CN110437695A - 一种多功能的光触媒气凝胶家具涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多功能的光触媒气凝胶家具涂料及其制备方法，该多功能的光触媒气凝胶家具涂料由二氧化硅气凝胶，光触媒二氧化钛，碳酸钙和膨润土中的任一种，纤维素和纯丙乳液组成，其中以1重量份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，所述碳酸钙或膨润土为10到50重量份，所述纤维素为1到10重量份，和所述纯丙乳液为20到50重量份。本发明的光触媒气凝胶家具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，同时还具有防水、耐污等优点。

Description

一种多功能的光触媒气凝胶家具涂料及其制备方法
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家具涂料及其制备方法。特别是，本发明涉及以光触媒气凝胶为主要功能性的原材料，添加以碳酸钙、膨润土、纤维素、纯丙乳液等多种载体材料，复合为一体，属于复合材料技术领域。
背景技术
气凝胶是一种由相互贯通或封闭的孔洞构成网络结构的材料，具有超高的比表面积，能够提供更多的活性位点，是高性能材料领域的研究热点。例如，气凝胶材料可以为光触媒二氧化钛材料提供了更多的可依附的活性位点，使得复合材料的光催化降解污染物的性能得到进一步提升。二氧化硅气凝胶，是一种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得到的材料。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家具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家具涂料产品，本发明中所涉及的家具涂料包含光触媒气凝胶，其具有多种功能，不仅能有效净化、分解有毒有害有机物质，同时还具有疏水、耐污等优点。
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家具涂料，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乳液装饰涂料。该涂料具有良好的可塑性，可用于施工、涂抹在家具表面、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家具涂料，其由二氧化硅气凝胶，光触媒二氧化钛，碳酸钙和膨润土中的任一种，纤维素和纯丙乳液组成，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，碳酸钙或膨润土为10到50重量份，纤维素为1到10重量份，和纯丙乳液为20到50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家具涂料的制备方法，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，碳酸钙和膨润土中的任一种，纤维素和纯丙乳液进行混合；和(2)在搅拌机下500r/min的条件下搅拌60min使浆料混合均匀，从而制得所述光触媒气凝胶家具涂料。
在第三方面，本发明提供了上述光触媒气凝胶家具涂料的施涂方法，包括：在施工时，将所述涂料和水按照10：8的重量比例将浆状涂料稀释，然后再进行施涂。
本发明的光触媒气凝胶家具涂料不仅能有效净化、分解有害气体分子，而且能净化空气，同时还具有疏水、耐污等优点。此外，本发明的光触媒气凝胶家具涂料不含有害物质，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家具涂料，其由二氧化硅气凝胶，光触媒二氧化钛，碳酸钙和膨润土中的任一种，纤维素和纯丙乳液组成。
本发明的光触媒气凝胶家具涂料中使用的二氧化硅气凝胶为采用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家具涂料中，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家具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家具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家具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40-50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家具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家具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家具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。
上述碳酸钙和膨润土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，使用两者中的任一种，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家具涂料中还加入了纤维素。纤维素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，具有保水保湿，间接起到不开裂不脱粉的作用。在本发明的涂料中使用的纤维素可以为市售的那些，利润例如由山东方达康工业纤维素有限公司生产的纤维素HEC-6000。本发明的光触媒气凝胶家具涂料中所使用的纤维素的分子量大约为6000。以1重量份的光触媒二氧化钛为基准，所述纤维素为1到10重量份，优选3-6重量份，在一种实施方式中，所述纤维素为5重量份。
本发明的光触媒气凝胶家具涂料中使用的纯丙乳液可以为市售的那些，例如由上海久优化工生产的纯丙乳液JY-8600。纯丙乳液可根据例如使用环境等要求适当的调整粘结剂的比例，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，所述纯丙乳液为20到50重量份，优选45重量份。
根据本发明的第二个方面，提供了光触媒气凝胶家具涂料的制备方法(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、碳酸钙和膨润土中的任一种、纤维素和纯丙乳液并进行混合；和步骤(2)在搅拌机下500r/min的条件下搅拌60min使浆料混合均匀，从而制得所述光触媒气凝胶家具涂料。
在第三方面，本提供了上述光触媒气凝胶家具涂料的施涂方法，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10：8的重量比例将浆状涂料稀释，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1
光触媒气凝胶家具涂料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碳酸钙(浙江雪峰DF200)，500g纤维素(山东方达康工业纤维素有限公司HEC-6000)份，4500g纯丙乳液(上海久优化工JY-8600)，即，氧化硅气凝胶、光触媒二氧化钛、碳酸钙、纤维素和纯丙乳液比例为5:1:50:5:45,然后，将混合物在500r/min的条件下搅拌60min，使得粉体混合均匀，得到光触媒气凝胶家具涂料1。
光触媒气凝胶家具涂料1的施用和测试
将上述制备的光触媒气凝胶家具涂料1施用在木板上，包括以下步骤：
(1)将涂料1的浆料和自来水按照10：8的重量比例进行稀释，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厚度的木板上，涂覆厚度为0.3～0.4mm。
在将光触媒气凝胶家具涂料1涂覆在木板上，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由光触媒气凝胶家具涂料1获得的涂层的部分性能指标：
实施例2
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)，500g纤维素(山东方达康工业纤维素有限公司HEC-6000)份，4500g纯丙乳液(上海久优化工JY-8600)，即，氧化硅气凝胶、光触媒二氧化钛、碳酸钙、纤维素和纯丙乳液比例为5:1:50:5:45,然后，将混合物在500r/min的条件下搅拌60min，使得粉体混合均匀，得到光触媒气凝胶家具涂料2。
光触媒气凝胶家具涂料2的施用和测试
将上述制备的光触媒气凝胶家具涂料2施用在木板上，包括以下步骤：
(1)将涂料2的浆料和自来水按照10：8的重量比例进行稀释，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厚度的木板上，涂覆厚度为0.3～0.4mm。
在将光触媒气凝胶家具涂料2涂覆在木板上，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由光触媒气凝胶家具涂料2获得的涂层的部分性能指标：
通过以上2个实施例，发现任意加入、替换填料碳酸钙，膨润土二者中的一种，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
光触媒气凝胶家具对比涂料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)，500g纤维素(山东方达康工业纤维素有限公司HEC-6000)份，4500g纯丙乳液(上海久优化工JY-8600)，即，二氧化硅气凝胶、膨润土、纤维素、纯丙乳液的比例为5:50:5:45,然后，将混合物在500r/min的条件下搅拌60min，使得粉体混合均匀，得到光触媒气凝胶家具对比涂料1。
光触媒气凝胶家具对比涂料1的施用和测试
将上述制备的光触媒气凝胶家具对比涂料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厚度的木板上，涂覆厚度为0.3～0.4mm。
在将光触媒气凝胶家具对比涂料1涂覆在木板上，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由光触媒气凝胶家具对比涂料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
光触媒气凝胶家具对比涂料2的制备
首先，在滚筒式搅拌机中依次加入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)，500g纤维素(山东方达康工业纤维素有限公司HEC-6000)份，4500g纯丙乳液(上海久优化工JY-8600)，即，光触媒二氧化钛、膨润土、纤维素、纯丙乳液的比例为1:50:5:45,然后，将混合物在500r/min的条件下搅拌60min，使得粉体混合均匀，得到光触媒气凝胶家具对比涂料2。
光触媒气凝胶家具对比涂料2的施用和测试
将上述制备的光触媒气凝胶家具对比涂料2施用在墙体上，包括以下步骤：
(1)将对比涂料2的浆料和自来水按照10：8的重量比例进行稀释，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厚度的木板上，涂覆厚度为0.3～0.4mm。
在将光触媒气凝胶家具对比涂料2涂覆在木板上，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为由光触媒气凝胶家具对比涂料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 (9)

1.一种多功能的光触媒气凝胶家具涂料，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，碳酸钙和膨润土中的任一种，纤维素，和纯丙乳液；其中以1重量份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，所述碳酸钙或膨润土为10到50重量份，所述纤维素为1到10重量份，和所述纯丙乳液为20到50重量份。
2.如权利要求1所述的光触媒气凝胶家具涂料，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家具涂料，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，其基本粒子粒径为10～50nm。
4.如权利要求1所述的光触媒气凝胶家具涂料，其特征在于，所述碳酸钙或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家具涂料，其特征在于，所述纤维素分子量为6000。
6.如权利要求1-5任一项所述的光触媒气凝胶家具涂料的制备方法，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，碳酸钙和膨润土中的任一种，纤维素和纯丙乳液并进行混合；
(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家具涂料。
7.如权利要求8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、纤维素、纯丙乳液按5:1:50:5:45的比例进行混合。
8.如权利要求8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、纤维素、纯丙乳液按5:1:50:5:45的比例进行混合。
9.一种如权利要求1-5任一项所述的光触媒气凝胶家具涂料的施涂方法，其特征在于，在施工时，将所述涂料和水按照10：8的重量比例稀释，形成膏状浆料，然后再进行施涂。
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