CN108587342A - 一种纳米二氧化钛光催化杀菌净化涂料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纳米二氧化钛光催化杀菌净化涂料，由以下重量份的原料制成：纳米二氧化钛38‑55％、氟碳乳液10‑30％、无机多孔性物质2‑5％、稀土抗菌剂1.5‑3.5％、负离子释放剂1‑3％、功能助剂1.4‑5.0％、钛酸酯偶联剂2‑4％、润湿分散剂0.4‑0.8％，余量为去离子水。本发明的涂料具有净化空气、杀灭细菌等功效，绿色环保，同时具有优异的抗老化性、耐洗刷性、粘结性、耐腐蚀性等性能，可直接取代腻子粉和乳胶漆，和水泥砂浆墙面直接结合，牢固，不起皮，不脱落，不裂纹。

Description

一种纳米二氧化钛光催化杀菌净化涂料
技术领域
本发明涉及涂料技术领域，具体涉及一种纳米二氧化钛光催化杀菌净化涂料。
背景技术
涂料是一种涂覆在被保护和被装饰基体表面并能形成牢固附着的连续薄膜的新型高分子材料和配套工程材料，应用领域极其广泛。目前建筑涂料主要起到装饰和保护作用，很少涉及到抗菌和空气净化功能。
目前室内空气污染严重而且日益加剧。据最近几年的调查发现，室内空气污染程度比室外还严重。室内空气污染受多种因素影响，除了大气污染进入室内之外，还有室内污染源发生。现代建筑材料、装饰材料、地毯、家具、办公用品等都会释放出甲醛、苯系物、四氯乙烯等对人体有害的挥发性有机物(VOCs)。此外，家居室内还有来自地毯、卧具、家具等的细菌、真菌、螨虫等生物污染，它们可以引起过敏性肺炎、鼻炎、皮肤过敏等疾病。现在空调机日益普及，导致室内外空气对流少，室内空气反复循环很少进入空气交换系统，不仅挥发性污染物日积月累不断增多，而且还便于微生物感染性疾病的传播。现代人一天之中有80％的时间是在室内度过，室内空气质量对人体健康的影响更为直接，随着生活水平的不断提高，室内空气污染及其所带来的危害越来越显著，提高室内空气质量，改善人们生活空间、工作环境，对人体健康十分重要。
因此，急需一种既能杀菌又能净化空气的涂料。
在中国专利(申请号：CN201310073600.6)中一种可见光纳米二氧化钛光催化杀菌净化固体粉末涂料，包括下述重量比的原料：具有可见光活性的纳米二氧化钛1-20％，硅酸盐20-70％，石膏粉3-5％，钛白粉5-10％，粉末抗结剂0.1-5％，固化调理剂1-10％，无机颜料1-10％，填料1-20％。该涂料不会产生污染物，且具有在可见光下净化空气、杀灭细菌等功效，绿色环保。可直接取代腻子粉和乳胶漆，和水泥砂浆墙面直接结合，牢固，不起皮，不脱落，不裂纹。但是其净化空气、杀灭细菌能力有限，并且使用的纳米二氧化钛对细菌的选择杀灭性以及抗菌作用仍较弱，无法满足日益严格的人居环境的要求。
而在中国专利(申请号：CN201410781164.2)提出一种发光光催化涂料及其制备方法，包括如下组份：光催化二氧化钛纳米管25-65％、长效稀土夜光粉5-10％、颜料，15-25％、溶剂3-5％、分散剂2-15％、防泡剂2-5％、杀菌剂1-3％以及碳酸钙3-5％。该涂料具有较好的净化空气、杀灭细菌功效，能够满足日益严格的人居环境的要求。但是其存在有机溶剂，会对环境造成危害。
基于此，有必要提供一种纳米二氧化钛光催化杀菌净化涂料及其制备方法，在满足净化空气、杀灭细菌作用的同时，不会产生污染物，绿色环保，同时具有优异的抗老化性、耐洗刷性、粘结性、耐腐蚀性等性能。
发明内容
鉴于上述对现有技术的分析，本发明提供了一种纳米二氧化钛光催化杀菌净化涂料，具有净化空气、杀灭细菌等功效，绿色环保，同时具有优异的抗老化性、耐洗刷性、粘结性、耐腐蚀性等性能。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现的：
一种纳米二氧化钛光催化杀菌净化涂料，由以下重量份的原料制成：
优选的，所述纳米二氧化钛为锐钛矿型二氧化钛，粒径为15-50nm，比表面积为80-200m2/g。
优选的，所述无机多孔性物质选自沸石、硅胶、磷酸钛盐及磷酸盐的至少一种。
优选的，所述稀土抗菌剂由重量比为1:1:1的氧化锌、氧化铈和氧化银制成。
优选的，所述负离子释放剂为铁镁电气石粉、三氧化二铽和麦饭石粉的混合物，其中，所述混合物中铁镁电气石粉的含量不少于18％，所述三氧化二铽与麦饭石粉的重量比不小于2:1。
优选的，所述润湿分散剂为脂肪酰二乙醇胺。
优选的，所述功能助剂包括增稠剂、消泡剂、成膜助剂、防霉剂、流平剂和流平助剂。
优选的，所述增稠剂为羟乙基纤维素；所述消泡剂为有机硅氧烷；所述成膜助剂为二丙二醇丁醚；所述防霉剂为硫代氨基酸酯；所述流平剂为BYK-333；所述流平助剂为RM2020。
优选的，其特征在于，所述增稠剂在所述涂料中的质量含量为0.1-0.5％；所述消泡剂在所述涂料中的质量含量为0.2-0.7％；所述成膜助剂在所述涂料中的质量含量为0.5-1.5％；所述防霉剂在所述涂料中的质量含量为0.2-0.8％；所述流平剂在所述涂料中的质量含量为0.1-0.3％；所述流平助剂在所述涂料中的质量含量为0.3-1.2％。
本发明还提供了上述纳米二氧化钛光催化杀菌净化涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将纳米二氧化钛、1/3去离子水和钛酸酯偶联剂混合均匀后在60℃水浴回流反应5h，然后降温至室温，产物经过离心分离和洗涤，得到钛酸酯偶联剂改性的纳米纳米二氧化钛；
(2)将稀土抗菌剂、负离子释放剂依次加入到氟碳乳液中，在750rpm的转速下，搅拌15min，再加入步骤(1)中的改性的纳米二氧化钛、无机多孔性物质、润湿分散剂，在1200rpm的转速下打浆，当浆体的细度≤50μm时，将转速下调至500rpm进行冷却；
(3)冷却后加入功能助剂和剩余的的去离子水，最后调节涂料的粘度，静置即得成品。
本发明与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
(1)本发明在可见光下即可净化空气，杀菌消毒，防止霉变。
(2)本发明通过对纳米二氧化钛进行改性处理，使其不仅在紫外光下起到作用，也可在可见光甚至日光下产生光催化性能，拓展了其应用范围，达到更好的净化空气、抗菌防霉效果。
(3)本发明采用纳米级二氧化钛，具有优异的光催化性能，但存在着容易吸附而发生团聚，而本发明通过加入润湿分散剂脂肪酰二乙醇胺使其分散成有效的纳米级粒子，从而更好地发生纳米二氧化钛的光催化性能，同时，通过掺入稀土抗菌剂，起到协同作用，更好地发挥涂料的净化空气、杀菌消毒性能。
(4)本发明使用性氟碳乳液成膜性好，并具有极好的耐水性、抗渗性、耐候性、柔韧性和与基层的黏结强度，且其粒径小，具有较好的包覆作用，可将纳米二氧化钛、稀土抗菌剂，负离子释放剂牢固黏结在一起，使涂料的使用年限大大延长。
(5)本发明通过无机多孔性物质作为载体，将纳米二氧化钛附着于其上，从而提高了纳米二氧化钛的稳定性及光催化性能。
(6)本发明所用原料无有机成分，避免了有机成分挥发或老化分解而缓慢释放有毒有害气体。
(7)本发明的涂料性能稳定，具有优异的抗老化性、耐洗刷性、粘结性、耐腐蚀性等性能，可直接取代腻子粉和乳胶漆，和水泥砂浆墙面直接结合，牢固，不起皮，不脱落，不裂纹。
具体实施方式
以下通过实施例形式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下实施例，凡基于本发明上述内容所属实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
本实施纳米二氧化钛光催化杀菌净化涂料，包含以下质量百分含量的原料组分见表1所示：
表1实施例1的纳米二氧化钛光催化杀菌净化涂料的原料
本实施例的纳米二氧化钛光催化杀菌净化涂料具体制备步骤如下：
(1)将纳米二氧化钛、1/3去离子水和钛酸酯偶联剂混合均匀后在60℃水浴回流反应5h，然后降温至室温，产物经过离心分离和洗涤，得到钛酸酯偶联剂改性的纳米纳米二氧化钛；
(2)将稀土抗菌剂、负离子释放剂依次加入到氟碳乳液中，在750rpm的转速下，搅拌15min，再加入步骤(1)中的改性的纳米二氧化钛、无机多孔性物质、润湿分散剂，在1200rpm的转速下打浆，当浆体的细度≤50μm时，将转速下调至500rpm进行冷却；
(3)冷却后加入功能助剂和剩余的的去离子水，最后调节涂料的粘度，静置即得成品。
实施例2
本实施纳米二氧化钛光催化杀菌净化涂料，包含以下质量百分含量的原料组分见表2所示：
表2实施例2的纳米二氧化钛光催化杀菌净化涂料的原料
本实施例的纳米二氧化钛光催化杀菌净化涂料具体制备方法同实施例1。
实施例3
本实施纳米二氧化钛光催化杀菌净化涂料，包含以下质量百分含量的原料组分见表3所示：
表3实施例3的纳米二氧化钛光催化杀菌净化涂料的原料
本实施例的纳米二氧化钛光催化杀菌净化涂料具体制备方法同实施例1。
实施例4
本实施纳米二氧化钛光催化杀菌净化涂料，包含以下质量百分含量的原料组分见表4所示：
表4实施例4的纳米二氧化钛光催化杀菌净化涂料的原料
本实施例的纳米二氧化钛光催化杀菌净化涂料具体制备方法同实施例1。
实施例5
本实施纳米二氧化钛光催化杀菌净化涂料，包含以下质量百分含量的原料组分见表5所示：
表5实施例5的纳米二氧化钛光催化杀菌净化涂料的原料
本实施例的纳米二氧化钛光催化杀菌净化涂料具体制备方法同实施例1。
对比例1
参照中国专利(申请号：CN201310073600.6)制得的涂料。
对比例2
参照中国专利(申请号：CN201410781164.2)制得的涂料。
对比例3
除钛酸酯偶联剂处理纳米二氧化钛外，其原料含量及步骤与实施例1一致。
对比例4
除无稀土抗菌剂外，其原料含量及步骤与实施例1一致。
对比例5
除无负离子释放剂外，其原料含量及步骤与实施例1一致。
对比例6
除无润湿分散剂外，其原料含量及步骤与实施例1一致。
实验例1
将本发明实施例1-5及对比例1-6产品的净化性能检测数据如表6所示。其试验条件为：(1)将约50mg空气净化材料均匀地铺到四块玻璃板上干燥后放入1m3样品舱内，相同条件下将四块空白玻璃板放入对比舱内。(2)净化性能检测时实验室温度21.3℃，湿度54.6％。
产品净化率％＝[(对比舱所测气体终止浓度-样品舱所测气体终止浓度)÷对比舱所测气体终止浓度]×100％，其中对比舱所测气体终止浓度(48小时)(mg/m3)为甲醛：0.575，氨：0.668，苯：0.230，TVOC：3.84。
表6实施例1-5及对比例1-6产品的净化性能检测数据
由表6可知，本发明的净化性能优于对比例，可对甲醛、氨、苯及TVOC具有极好的净化作用，并且，本发明通过添加稀土抗菌剂、负离子释放剂可起到协同纳米二氧化钛的作用，从而提高本发明的空气净化性能，同时，纳米二氧化钛改性处理、润湿分散剂加入可有效提高纳米二氧化钛的光催化性能，从而进一步提高本发明的空气净化性能。
实验例2
本发明实施例1-5及对比例1-6产品的负离子浓度进行了测定。工作舱体积：0.1m3，温度(19-22)℃，湿度(45-60)％RH。将检测样品100mg均匀放在仓内，稳定后进行检测，检测风速为0.3m/s。结果如表7所示。
表7
由表7可知，本发明的负离子诱生量大于对比例，从而具有更好的空气净化性能。
实验例3
验证本发明实施例1-5及对比例1-6产品的杀菌效果。其试验条件为：将2ml浓度为1.0×107cfu/ml的金黄色葡萄球菌和大肠杆菌混合菌液滴入培养皿中，再倒入一定量的培养基混合均匀，待到冷却后在培养基上放置本发明实施例1-5及对比例1-6产品压制压制而成的直径约10mm，厚度5mm的圆柱片，然后将培养基置于恒温箱中培养24-48h，取出测其抗菌率，具体结果见表8。
表8
由表8可知，本发明的抗菌率高于对比例，表现出很好的灭菌性能。
综上所述，本发明提供了一种纳米二氧化钛光催化杀菌净化涂料及其制备方法，具有净化空气、杀灭细菌等功效，绿色环保，并且所用原料无有机成分，避免了有机成分挥发或老化分解而缓慢释放有毒有害气体，可直接取代腻子粉和乳胶漆，和水泥砂浆墙面直接结合，牢固，不起皮，不脱落，不裂纹。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种纳米二氧化钛光催化杀菌净化涂料，其特征在于，由以下重量份的原料制成：
余量为去离子水。
2.根据权利要求1所述的纳米二氧化钛光催化杀菌净化涂料，其特征在于，所述纳米二氧化钛为锐钛矿型二氧化钛，粒径为15-50nm，比表面积为80-200m2/g。
3.根据权利要求1所述的纳米二氧化钛光催化杀菌净化涂料，其特征在于，所述无机多孔性物质选自沸石、硅胶、磷酸钛盐及磷酸盐的至少一种。
4.根据权利要求1所述的纳米二氧化钛光催化杀菌净化涂料，其特征在于，所述稀土抗菌剂由重量比为1:1:1的氧化锌、氧化铈和氧化银制成。
5.根据权利要求1所述的纳米二氧化钛光催化杀菌净化涂料，其特征在于，所述负离子释放剂为铁镁电气石粉、三氧化二铽和麦饭石粉的混合物，其中，所述混合物中铁镁电气石粉的含量不少于18％，所述三氧化二铽与麦饭石粉的重量比不小于2:1。
6.根据权利要求1所述的纳米二氧化钛光催化杀菌净化涂料，其特征在于，所述润湿分散剂为脂肪酰二乙醇胺。
7.根据权利要求1所述的纳米二氧化钛光催化杀菌净化涂料，其特征在于，所述功能助剂包括增稠剂、消泡剂、成膜助剂、防霉剂、流平剂和流平助剂。
8.根据权利要求7所述的纳米二氧化钛光催化杀菌净化涂料，其特征在于，所述增稠剂为羟乙基纤维素；所述消泡剂为有机硅氧烷；所述成膜助剂为二丙二醇丁醚；所述防霉剂为硫代氨基酸酯；所述流平剂为BYK-333；所述流平助剂为RM2020。
9.根据权利要求7或8所述的纳米二氧化钛光催化杀菌净化涂料，其特征在于，所述增稠剂在所述涂料中的质量含量为0.1-0.5％；所述消泡剂在所述涂料中的质量含量为0.2-0.7％；所述成膜助剂在所述涂料中的质量含量为0.5-1.5％；所述防霉剂在所述涂料中的质量含量为0.2-0.8％；所述流平剂在所述涂料中的质量含量为0.1-0.3％；所述流平助剂在所述涂料中的质量含量为0.3-1.2％。
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