CN109423206A - 一种纳米生态涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种纳米生态涂料，包括以下重量份的原料：氟硅树脂35~55份，金属发泡材料6~10份，纳米TiO22~4份、纳米SiO26~12份，分散剂0.3~1份，消泡剂0.5~1份，流平剂0.3~1份，防腐杀菌剂1~3份，溶剂20~40份。本发明制备的纳米生态涂料具有优良分散性、稳定性和光热转换效果，并具有良好的自清洁、杀菌、净化空气的功能。

Description

一种纳米生态涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种涂料，尤其是涉及一种纳米生态涂料及其制备方法。
背景技术
目前，我国环境污染问题十分突出，特别是城市大气污染相当严重。工业燃煤释放大量的二氧化硫、一氧化碳等有害气体；随汽车工业的高速发展，汽车尾气排放大量的氮化物和一氧化碳使大中城市空气污染严重；许多室内装饰材料和家具会慢慢释放出诸如醛类、酚类、醇类等小分子有害有机物，中央空调也产生难闻的气味和传播致病微生物。
减少污染、保护环境是广大公众日益关注的问题，具有降解污染物功能的光催化生态建筑材料在本世纪必将成为建材行业的主流产品。近年来关于光催化涂料方面的报导越来越多。将纳米TiO2、ZnO等纳米材料添加到涂料中，不仅涂层的耐洗刷性、耐老化性及耐沾污性能均有显著增强；而且还能净化空气中的有害气体、杀菌消毒。
纳米二氧化钛光催化剂具有化学性质稳定、耐氧化、安全无毒等优点。在紫外光照射下，可产生自由电子—空穴对，与吸附在二氧化钛表面的氧和水反应，产生活性氧及自由基。这些活性氧及自由基有很强的氧化分解能力，可将有机物氧化分解为CO2和H2O，将大气污染物NOx、SOx、NH3和H2S等氧化为无害物质，也能穿透吸附于TiO2表面的细菌、霉菌等微生物的细胞壁，从而有效地杀灭细菌，进而对空气进行去污、消毒，达到净化空气的效果。
但现有的纳米二氧化钛涂料，还具有以下不足：在涂料中添加纳米二氧化钛，可以赋予涂料自清洁、杀菌、净化空气等新功能，同时二氧化钛也会分解涂料中的有机成分，从而降低涂料的耐候性。而且由于纳米二氧化钛粒径很小，在涂料中分散性不好，易团聚，其清洁、杀菌的性能达不到理想效果。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种具有优良分散性、稳定性和光热转换效果的纳米生态涂料，以提高该涂料自清洁、杀菌、净化空气的功能。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种纳米生态涂料，包括以下重量份的原料：氟硅树脂35~55份，金属发泡材料6~10份，纳米TiO22~4份、纳米SiO26~12份，分散剂0.3~1份，消泡剂0.5~1份，流平剂0.3~1份，防腐杀菌剂1~3份，溶剂20~40份。
优选的，所述金属发泡材料包括金属铝粉、碳化硅粉和氢化钛，所述金属铝粉、所述碳化硅粉和所述氢化钛的质量比如下：
金属铝粉：93%~99%；
碳化硅粉：0.5%~2%；
氢化钛：0.5%~5%；
所述金属发泡材料由以下步骤制备：
将金属铝粉在800℃~850℃下熔化，搅拌均匀后降温至600℃~650℃，加入氢化钛和碳化硅粉并搅拌均匀，搅拌速度为1000~3000r/min，搅拌时间为3~5min，将含有氢化钛和碳化硅粉的铝熔体浇注成扁锭并切割为5mm厚的可发泡的前驱体，将制备的前驱体移入发泡炉内，50sec~lmin30sec时前驱体演变成泡沫体，此时将泡沫体拉出发泡炉并采用鼓风冷却，可得到金属铝粉发泡材料。
优选的，所述氢化钛的粒度为250~300目，且所述氢化钛在使用前需在500℃下氧化处理1h。
优选的，所述纳米TiO2与所述纳米SiO2的重量比为1：3。
优选的，所述分散剂为EFKA -4050、EFKA-4530和EFKA-4010中的一种。
优选的，所述消泡剂为有机硅消泡剂。
优选的，所述流平剂为有机硅流平剂。
优选的，所述防腐杀菌剂为异噻唑啉酮。
优选的，所述溶剂为乙酸乙酯、乙酸丁酯、尼龙酸甲酯、丁二酸二甲酯和丙二醇甲醚中的一种。
优选的，包括以下步骤：将氟硅树脂、金属发泡材料、纳米TiO2以及纳米SiO2混合后球磨至粒径为20~60nm；然后与分散剂、消泡剂、流平剂、防腐杀菌剂以及溶剂混合，高速分散30~50min，即制备得到纳米生态涂料。
本发明的有益效果是：
本发明制备的纳米生态涂料使用的主要原料是氟硅树脂，而纳米SiO2与氟硅树脂具有良好的相容性，将纳米SiO2分散在氟硅树脂中，能够在氟硅树脂表面形成纳米粗糙结构，从而形成超疏水结构，减少在潮湿环境下与水的接触面积，从而将降低冰的附着力，实现高的疏水性和优异的防覆冰能力。而纳米TiO2在紫外光的照射下能产生自由基，对有机物具有很强的降解能力，因此在涂料中添加一定量的TiO2，控制好SiO2与TiO2的质量比为3：1，不仅不会影响涂料的超疏水的性能，同时也赋予该纳米生态涂料一定的自清洁能力。
本发明在纳米生态涂料中添加金属发泡材料，该金属发泡材料是是以金属铝粉、碳化硅粉和氢化钛为原料，由于硅以及钛为半导体材料，存在光学带隙Eg，能够吸收能量较高的可见光和近红外范围的辐射从而发生电子跃迁，与晶格的散射作用导致晶格振动，将光能转化成热能，因此本发明的纳米生态涂料具有良好的光热转换效果，这更有利于涂料对空气的净化以及对环境的调整。
本发明中还使用了流平剂、消泡剂等助剂，这些助剂相互作用，可以确保本发明的纳米生态涂料具有更优异的分散性、稳定性以及爽滑性等。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是：实施例中所述原材料均可从市场处购得。比如，所述分散剂为市售EFKA-4050、EFKA-4530和EFKA-4010，所述有机硅消泡剂为市售EFKA-2722，所述有机硅流平剂为市售BYK-333。
实施例1
一种纳米生态涂料，包括以下重量份的原料：氟硅树脂35份，金属发泡材料6份，纳米TiO22份、纳米SiO26份，EFKA-4050需0.3份，EFKA-2722需0.5份，BYK-333需0.3份，异噻唑啉酮1份，乙酸乙酯20份。
其中，金属发泡材料包括金属铝粉、碳化硅粉和氢化钛，金属铝粉、碳化硅粉和氢化钛的质量比如下：金属铝粉：93%；碳化硅粉：2%；氢化钛：5%；氢化钛的粒度为250~300目，氢化钛在使用前需在500℃下氧化处理1h。
金属发泡材料由以下步骤制备：
将金属铝粉在800℃℃下熔化，搅拌均匀后降温至600℃℃，加入氢化钛和碳化硅粉并搅拌均匀，搅拌速度为1000r/min，搅拌时间为3min，将含有氢化钛和碳化硅粉的铝熔体浇注成扁锭并切割为5mm厚的可发泡的前驱体，将制备的前驱体移入发泡炉内，50sec~lmin30sec时前驱体演变成泡沫体，此时将泡沫体拉出发泡炉并采用鼓风冷却，可得到金属铝粉发泡材料。
本发明的纳米生态涂料的制备方法，包括以下步骤：将氟硅树脂、金属发泡材料、纳米TiO2以及纳米SiO2混合后用球磨机球磨至粒径为20nm，其中纳米TiO2与纳米SiO2的重量比为1：3；然后再与分散剂EFKA-4050、消泡剂EFKA-2722、流平剂BYK-333、防腐杀菌剂异噻唑啉酮以及溶剂乙酸乙酯混合后，使用高速分散机高速分散30min，即制备得到纳米生态涂料。
实施例2
一种纳米生态涂料，包括以下重量份的原料：氟硅树脂55份，金属发泡材料10份，纳米TiO24份、纳米SiO212份，EFKA-4010需1份，EFKA-2722需1份，BYK-333需1份，异噻唑啉酮1~3份，丙二醇甲醚40份。
其中，金属发泡材料包括金属铝粉、碳化硅粉和氢化钛，金属铝粉、碳化硅粉和氢化钛的质量比如下：金属铝粉：99%；碳化硅粉：0.5%；氢化钛：0.5%；氢化钛的粒度为250~300目，氢化钛在使用前需在500℃下氧化处理1h。
金属发泡材料由以下步骤制备：
将金属铝粉在850℃下熔化，搅拌均匀后降温至650℃，加入氢化钛和碳化硅粉并搅拌均匀，搅拌速度为3000r/min，搅拌时间为5min，将含有氢化钛和碳化硅粉的铝熔体浇注成扁锭并切割为5mm厚的可发泡的前驱体，将制备的前驱体移入发泡炉内，50sec~lmin30sec时前驱体演变成泡沫体，此时将泡沫体拉出发泡炉并采用鼓风冷却，可得到金属铝粉发泡材料。
本发明的纳米生态涂料的制备方法，包括以下步骤：将氟硅树脂、金属发泡材料、纳米TiO2以及纳米SiO2混合后用球磨机球磨至粒径为60nm，其中纳米TiO2与纳米SiO2的重量比为1：3；然后再与分散剂EFKA-4010、消泡剂EFKA-2722、流平剂BYK-333、防腐杀菌剂异噻唑啉酮以及溶剂丙二醇甲醚混合后，使用高速分散机高速分散50min，即制备得到纳米生态涂料。
实施例3
一种纳米生态涂料，包括以下重量份的原料：氟硅树脂45份，金属发泡材料8份，纳米TiO23份、纳米SiO28份，EFKA-4530需0.8份，EFKA-2722需0.8份，BYK-333需0.8份，异噻唑啉酮2份，乙酸丁酯34份。
其中，金属发泡材料包括金属铝粉、碳化硅粉和氢化钛，金属铝粉、碳化硅粉和氢化钛的质量比如下：金属铝粉：95%；碳化硅粉：1%；氢化钛：4%；氢化钛的粒度为250~300目，氢化钛在使用前需在500℃下氧化处理1h。
金属发泡材料由以下步骤制备：
将金属铝粉在830℃下熔化，搅拌均匀后降温至630℃，加入氢化钛和碳化硅粉并搅拌均匀，搅拌速度为2000r/min，搅拌时间为4min，将含有氢化钛和碳化硅粉的铝熔体浇注成扁锭并切割为5mm厚的可发泡的前驱体，将制备的前驱体移入发泡炉内，50sec~lmin30sec时前驱体演变成泡沫体，此时将泡沫体拉出发泡炉并采用鼓风冷却，可得到金属铝粉发泡材料。
本发明的纳米生态涂料的制备方法，包括以下步骤：将氟硅树脂、金属发泡材料、纳米TiO2以及纳米SiO2混合后用球磨机球磨至粒径为50nm，其中纳米TiO2与纳米SiO2的重量比为1：3；然后再与分散剂EFKA-4530、消泡剂EFKA-2722、流平剂BYK-333、防腐杀菌剂异噻唑啉酮以及溶剂乙酸丁酯混合后，使用高速分散机高速分散30min，即制备得到纳米生态涂料。
实施例4
一种纳米生态涂料，包括以下重量份的原料：氟硅树脂39份，金属发泡材料7份，纳米TiO24份、纳米SiO29份，EFKA-4050需0.7份，EFKA-2722需0.7份，BYK-333需0.7份，异噻唑啉酮2.5份，乙酸乙酯30份。
其中，金属发泡材料包括金属铝粉、碳化硅粉和氢化钛，金属铝粉、碳化硅粉和氢化钛的质量比如下：金属铝粉：96%；碳化硅粉：0.8%；氢化钛：3.2%；氢化钛的粒度为250~300目，氢化钛在使用前需在500℃下氧化处理1h。
金属发泡材料由以下步骤制备：
将金属铝粉在850℃下熔化，搅拌均匀后降温至650℃，加入氢化钛和碳化硅粉并搅拌均匀，搅拌速度为2400r/min，搅拌时间为5min，将含有氢化钛和碳化硅粉的铝熔体浇注成扁锭并切割为5mm厚的可发泡的前驱体，将制备的前驱体移入发泡炉内，50sec~lmin30sec时前驱体演变成泡沫体，此时将泡沫体拉出发泡炉并采用鼓风冷却，可得到金属铝粉发泡材料。
本发明的纳米生态涂料的制备方法，包括以下步骤：将氟硅树脂、金属发泡材料、纳米TiO2以及纳米SiO2混合后用球磨机球磨至粒径为60nm，其中纳米TiO2与纳米SiO2的重量比为1：3；然后再与分散剂EFKA-4050、消泡剂EFKA-2722、流平剂BYK-333、防腐杀菌剂异噻唑啉酮以及溶剂乙酸乙酯混合后，使用高速分散机高速分散50min，即制备得到纳米生态涂料。
实施例5
一种纳米生态涂料，包括以下重量份的原料：氟硅树脂55份，金属发泡材料10份，纳米TiO24份、纳米SiO212份，EFKA-4050需0.3份，EFKA-2722需0.5~1份，BYK-333需0.3~1份，异噻唑啉酮1~3份，乙酸乙酯20份。
其中，金属发泡材料包括金属铝粉、碳化硅粉和氢化钛，金属铝粉、碳化硅粉和氢化钛的质量比如下：金属铝粉：93%；碳化硅粉：2%；氢化钛：5%；氢化钛的粒度为250~300目，氢化钛在使用前需在500℃下氧化处理1h。
金属发泡材料由以下步骤制备：
将金属铝粉在800℃下熔化，搅拌均匀后降温至600℃℃，加入氢化钛和碳化硅粉并搅拌均匀，搅拌速度为1800r/min，搅拌时间为3min，将含有氢化钛和碳化硅粉的铝熔体浇注成扁锭并切割为5mm厚的可发泡的前驱体，将制备的前驱体移入发泡炉内，50sec~lmin30sec时前驱体演变成泡沫体，此时将泡沫体拉出发泡炉并采用鼓风冷却，可得到金属铝粉发泡材料。
本发明的纳米生态涂料的制备方法，包括以下步骤：将氟硅树脂、金属发泡材料、纳米TiO2以及纳米SiO2混合后用球磨机球磨至粒径为60nm，其中纳米TiO2与纳米SiO2的重量比为1：3；然后再与分散剂EFKA-4050、消泡剂EFKA-2722、流平剂BYK-333、防腐杀菌剂异噻唑啉酮以及溶剂乙酸乙酯混合后，使用高速分散机高速分散40min，即制备得到纳米生态涂料。
对比例1
与实施例1的基本相同，不同的是不包含有金属发泡材料，具体如下：
一种纳米生态涂料，包括以下重量份的原料：氟硅树脂35份，纳米TiO22份、纳米SiO26份，EFKA-4050需0.3份，EFKA-2722需0.5份，BYK-333需0.3份，异噻唑啉酮1份，乙酸乙酯20份。
本发明的纳米生态涂料的制备方法，包括以下步骤：将氟硅树脂、纳米TiO2以及纳米SiO2混合后用球磨机球磨至粒径为20nm，其中纳米TiO2与纳米SiO2的重量比为1：3；然后再与分散剂EFKA-4050、消泡剂EFKA-2722、流平剂BYK-333、防腐杀菌剂异噻唑啉酮以及溶剂乙酸乙酯混合后，使用高速分散机高速分散30min，即制备得到纳米生态涂料。
对比例2
与实施例2的基本相同，不同的是不包含有金属发泡材料，具体如下：
一种纳米生态涂料，包括以下重量份的原料：氟硅树脂55份，纳米TiO24份、纳米SiO212份，EFKA-4010需1份，EFKA-2722需1份，BYK-333需1份，异噻唑啉酮1~3份，丙二醇甲醚40份。
本发明的纳米生态涂料的制备方法，包括以下步骤：将氟硅树脂、纳米TiO2以及纳米SiO2混合后用球磨机球磨至粒径为60nm，其中纳米TiO2与纳米SiO2的重量比为1：3；然后再与分散剂EFKA-4010、消泡剂EFKA-2722、流平剂BYK-333、防腐杀菌剂异噻唑啉酮以及溶剂丙二醇甲醚混合后，使用高速分散机高速分散50min，即制备得到纳米生态涂料。
对比例3
与实施例3的基本相同，不同的是不包含有金属发泡材料，具体如下：
一种纳米生态涂料，包括以下重量份的原料：氟硅树脂45份，纳米TiO23份、纳米SiO28份，EFKA-4530需0.8份，EFKA-2722需0.8份，BYK-333需0.8份，异噻唑啉酮2份，乙酸丁酯34份。
本发明的纳米生态涂料的制备方法，包括以下步骤：将氟硅树脂、纳米TiO2以及纳米SiO2混合后用球磨机球磨至粒径为50nm，其中纳米TiO2与纳米SiO2的重量比为1：3；然后再与分散剂EFKA-4530、消泡剂EFKA-2722、流平剂BYK-333、防腐杀菌剂异噻唑啉酮以及溶剂乙酸丁酯混合后，使用高速分散机高速分散30min，即制备得到纳米生态涂料。
表1为本发明实施例1~8制备的纳米生态涂料，从水接触角、耐酸性、耐碱性、附着力、光吸收率、发射率、垂直粘着力的降低率（%）、有机物污染降解性能以及抗菌性能这9个方面来评价该纳米生态涂料的性能，其中硬度采用GB/T6739-2006《色漆和清漆铅笔法测定漆膜硬度》进行测定；耐酸性采用体积分数为10%的H2SO4浸泡15天，耐碱性采用体积分数为10%的NaOH浸泡17天，附着力采用GB/T9286-1998《色漆和清漆漆膜的划格试验》来测定；有机污染物降解性能采用在石英反应器中在紫外灯照射下，对甲醛的降解性能，评价其光催化性能和对大气污染物的光降解效率；参照JC/T 897-2002《抗菌陶瓷制品抗菌性能》和QB/T 2591-2003《抗菌塑料抗菌性能试验方法及抗菌效果》 测试所制备涂料的抗菌性能，以大肠杆菌(革兰氏阴性菌) 和金黄色葡萄球菌(革兰氏阳性菌)为测试菌，用接触法培养细菌，计算活菌率。
表1 纳米生态涂料性能参数
由表1可以看出，本发明制备添加了金属发泡材料的纳米生态涂料，具有很高的光吸收率0.92~0.96和较低的发射率0.18~0.28，说明该涂料的光热转换率高，有利于涂料对空气的净化以及对环境的调整，另外，该涂料耐酸、耐碱性能好、附着力高、甲醇降解率以及抗菌率均较无金属发泡材料的纳米生态滤料性能好。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种纳米生态涂料，其特征在于，包括以下重量份的原料：氟硅树脂35~55份，金属发泡材料6~10份，纳米TiO22~4份、纳米SiO26~12份，分散剂0.3~1份，消泡剂0.5~1份，流平剂0.3~1份，防腐杀菌剂1~3份，溶剂20~40份。
2.根据权利要求1所述的纳米生态涂料，其特征在于，
所述金属发泡材料包括金属铝粉、碳化硅粉和氢化钛，所述金属铝粉、所述碳化硅粉和所述氢化钛的质量比如下：
金属铝粉：93%~99%；
碳化硅粉：0.5%~2%；
氢化钛：0.5%~5%；
所述金属发泡材料由以下步骤制备：
将金属铝粉在800℃~850℃下熔化，搅拌均匀后降温至600℃~650℃，加入氢化钛和碳化硅粉并搅拌均匀，搅拌速度为1000~3000r/min，搅拌时间为3~5min，将含有氢化钛和碳化硅粉的铝熔体浇注成扁锭并切割为5mm厚的可发泡的前驱体，将制备的前驱体移入发泡炉内，50sec~lmin30sec时前驱体演变成泡沫体，此时将泡沫体拉出发泡炉并采用鼓风冷却，可得到金属铝粉发泡材料。
3.根据权利要求2所述的纳米生态涂料，其特征在于，所述氢化钛的粒度为250~300目，且所述氢化钛在使用前需在500℃下氧化处理1h。
4.根据权利要求1所述的纳米生态涂料，其特征在于，所述纳米TiO2与所述纳米SiO2的重量比为1：3。
5.根据权利要求1所述的纳米生态涂料，其特征在于，所述分散剂为EFKA -4050、EFKA-4530和EFKA-4010中的一种。
6.根据权利要求1所述的纳米生态涂料，其特征在于，所述消泡剂为有机硅消泡剂。
7.根据权利要求1所述的纳米生态涂料，其特征在于，所述流平剂为有机硅流平剂。
8.根据权利要求1所述的纳米生态涂料，其特征在于，所述防腐杀菌剂为异噻唑啉酮。
9.根据权利要求1所述的纳米生态涂料，其特征在于，所述溶剂为乙酸乙酯、乙酸丁酯、尼龙酸甲酯、丁二酸二甲酯和丙二醇甲醚中的一种。
10.一种如权利要求1所述的纳米生态涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将氟硅树脂、金属发泡材料、纳米TiO2以及纳米SiO2混合后球磨至粒径为20~60nm；然后与分散剂、消泡剂、流平剂、防腐杀菌剂以及溶剂混合，高速分散30~50min，即制备得到纳米生态涂料。
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