1，优选为2:1。上述表面活性剂对纳米金粒子的制备是有利的。不受任何理论的束缚，当表面活性剂选用二十二烷基三甲基溴化铵和十二烷基二甲基苄基氯化铵的混合物时，得到的纳米金粒子的粒径更加均匀，对甲醛、苯、TVOC(有机气态物质)的去除效果明显提高。
所述还原剂为硼氢化钠、硼氢化钾、抗坏血酸中的一种或多种，优选为硼氢化钠。
所述的电气石粉优选经过表面改性，其表面改性是本领域技术人员所熟知的，例如机械力化学法、表面化学法等(如杨雪等，电气石等粉体表面改性的研究进展.中国非金属矿工业导刊，2010年第6期)。本发明优选通过机械力化学法进行改性。
在本发明所述的纳米金贝壳粉内墙涂料中，所述复合粘合剂中含有80-98wt.％水，2-15wt.％聚乙烯醇，0.2-5wt.％纤维素或其衍生物。优选地，在本发明所述的纳米金贝壳粉内墙涂料中，所述复合粘合剂中含有87-96.5wt.％水，3-10wt.％聚乙烯醇，0.5-3wt.％纤维素或其衍生物。
其中，在本发明所述的实施方式中，所述纤维素或其衍生物包括纤维素、羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠，羧乙基纤维素，羧乙基纤维素钠；优选纤维素、羧甲基纤维素、羧乙基纤维素；更优选纤维素。
在本发明所述的纳米金贝壳粉内墙涂料中，其中，所述助剂包括防腐剂、颜料。
本发明另一方面涉及所述纳米金贝壳粉内墙涂料的方法，其中，包括如下步骤：
(1)纳米金粒子的制备
A、取金盐、表面活性剂和还原剂，分别用水配制成溶液形式，备用；各物质的用量为(重量份)：金盐1-5份，表面活性剂1-5份，还原剂25-30份，水70-80份；
B、向所述金盐溶液中加入表面活性剂溶液，置于搅拌机上搅拌30-60分钟，优选40-50分钟；
C、向步骤B得到的溶液中以每秒1-3滴、优选2滴的速度缓慢滴加还原剂溶液，滴加完毕后置于搅拌机上搅拌18-30小时，优选22-26小时；
D、将步骤C得到的溶液在9000-12000转/分的速度下离心10-60分钟，弃上清液，并将沉淀干燥，得到纳米金粒子；
其中，金盐、表面活性剂、还原剂等与前述定义相同；
(2)纳米金贝壳粉制备
取配方量的贝壳粉分散于水中，然后将步骤(1)制备得到的纳米金粒子与经表面改性的电气石粉分散与贝壳粉溶液中，充分搅拌混合以使纳米金粒子和电气石粉均匀分布于贝壳粉的孔状结构中；然后，蒸发掉溶剂水，以400-600℃、优选450-550℃、更优选500℃的温度煅烧0.5-5小时，优选2-3小时，即得纳米金贝壳粉复合材料；
(3)复合粘合剂制备
取配方量的水，向其中加入配方量的聚乙烯醇和纤维素或其衍生物，搅拌均匀，即得复合粘合剂
(4)纳米金贝壳粉内墙涂料制备
将步骤(2)制备得到的纳米金贝壳粉复合材料与步骤(3)得到的复合粘合剂，并任选的添加配方量的助剂，搅拌均匀，经磨浆机混合，即可得到纳米金贝壳粉内墙涂料。
本发明另一方面涉及所述纳米金贝壳粉内墙涂料用于净化室内空气的应用，其中可以净化甲醛、苯、TVOC等有害气体。
与现有技术相比本发明的有益效果是：
1、本发明涂料体系中以天然的贝壳粉为主要材料，不添加任何的有毒、有害物质，本身具有吸附、分解室内有毒气体的功能，同时具有施工简单的特点。
2、纳米级的金属金和电气石粉是负载到贝壳粉的微孔之中，与贝壳粉是一种紧密且牢固的结合，不会因擦洗而脱落，对室内空气进行净化和杀菌处理。
具体实施方式
下面结合实施例和应用对本发明作进一步的说明，实施例中的百分比均为重量百分比，但本发明并不局限于此。
一、制备实施例
实施例1：
混合55mL含0.3g二水合氯金酸钠(NaAuCl4·2H2O)的水溶液与10ml含0.28克二十二烷基三甲基溴化铵和0.14g十二烷基二甲基苄基氯化铵的水溶液，置于搅拌器上定速搅拌45分钟，然后以每秒2滴的速度将10mL含2.7克的硼氢化钠(NaBH4)的水溶液缓缓滴入，置于搅拌器上搅拌24小时，搅拌完成后，置于阴凉处，待混合溶液与去离子水分层后，萃取上层的混合溶液，即得到纳米金气体净化溶液。将步骤C得到的溶液在10000转/分的速度下离心30分钟，弃上清液，并将沉淀干燥，得到纳米金粒子。
取经高温煅烧的贝壳粉分散于水中，然后将得到的纳米金粒子与经机械力化学法表面改性的电气石粉分散与贝壳粉溶液中，充分搅拌混合以使纳米金粒子和电气石粉均匀分布于贝壳粉的孔状结构中；然后，蒸发掉溶剂水，以500℃的温度煅烧3小时，即得纳米金贝壳粉复合材料。测得复合材料中纳米金粒子的含量为2wt.％，电气石粉的含量为2wt.％。
将90wt.％的水、8wt.％的聚乙烯醇、2wt.％的纤维素混合均匀，制备成复合粘合剂；
将60wt.％上述制备得到的纳米金贝壳粉复合材料、37wt.％上述制备得到的复合粘合剂以及3wt.％的颜料混合搅拌均匀，经磨浆机混合，即可得到纳米金贝壳粉内墙涂料。
实施例2：
混合55mL含0.3g二水合氯金酸钠(NaAuCl4·2H2O)的水溶液与10ml含0.42克十二烷基二甲基苄基氯化铵的水溶液，置于搅拌器上定速搅拌45分钟，然后以每秒2滴的速度将10mL含2.7克的硼氢化钠(NaBH4)的水溶液缓缓滴入，置于搅拌器上搅拌24小时，搅拌完成后，置于阴凉处，待混合溶液与去离子水分层后，萃取上层的混合溶液，即得到纳米金气体净化溶液。将步骤C得到的溶液在10000转/分的速度下离心30分钟，弃上清液，并将沉淀干燥，得到纳米金粒子。
取经高温煅烧的贝壳粉分散于水中，然后将得到的纳米金粒子与经机械力化学法表面改性的电气石粉分散与贝壳粉溶液中，充分搅拌混合以使纳米金粒子和电气石粉均匀分布于贝壳粉的孔状结构中；然后，蒸发掉溶剂水，以500℃的温度煅烧3小时，即得纳米金贝壳粉复合材料。测得复合材料中纳米金粒子的含量为2.5wt.％，电气石粉的含量为1.2wt.％。
将87wt.％的水、10wt.％的聚乙烯醇、3wt.％的纤维素混合均匀，制备成复合粘合剂。
将55wt.％上述制备得到的纳米金贝壳粉复合材料、43wt.％上述制备得到的复合粘合剂以及2wt.％的颜料混合搅拌均匀，经磨浆机混合，即可得到纳米金贝壳粉内墙涂料。
实施例3：
混合55mL含0.3g二水合氯金酸钠(NaAuCl4·2H2O)的水溶液与10ml含0.28克二十二烷基三甲基溴化铵和0.14g十二烷基二甲基苄基氯化铵的水溶液，置于搅拌器上定速搅拌45分钟，然后以每秒2滴的速度将10mL含2.7克的硼氢化钠(NaBH4)的水溶液缓缓滴入，置于搅拌器上搅拌24小时，搅拌完成后，置于阴凉处，待混合溶液与去离子水分层后，萃取上层的混合溶液，即得到纳米金气体净化溶液。将步骤C得到的溶液在10000转/分的速度下离心30分钟，弃上清液，并将沉淀干燥，得到纳米金粒子。
取经高温煅烧的贝壳粉分散于水中，然后将得到的纳米金粒子与经机械力化学法表面改性的电气石粉分散与贝壳粉溶液中，充分搅拌混合以使纳米金粒子和电气石粉均匀分布于贝壳粉的孔状结构中；然后，蒸发掉溶剂水，以500℃的温度煅烧3小时，即得纳米金贝壳粉复合材料。测得复合材料中纳米金粒子的含量为1.5wt.％，电气石粉的含量为2.2wt.％。
将96wt.％的水、3wt.％的聚乙烯醇、1wt.％的纤维素混合均匀，制备成复合粘合剂。
将61wt.％上述制备得到的纳米金贝壳粉复合材料、35wt.％上述制备得到的复合粘合剂以及4wt.％的颜料混合搅拌均匀，经磨浆机混合，即可得到纳米金贝壳粉内墙涂料。
实施例4：
混合55mL含0.3g二水合氯金酸钠(NaAuCl4·2H2O)的水溶液与10ml含0.42克十二烷基二甲基苄基氯化铵的水溶液，置于搅拌器上定速搅拌45分钟，然后以每秒2滴的速度将10mL含2.7克的硼氢化钠(NaBH4)的水溶液缓缓滴入，置于搅拌器上搅拌24小时，搅拌完成后，置于阴凉处，待混合溶液与去离子水分层后，萃取上层的混合溶液，即得到纳米金气体净化溶液。将步骤C得到的溶液在10000转/分的速度下离心30分钟，弃上清液，并将沉淀干燥，得到纳米金粒子。
取经高温煅烧的贝壳粉分散于水中，然后将得到的纳米金粒子与经机械力化学法表面改性的电气石粉分散与贝壳粉溶液中，充分搅拌混合以使纳米金粒子和电气石粉均匀分布于贝壳粉的孔状结构中；然后，蒸发掉溶剂水，以500℃的温度煅烧3小时，即得纳米金贝壳粉复合材料。测得复合材料中纳米金粒子的含量为3wt.％，电气石粉的含量为3wt.％。
将80wt.％的水、15wt.％的聚乙烯醇、5wt.％的纤维素混合均匀，制备成复合粘合剂。
将50wt.％上述制备得到的纳米金贝壳粉复合材料、45wt.％上述制备得到的复合粘合剂以及5wt.％的颜料混合搅拌均匀，经磨浆机混合，即可得到纳米金贝壳粉内墙涂料。
对比例1：
将90wt.％的水、8wt.％的聚乙烯醇、2wt.％的纤维素混合均匀，制备成复合粘合剂；
将60wt.％上述制备得到的纳米金贝壳粉复合材料、37wt.％上述制备得到的复合粘合剂以及3wt.％的颜料混合搅拌均匀，经磨浆机混合，即可得到纳米金贝壳粉内墙涂料。
二、效果检测
将制得的纳米金贝壳粉内墙涂料送至广东省微生物分析检测中心对其性能及效果进行检测。
(1)甲醛去除效果试验
将样品在多种试验条件下进行甲醛的去除率检测，检测依据和方法按QB/T2761-2006进行。
表1为样品在1.5m3试验舱内进行甲醛的去除率检测结果。
表1试验舱内甲醛去除率检测结果
Figure BDA0001465745520000101
结果显示，本发明实施例制备得到的负载有纳米金粒子与电气石粉的涂料对甲醛的去除效果明显高于未负载的对照样品。进一步的，通过使用二十二烷基三甲基溴化铵与十二烷基二甲基苄基氯化铵的复合表面活性剂制备得到的纳米金粒子制备而成的涂料对甲醛的去除效果更好，是本发明优选的。
(2)苯去除效果试验
将样品在1.5m3试验舱内进行苯的去除率检测，检测依据和方法按QB/T2761-2006进行。检测结果如表2所示。
表2试验舱内苯去除率检测结果
Figure BDA0001465745520000111
结果显示，本发明实施例制备得到的负载有纳米金粒子与电气石粉的涂料对苯的去除效果明显高于未负载的对照样品。进一步的，通过使用二十二烷基三甲基溴化铵与十二烷基二甲基苄基氯化铵的复合表面活性剂制备得到的纳米金粒子制备而成的涂料对苯的去除效果更好，是本发明优选的。
(3)TVOC去除效果试验
将样品在1.5m3试验舱内进行TVOC去除率的检测，检测依据和方法按QB/T2761-2006进行。检测结果如表3所示，
表3试验舱内TVOC去除率检测结果
Figure BDA0001465745520000112
Figure BDA0001465745520000121
结果显示，本发明实施例制备得到的负载有纳米金粒子与电气石粉的涂料对TVOC的去除效果明显高于未负载的对照样品。进一步的，通过使用二十二烷基三甲基溴化铵与十二烷基二甲基苄基氯化铵的复合表面活性剂制备得到的纳米金粒子制备而成的涂料对TVOC的去除效果更好，是本发明优选的。
本发明已经通过具体的实施例进行了描述。本领域技术人员可以借鉴本发明的内容适当改变原料、工艺条件等环节来实现相应的其它目的，其相关改变都没有脱离本发明的内容，所有类似的替换和改动对于本领域技术人员来说是显而易见的，都被视为包括在本发明的范围之内。

Claims (2)

1.一种纳米金贝壳粉内墙涂料，其特征在于：包含如下组分及其重量百分含量：
纳米金贝壳粉 60 wt.％
复合粘合剂 37 wt.％，和
颜料 3 wt.%；
所述纳米金贝壳粉中含有2 wt.%的纳米金粒子，2 wt.%的电气石粉，余量为贝壳粉；
所述复合粘合剂中含有90 wt.％的水、8wt.％的聚乙烯醇、2 wt.％的纤维素；
所述纳米金贝壳粉内墙涂料的制备方法包括以下步骤：
混合55mL含0.3g二水合氯金酸钠NaAuCl4•2H2O的水溶液与10ml含0.28克二十二烷基三甲基溴化铵和0.14g十二烷基二甲基苄基氯化铵的水溶液，置于搅拌器上定速搅拌45分钟，然后以每秒2滴的速度将10mL含2.7克的硼氢化钠NaBH4的水溶液缓缓滴入，置于搅拌器上搅拌24小时，搅拌完成后，置于阴凉处，待混合溶液与去离子水分层后，萃取上层的混合溶液，即得到纳米金气体净化溶液；将纳米金气体净化溶液在10000转/分的速度下离心30分钟，弃上清液，并将沉淀干燥，得到纳米金粒子；
取经高温煅烧的贝壳粉分散于水中，然后将得到的纳米金粒子与经机械力化学法表面改性的电气石粉分散于贝壳粉溶液中，充分搅拌混合以使纳米金粒子和电气石粉均匀分布于贝壳粉的孔状结构中；然后，蒸发掉溶剂水，以500℃的温度煅烧3小时，即得纳米金贝壳粉；
将90 wt.％的水、8wt.％的聚乙烯醇、2 wt.％的纤维素混合均匀，制备成复合粘合剂；
将60 wt.%上述制备得到的纳米金贝壳粉、37 wt.%上述制备得到的复合粘合剂以及3wt.%的颜料混合搅拌均匀，经磨浆机混合，即可得到纳米金贝壳粉内墙涂料。
2.一种权利要求1所述的纳米金贝壳粉内墙涂料用于净化室内空气的应用。
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