CN110041736A - 一种外墙防污自清洁材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种外墙防污自清洁材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种外墙防污自清洁材料及其制备方法与应用。该材料包括纳米水滑石、纳米铝掺杂氧化锌和纳米氧化硅，所述纳米水滑石、纳米铝掺杂氧化锌和纳米氧化硅的质量比为（1‑10）:1:（1‑20）。以水作为溶剂，乙醇为分散剂，羧甲基纤维素钠作为稳定剂，将纳米水滑石、纳米铝掺杂氧化锌、纳米氧化硅按照质量比为（1‑10）:1:（1‑20）混合，将混合物搅拌均匀后，超声分散，得到所述外墙抗污自清洁材料。该外墙防污自清洁材料具有较高的亲水疏油性和抗静电能力，能起到抗污自清洁作用；制作方法简单，不需要大型机械设备以及人力物力，可大批量生产。

Description

一种外墙防污自清洁材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于清洁材料领域，具体涉及一种外墙防污自清洁材料及其制备方法和应用。
背景技术
随着城市化发展的不断加速，悬浮颗粒物、NOx、SO2、挥发性有机物等大气复合污染日益严重，建筑外墙常年暴露在空气中，表面易受侵蚀老化，颗粒物、有机、无机污染物易附着于建筑物外墙形成污垢，严重影响建筑物的美观。为了维持建筑物外墙的清洁，需要对外墙进行人工清理，从而消耗大量的人力和财力。因此，如何有效提高建筑外墙的防污自清洁能力意义重大。
为了提高建筑外墙的抗污性和自清洁能力，具有疏水性、超亲水型、光催化型的自清洁涂层材料已有研发，该涂层可以促使建筑外墙不易附着污染物或者使附着的污染物能借助于雨水、风力等自然作用被去除。但目前自清洁涂层材料的原材料昂贵、制备成本高，大大限制其实际应用。
发明内容
本发明提供一种外墙防污自清洁材料，该材料包括纳米水滑石、纳米铝掺杂氧化锌和纳米氧化硅，所述纳米水滑石、纳米铝掺杂氧化锌和纳米氧化硅的质量比可以为（1-10）:1:（1-20）。优选地，所述纳米水滑石、纳米铝掺杂氧化锌和纳米氧化硅的质量比可以为（2-10）:1:（4-15），更优选为（5-10）:1:（8-12）。
其中，上述外墙防污自清洁材料中，所述纳米水滑石的平均粒径为1-20 nm。
其中，上述外墙防污自清洁材料中，所述纳米铝掺杂氧化锌的平均粒径为1-20nm。进一步地，所述纳米铝掺杂氧化锌中铝的掺杂质量可以为1-5%。
其中，上述外墙防污自清洁材料中，所述纳米氧化硅的平均粒径可以为1-20 nm。
其中，上述外墙防污自清洁材料中，所述材料还可以包括水。
其中，上述外墙防污自清洁材料中，所述材料还可以包括乙醇。
其中，上述外墙防污自清洁材料中，所述材料还可以包括羧甲基纤维素钠。
进一步地，本发明还提供上述外墙防污自清洁材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
以水作为溶剂，乙醇为分散剂，羧甲基纤维素钠作为稳定剂，将纳米水滑石、纳米铝掺杂氧化锌、纳米氧化硅按照质量比为（1-10）:1:（1-20）混合，将混合物搅拌均匀后，超声分散，得到所述外墙抗污自清洁材料。
其中，上述制备方法中，所述水、乙醇和羧甲基纤维素钠的体积质量比（mL/g）可以为（5-15）:（85-95）:（0.005-0.015）。
其中，上述制备方法中，所述纳米水滑石的制备过程包括：
（a）将二价金属盐（例如镁盐、钙盐等）和三价金属盐（例如铝盐）按摩尔比（2-4）:1加入到去离子水中，充分搅拌混合，得到金属离子溶液；
（b）制备含有0.2-0.3mol/L Na2CO3和0.50-1.2 mol/L NaOH的混合碱液；
（c）将所述金属离子溶液和所述混合碱液逐滴地加入到反应容器中发生共沉淀反应，保持反应温度为57-63℃，反应过程充分搅拌，并通过调整所述金属离子溶液和所述混合碱液的滴加速度使反应溶液pH保持在9-11，滴加结束后再持续搅拌反应1.5-3小时；
（d）将反应后的悬液在85-95℃下老化小时，然后将得到的沉淀物抽滤、清洗、烘干后研磨，制备得到所述纳米水滑石材料。
其中，上述制备方法中，所述纳米铝掺杂氧化锌的制备过程包括：
（a）按照质量比Zn/A1=（45-49）:（1-5），将ZnCl2·4H2O和AlCl3·6H2O加入到去离子水中，充分搅拌混合得到铝、锌混合溶液；
（b）将铝、锌混合溶液和氨水溶液逐滴地加入到反应容器中发生共沉淀反应，保持反应温度为57-63°C，反应过程充分搅拌，并通过调溶液滴加速度使反应容器中的反应溶液pH保持在7-8，滴加结束后再持续搅拌反应1.5-3小时；
（c）将步骤（b）得到的沉淀物抽滤、清洗、干燥后研磨得铝掺杂氧化锌前驱体，将所得前驱体在990-1010℃下煅烧4-6小时，即制得所述纳米铝掺杂氧化锌材料。
其中，上述制备方法中，所述搅拌为在10-50℃下搅拌100-500分钟。
其中，上述制备方法中，所述超声分散为在20-50℃下超声分散60-120分钟。
本发明还提供上述的抗污自清洁材料应用于外墙表面的方法，包括以下步骤：清洗去掉外墙的杂质和污染物，将所述抗污自清洁材料均匀喷涂在建筑外墙表面，自然风干24-48小时。
本发明的有益效果：
本发明采用原材料易得、价格低廉、制备方法简单得到可用于建筑外墙表面抗污自清洁的新型纳米涂层材料，该新型纳米涂层材料包括亲水疏油型的纳米水滑石，具有导电能力的纳米铝掺杂氧化锌，具有亲水、附着作用的纳米氧化硅。
该外墙防污自清洁材料具有较高的亲水疏油性和抗静电能力，能起到抗污自清洁作用；制作方法简单，不需要大型机械设备以及人力物力，可大批量生产。
附图说明
图1是实施例2中的瓷砖表面亲水特性：（a）喷涂实施例1防污自清洁材料前，（b）喷涂实施例1防污自清洁材料后。
具体实施方式
下文将结合具体实施例对本发明的技术方案做更进一步的详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。
除非另有说明，以下实施例中使用的原料和试剂均为市售商品，或者可以通过已知方法制备。
实施例1
防污自清洁材料包括亲水疏油型的纳米水滑石，具有导电能力的纳米铝掺杂氧化锌，具有亲水、附着作用的纳米氧化硅，其具体制备步骤如下：
（1）首先采用共沉淀法制备纳米水滑石材料。将MgCl2·6H2O和AlCl3·6H2O按摩尔比3:1加入到100 mL去离子水中，充分搅拌混合。另制备含有0.25 mol/L Na2CO3和0.80 mol/LNaOH的混合碱液。金属离子溶液和碱液逐滴地加入到反应容器中发生共沉淀反应，保持反应温度为60 °C，反应过程充分搅拌，并通过调整金属离子溶液和碱液的滴加速度使反应容器中的反应溶液pH保持在10左右，滴加结束后再持续搅拌反应2小时。将反应后的悬液在90°C下老化24小时，然后将得到的沉淀物抽滤，并用超纯水清洗，将材料烘干后研磨制备得到平均粒径为10 nm纳米水滑石材料。
（2）然后采用共沉淀法制备纳米铝掺杂氧化锌材料。将一定比例（Zn/A1 = 49/1）的ZnCl2·4H2O和AlCl3·6H2O加入到100 mL去离子水中，充分搅拌混合得到混合溶液。将铝、锌混合溶液和10% 氨水溶液逐滴地加入到反应容器中发生共沉淀反应，保持反应温度为60 °C，反应过程充分搅拌，并通过调溶液滴加速度使反应容器中的反应溶液pH保持在7.5左右，滴加结束后再持续搅拌反应2小时。然后将得到的沉淀物抽滤，并用乙醇和超纯水清洗，干燥后研磨得铝掺杂氧化锌前驱体，将所得前驱体在1000℃下煅烧5小时即制得平均粒径为10 nm纳米铝掺杂氧化锌材料。
（3）取0.01 g羧甲基纤维素钠加入10 mL水和90 mL乙醇溶液中，混合搅拌均匀，将步骤（1）所得的纳米水滑石、步骤（2）所得的纳米铝掺杂氧化锌、平均粒径为10 nm的纳米氧化硅加入混合溶液，铝掺杂氧化锌、水滑石、氧化硅的质量比为1:10:10，将混合物在50℃下用磁力转子搅拌200分钟，在50摄氏度下超声分散120分钟，得到抗污自清洁涂层材料。
实施例2
将实施例1的抗污自洁的涂层材料应用于外墙表面的方法，包括以下步骤：
清洗去掉外墙的杂质和污染物，将实施例1中所得的抗污自清洁涂层材料用1.0 mm口径喷枪均匀喷涂在白色瓷砖表面，自然风干48小时，测定外墙表面的亲水性和抗污自洁能力。
结果表明喷涂本发明中抗污自清洁的新型涂层材料后，瓷砖表面具有较高的亲水性（如图1所示），接触角小于5度。

Claims (10)

1.一种外墙防污自清洁材料，其特征在于，该材料包括纳米水滑石、纳米铝掺杂氧化锌和纳米氧化硅，所述纳米水滑石、纳米铝掺杂氧化锌和纳米氧化硅的质量比为（1-10）:1:（1-20）。
2.根据权利要求1所述的防污自清洁材料，其特征在于，所述纳米水滑石的平均粒径为1-20 nm；所述纳米铝掺杂氧化锌的平均粒径为1-20 nm；所述纳米铝掺杂氧化锌中铝的掺杂质量可以为1-5%；所述纳米氧化硅的平均粒径可以为1-20 nm。
3.根据权利要求1所述的防污自清洁材料，其特征在于，所述材料还包括水、乙醇和羧甲基纤维素钠。
4.权利要求1-3任一项所述外墙防污自清洁材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
以水作为溶剂，乙醇为分散剂，羧甲基纤维素钠作为稳定剂，将纳米水滑石、纳米铝掺杂氧化锌、纳米氧化硅按照质量比为（1-10）:1:（1-20）混合，将混合物搅拌均匀后，超声分散，得到所述外墙抗污自清洁材料。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述水、乙醇和羧甲基纤维素钠的体积质量比（mL/g）为（5-15）:（85-95）:（0.005-0.015）。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述纳米水滑石的制备过程包括：
（a）将二价金属盐和三价金属盐按摩尔比（2-4）:1加入到去离子水中，充分搅拌混合，得到金属离子溶液；
（b）制备含有0.2-0.3mol/L Na2CO3和0.50-1.2 mol/L NaOH的混合碱液；
（c）将所述金属离子溶液和所述混合碱液逐滴地加入到反应容器中发生共沉淀反应，保持反应温度为57-63℃，反应过程充分搅拌，并通过调整所述金属离子溶液和所述混合碱液的滴加速度使反应溶液pH保持在9-11，滴加结束后再持续搅拌反应1.5-3小时；
（d）将反应后的悬液在85-95℃下老化小时，然后将得到的沉淀物抽滤、清洗、烘干后研磨，制备得到所述纳米水滑石材料。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述纳米铝掺杂氧化锌的制备过程包括：
（a）按照质量比Zn/A1=（45-49）:（1-5），将ZnCl2·4H2O和AlCl3·6H2O加入到去离子水中，充分搅拌混合得到铝、锌混合溶液；
（b）将铝、锌混合溶液和氨水溶液逐滴地加入到反应容器中发生共沉淀反应，保持反应温度为57-63°C，反应过程充分搅拌，并通过调溶液滴加速度使反应容器中的反应溶液pH保持在7-8，滴加结束后再持续搅拌反应1.5-3小时；
（c）将步骤（b）得到的沉淀物抽滤、清洗、干燥后研磨得铝掺杂氧化锌前驱体，将所得前驱体在990-1010℃下煅烧4-6小时，即制得所述纳米铝掺杂氧化锌材料。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述搅拌为在10-50℃下搅拌100-500分钟。
9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述超声分散为在20-50℃下超声分散60-120分钟。
10.权利要求1-3任一项所述的抗污自清洁材料应用于外墙表面的方法，其特征在于，包括以下步骤：清洗去掉外墙的杂质和污染物，将所述抗污自清洁材料均匀喷涂在建筑外墙表面，自然风干24-48小时。
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