CN110342852A - 一种多功能的光触媒气凝胶墙面涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能的光触媒气凝胶墙面涂料及其制备方法，属于复合材料技术领域。该多功能的光触媒气凝胶墙面涂料按重量份的下述各组分组成：二氧化硅气凝胶2到8份，光触媒二氧化钛1份，碳酸钙10到50份，膨润土10到50份，真空玻璃微珠10到50份，钛白粉10到20份，黏合剂10到30份。本发明的光触媒气凝胶墙面涂料不添加有害物质，不会对人体造成伤害。该发明的涂料不仅能有效净化、分解有害气体分子，还能净化空气，同时还具有隔热、隔音等优点。

Description

一种多功能的光触媒气凝胶墙面涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种多功能涂料及其制备方法，具体涉及一种多功能光触媒气凝胶墙面涂料及其制备方法。特别是，本发明的涂料以光触媒气凝胶为主要的功能性原材料，以真空玻璃微珠、碳酸钙、膨润土、钛白粉等多种助剂作为载体材料，复合为一体，属于复合材料技术领域。

背景技术

多孔材料是一种由相互贯通或封闭的孔洞构成网络结构的材料，具有体密度小、比表面积大、比力学性能高、阻尼性能好等特点，已成为一种优秀的新型功能结构材料。近年来，纳米技术不断进步，应用领域拓展到多孔材料。纳米多孔材料的孔隙处于纳米尺度，因此表现出超高的比表面积，提供更多的活性位点，是高性能材料领域的研究热点。例如，CN10136501A公开了无机多孔硅减反射涂层，其中无机多孔硅提供了大比表面积，是提高涂层反射效果的必要前提。CN103011610A提出将无机多孔材料作为固相微萃取涂层的应用，具有大比表面积的无机多孔材料作为固相微萃取涂层，为萃取物提供了大量的吸脱附活性位点，使得微萃取过程高效进行。CN103275530A提出将无机多孔材料作为建筑和车辆等防爆涂层的应用，无机多孔材料的吸波性能优异，在强大爆炸冲击波下，无机多孔材料防爆涂层可以有效抵御冲击波，使建筑和车辆等本体免遭破坏，保持完整。

二氧化硅气凝胶作为一种新型纳米多孔材料，是通过干燥方法将湿凝胶中的液体用气体取代、同时凝胶的网络结构基本保留不变而获得的。二氧化硅气凝胶由于具有与一般材料相比体积更小、质量更轻等特点，在催化、吸附与分离和隔热等领域的应用受到科学界越来越多的关注，其制备技术也日趋成熟。例如，CN104629581A报道了一种高韧性二氧化硅气凝胶保温涂料的制备方法，包括：在制备二氧化硅气凝胶的过程中加入制备涂料的原料，使获得的气凝胶能够自交联为涂料，此种方法不仅大幅降低了二氧化硅气凝胶的保温隔热效果，而且也有效改进了涂料的成膜性等性能。

目前市场上所销售的各种内墙涂料大都存在功能单一、附着力差等缺点。不同于市面上销售的其他墙面涂料产品，本发明中所涉及的墙面涂料包含二氧化硅气凝胶，其具有多种功能，不仅能有效净化、分解有毒有害有机物质，同时还具有隔热、隔音等优点。

发明内容

本发明的目的是提出一种多功能的光触媒气凝胶墙面涂料，具体地，其为以二氧化硅气凝胶和二氧化钛为主要功能性原材料并添加多种助剂的粉末装饰涂料。该涂料具有良好的可塑性，可用于施工、涂抹上墙、制作图案等。本发明的目的通过本文中提供的如下各个方面得以实现。

在第一个方面，本发明提供一种多功能的光触媒气凝胶墙面涂料，其由下述组分组成：二氧化硅气凝胶，光触媒二氧化钛，碳酸钙、膨润土和真空玻璃微珠中的任一种，钛白粉，和黏合剂，其中基于1重量份光触媒二氧化钛，所述二氧化硅气凝胶为2到8重量份，所述碳酸钙、膨润土和真空玻璃微珠中的任一种为10到50重量份，所述钛白粉为10到20重量份，和所述黏合剂为10到30重量份。

在第二个方面，本发明提供一种多功能的光触媒气凝胶墙面涂料的制备方法，包括以下步骤：(1)按照所需比例依次加入二氧化硅气凝胶，光触媒二氧化钛，碳酸钙、膨润土和真空玻璃微珠中的任一种，钛白粉和黏合剂进行混合；和(2)在搅拌机下在大约500r/min的条件下搅拌60min使粉体混合均匀，从而制得所述光触媒气凝胶墙面涂料。

在第三方面，本发明提供了上述光触媒气凝胶墙面涂料的施涂方法，包括：在施工时，将所述涂料和水按照大约10：8的重量比例混合均匀，形成膏状浆料，然后再进行施涂。

本发明的光触媒气凝胶墙面涂料不仅能有效净化、分解有害气体分子，而且能净化空气，同时还具有隔热、隔音等优点。此外，本发明的光触媒气凝胶墙面涂料不含有害物质，不会对人体造成伤害。

具体实施方式

根据本发明的第一个方面，提供了一种多功能的光触媒气凝胶墙面涂料，其由二氧化硅气凝胶，光触媒二氧化钛，碳酸钙、膨润土和真空玻璃微珠中的任一种，钛白粉和黏合剂组成。

本发明的光触媒气凝胶墙面涂料中使用的二氧化硅气凝胶为采用申请人的公司自有专利技术生产的气凝胶产品，其具有以下性质：密度30-1000kg/m³，常温(25℃)导热系数0.010-0.034W/(m·K)，孔隙率60％-99％，孔径在500nm以下，比表面积300-1000m²/g。在本发明的光触媒气凝胶墙面涂料中，以1重量份的光触媒二氧化钛为基准，所述二氧化硅气凝胶为2到8重量份，优选4-6重量份。在一种实施方式中，所述二氧化硅气凝胶为5重量份。

本发明的光触媒气凝胶墙面涂料中使用的光触媒二氧化钛为昆山优超生产的二氧化钛。光触媒二氧化钛粉体的粒径越小，相对而言比表面积越大，起催化作用的活性位点越多，光催化活性也越高，但随之原料成本越昂贵，所以需综合考虑。在本发明中可用的光触媒二氧化钛的基本粒子粒径为10—50nm，优选为10-45nm，更优选为15-40nm，最优选为20-35nm。

在本发明的光触媒气凝胶墙面涂料中可以选择加入或不加入碳酸钙。碳酸钙是建筑行业中常规添加的一种无机填料，具有补强、填充、调色、改善加工艺和制品的性能。可以在本发明的光触媒气凝胶墙面涂料中使用的碳酸钙为市售的可用于建筑行业的碳酸钙。所述碳酸钙粉体的粒径为500—1000目，优选为600-1000目，更优选为700-1000目，最优选为800-1000目。以1重量份的光触媒二氧化钛为基准，所述碳酸钙为10到50重量份，优选30-50重量份，在一种实施方式中，所述碳酸钙为50重量份。

在本发明中的光触媒气凝胶墙面涂料中可以选择加入或不加入膨润土。膨润土是一种功能性助剂，对本发明涉及的流体材料起到稳定、增稠等作用，同时可以降低总体成本。可以在本发明的光触媒气凝胶墙面涂料中使用的膨润土为市售的膨润土。本发明人注意到，膨润土粉体粒径对光触媒气凝胶墙面涂料性能无明显影响。可在本发明中使用的膨润土粉体的粒径为500—1000目。以1重量份的光触媒二氧化钛为基准，所述膨润土为10到50重量份，优选30-50重量份，在一种实施方式中，所述膨润土为50重量份。

本发明的光触媒气凝胶墙面涂料中可以选择加入或不加入真空玻璃微珠(也称为空心玻璃微珠)。真空玻璃微珠是一种经过特殊加工处理的玻璃微珠，是一种微米级新型轻质材料，其主要特点是密度比玻璃微珠更小，导热性更差，其主要成分是硼硅酸盐。真空玻璃微珠具有抗压强度高、熔点高、电阻率高、热导系数和热收缩系数小等特点，具有明显的减重和隔音保温效果，使制品具有很好的抗龟裂性能和再加工性能。在本发明中，通过加入真空玻璃微珠能够在增强隔热效果的同时提高材料的机械性能。可以在本发明的光触媒气凝胶墙面涂料中使用的真空玻璃微珠为市售的真空玻璃微珠。所述真空玻璃微珠的粒径为10—100微米。以1重量份的光触媒二氧化钛为基准，所述真空玻璃微珠为10到50重量份，优选15-45重量份。

上述碳酸钙、膨润土和真空玻璃微珠在本发明中的涂料中作为填充剂，在实际应用中，在其他条件不变的情况下，使用三者中的任一种，所得到的产品性能指标基本不受影响。

在本发明的光触媒气凝胶墙面涂料中还加入了钛白粉。钛白粉被广泛用于各类结构表面涂料、涂层，属于常规的功能性填料，既作为着色剂使用，又具有补强、防老化、填充作用。本发明的光触媒气凝胶墙面涂料中使用的钛白粉为市售的钛白粉，本发明的光触媒气凝胶墙面涂料中所选钛白粉的粒径为500—1000目。以1重量份的光触媒二氧化钛为基准，所述钛白粉为10到20重量份，优选15到20重量份。在一种实施方式中，所述钛白粉为20重量份。

本发明的光触媒气凝胶墙面涂料中使用的黏合剂为市售环保胶粉，例如由杭州永润环保材料有限公司生产的P-1788。可根据例如使用环境等要求适当地调整粘结剂的比例，以获得性能较佳的涂层。以1重量份的光触媒二氧化钛为基准，所述黏合剂为10到30重量份，优选20-25重量份。在一种实施方式中，所述黏合剂为22重量份。

根据本发明的第二个方面，提供了光触媒气凝胶墙面涂料的制备方法(以下简称本发明的方法)，包括：步骤(1)按照所需比例依次加入二氧化硅气凝胶、光触媒二氧化钛、碳酸钙，膨润土、真空玻璃微珠、钛白粉和黏合剂并进行混合；和步骤(2)在搅拌机下大约500r/min的条件下搅拌60min使粉体混合均匀，从而制得所述光触媒气凝胶墙面涂料。

在第三方面，本发明提供了上述光触媒气凝胶墙面涂料的施涂方法，包括：在施工时，采用本领域常规使用的方式将所述涂料和水按照大约10：8的重量比例混合均匀，形成膏状浆料，然后再进行施涂。

将通过以下实施例对本发明做进一步阐明，这些实施例旨在对本发明进行示例说明，而非限制本发明的范围。

实施例

实施例1

光触媒气凝胶墙面涂料1的制备

首先，在滚筒式搅拌机中依次加入500g二氧化硅气凝胶(由昆山优超制造)，100g光触媒二氧化钛(由昆山优超制造)，5000g真空玻璃微珠(山西海诺HN20)，2000g钛白粉(硕钛化工，LR-108)，和2200g黏合剂(得自杭州永润，P-1788)，即，二氧化硅气凝胶、光触媒二氧化钛、真空玻璃微珠、钛白粉、黏合剂的比例为5:1:50:20:22,然后，将混合物在500r/min的条件下搅拌60min，使得粉体混合均匀，得到光触媒气凝胶墙面涂料1。

光触媒气凝胶墙面涂料1的施用和测试

将上述制备的光触媒气凝胶墙面涂料1施用在水泥板上，包括以下步骤：

(1)将涂料1的粉体和自来水按照10：8的重量比例进行混合，搅拌均匀，形成膏状浆料；(2)采用刮刀均匀涂覆在平坦的厚度为5mm厚度的水泥板上，涂覆厚度为0.3～0.4mm。

在将光触媒气凝胶墙面涂料1涂覆在水泥板上，养护达到相关标准规定时间之后，测量涂层的各种性质，如下表所示。

表1由光触媒气凝胶墙面涂料1获得的涂层的部分性能指标：

实施例2

光触媒气凝胶墙面涂料2的制备

首先，在滚筒式搅拌机中依次加入500g二氧化硅气凝胶(由昆山优超制造)，100g光触媒二氧化钛(由昆山优超制造)，5000g碳酸钙(浙江雪峰DF200)，2000g钛白粉(硕钛化工LR-108)份，2200g黏合剂(杭州永润P-1788)，即，氧化硅气凝胶、光触媒二氧化钛、碳酸钙、钛白粉和黏合剂比例为5:1:50:20:22,然后，将混合物在500r/min的条件下搅拌60min，使得粉体混合均匀，得到光触媒气凝胶墙面涂料2。

光触媒气凝胶墙面涂料2的施用和测试

将上述制备的光触媒气凝胶墙面涂料2施用在水泥板上，包括以下步骤：

(1)将涂料2的粉体和自来水按照10：8的重量比例进行混合，搅拌均匀，形成膏状浆料；(2)采用刮刀均匀涂覆在平坦的厚度为5mm厚度的水泥板上，涂覆厚度为0.3～0.4mm。

在将光触媒气凝胶墙面涂料2涂覆在水泥板上，养护达到相关标准规定时间之后，测量涂层的各种性质，如下表所示。

表2由光触媒气凝胶墙面涂料2获得的涂层的部分性能指标：

实施例3

光触媒气凝胶墙面涂料3的制备

首先，在滚筒式搅拌机中依次加入500g二氧化硅气凝胶(由昆山优超制造)，100g光触媒二氧化钛(由昆山优超制造)，5000g膨润土(科莱恩膨润土,CA1500)，2000g钛白粉(硕钛化工,LR-108)，2200g黏合剂(杭州永润,P-1788)，即，二氧化硅气凝胶、光触媒二氧化钛、膨润土、钛白粉、黏合剂的比例为5:1:50:20:22,然后，将混合物在500r/min的条件下搅拌60min，使得粉体混合均匀，得到光触媒气凝胶墙面涂料3。

光触媒气凝胶墙面涂料3的施用和测试

将上述制备的光触媒气凝胶墙面涂料3施用在墙体上，包括以下步骤：

(1)将涂料3的粉体和自来水按照10：8的重量比例进行混合，搅拌均匀，形成膏状浆料；(2)采用刮刀均匀涂覆在平坦的厚度为5mm厚度的水泥板上，涂覆厚度为0.3～0.4mm。

在将光触媒气凝胶墙面涂料3涂覆在水泥板上，养护达到相关标准规定时间之后，测量涂层的各种性质，如下表所示。

表3由光触媒气凝胶墙面涂料3获得的涂层的部分性能指标：

通过以上3个实施例，发现任意加入、替换填料碳酸钙，膨润土、真空玻璃微珠三者中的一种，所得到的产品性能指标基本不受影响。为了进一步验证二氧化硅气凝胶和光触媒二氧化钛在体系中所起到的作用，分别进行以下两个对比例。

对比例1

光触媒气凝胶墙面对比涂料1的制备

首先，在滚筒式搅拌机中依次加入500g二氧化硅气凝胶(由昆山优超制造)，5000g膨润土(科莱恩膨润土,CA1500)，2000g钛白粉(硕钛化工,LR-108)，22000g黏合剂(杭州永润,P-1788)，即，二氧化硅气凝胶、膨润土、钛白粉、黏合剂的比例为5:50:20:22,然后，将混合物在500r/min的条件下搅拌60min，使得粉体混合均匀，得到光触媒气凝胶墙面对比涂料1。

光触媒气凝胶墙面对比涂料1的施用和测试

将上述制备的光触媒气凝胶墙面对比涂料1施用在墙体上，包括以下步骤：

(1)将对比涂料1的粉体和自来水按照10：8的重量比例进行混合，搅拌均匀，形成膏状浆料；(2)采用刮刀均匀涂覆在平坦的厚度为5mm厚度的水泥板上，涂覆厚度为0.3～0.4mm。

在将光触媒气凝胶墙面对比涂料1涂覆在水泥板上，养护达到相关标准规定时间之后，测量涂层的各种性质，如下表所示。

表4由光触媒气凝胶墙面对比涂料1获得的涂层的部分性能指标：

通过本对比例得到的涂层的性能指标可以看出，未掺杂光触媒二氧化钛的涂料所得到的涂层的负氧离子生产能力和净化甲醛的能力大大降低。这说明光触媒二氧化钛不但能够营造相对高浓度的负氧离子环境，同时对降解环境中的甲醛起着决定性作用。

对比例2

光触媒气凝胶墙面对比涂料2的制备

首先，在滚筒式搅拌机中依次加入300g光触媒二氧化钛(由昆山优超制造)，5000g膨润土(科莱恩膨润土,CA1500)，2000g钛白粉(硕钛化工,LR-108)，22000g黏合剂(杭州永润,P-1788)，即，光触媒二氧化钛、膨润土、钛白粉、黏合剂的比例为3:50:20:22,然后，将混合物在500r/min的条件下搅拌60min，使得粉体混合均匀，得到光触媒气凝胶墙面对比涂料2。

光触媒气凝胶墙面对比涂料2的施用和测试

将上述制备的光触媒气凝胶墙面对比涂料2施用在墙体上，包括以下步骤：

(1)将对比涂料2的粉体和自来水按照10：8的重量比例进行混合，搅拌均匀，形成膏状浆料；(2)采用刮刀均匀涂覆在平坦的厚度为5mm厚度的水泥板上，涂覆厚度为0.3～0.4mm。

在将光触媒气凝胶墙面对比涂料2涂覆在水泥板上，养护达到相关标准规定时间之后，测量涂层的各种性质，如下表所示。

表5为由光触媒气凝胶墙面对比涂料2获得的涂层的部分性能指标：

上述所有实施例和对比例中的样品的热导率系数均采用TC3000E便携式导热仪进行测定；样品除醛性能实验中，净化前后甲醛浓度通过液相色谱(Shimadzu,LC-20A型)测定；样品产生的负氧离子浓度通过便携式负氧离子浓度检测仪(ZK-BFO)进行测定。

通过本对比例得到的涂层的性能指标可以看出，未掺杂二氧化硅气凝胶的涂料所得到的涂层的热导率系数增大，说明二氧化硅气凝胶对涂层的隔热性能起着至关重要的作用。此外，产品的负氧离子生产能力和净化甲醛的能力也有所下降，这说明，没有二氧化硅气凝胶作为载体，不能为光触媒二氧化钛提供足够多的活性位点，因此光催化活性有所下降。

尽管通过一些实施方式描述了本发明，但本领域技术人员能够理解，可以对它们进行各种改变，可以用等价物代替本发明的要素，也可以进行需要的改进以使特定的情形或材料适用于本发明的教导，只要不偏离本发明的本质和基本范围。因此，本发明将包括落入所附权利要求书范围内的所有实施方式。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种多功能的光触媒气凝胶墙面涂料，其特征在于，其由下述各组分组成：二氧化硅气凝胶，光触媒二氧化钛，碳酸钙、膨润土和真空玻璃微珠中的任一种，钛白粉，和黏合剂，其中基于1重量份光触媒二氧化钛，所述二氧化硅气凝胶为2到8重量份，所述碳酸钙、膨润土和真空玻璃微珠中的任一种为10到50重量份，所述钛白粉为10到20重量份，和所述黏合剂为10到30重量份。

2.如权利要求1所述的光触媒气凝胶墙面涂料，其特征在于，所述二氧化硅气凝胶具有如下性质：密度为30-1000kg/m³，常温(25℃)导热系数为0.010-0.034W/(m·K)，孔隙率为60％-99％，孔径在500nm以下，和比表面积为300-1000m²/g。

3.如权利要求1所述的光触媒气凝胶墙面涂料，其特征在于，所述光触媒二氧化钛为锐钛矿结构的二氧化钛纳米粒子，基本粒子粒径为10～50nm。

4.如权利要求1所述的光触媒气凝胶墙面涂料，其特征在于，所述真空玻璃微珠的粒径为10～100微米，所述碳酸钙的粒径为500～1000目，以及所述膨润土的粒径为500～1000目。

5.如权利要求1所述的光触媒气凝胶墙面涂料，其特征在于，所述钛白粉的粒径为500～1000目。

6.如权利要求1-5任一项所述的光触媒气凝胶墙面涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)按照所需比例依次加入二氧化硅气凝胶，光触媒二氧化钛，碳酸钙、膨润土和真空玻璃微珠中的任一种，钛白粉和黏合剂并进行混合；

(2)在滚筒式搅拌机500r/min的条件下搅拌60min，使得粉体混合均匀，从而制得所述光触媒气凝胶墙面涂料。

7.如权利要求6的制备方法，其特征在于，将二氧化硅气凝胶、光触媒二氧化钛、真空玻璃微珠、钛白粉和黏合剂按5:1:50:20:22比例进行混合。

8.如权利要求6的制备方法，其特征在于，将二氧化硅气凝胶、光触媒二氧化钛、碳酸钙、钛白粉、黏合剂按5:1:50:20:22的比例进行混合。

9.如权利要求6的制备方法，其特征在于，将二氧化硅气凝胶、光触媒二氧化钛、膨润土、钛白粉、黏合剂按5:1:50:20:22的比例进行混合。

10.一种如权利要求1-5任一项所述的光触媒气凝胶墙面涂料的施涂方法，其特征在于，在施工时，将所述涂料和水按照10：8的重量比例混合均匀，形成膏状浆料，然后再进行施涂。