CN110437720B - 一种室内有害气体吸附型水性聚氨酯涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及环保涂料技术领域，公开了一种室内有害气体吸附型水性聚氨酯涂料及其制备方法。该涂料包括按重量份配比的下述组分：水性聚氨酯树脂50‑70份，填料20‑30份，光稳定剂1‑3份，流平剂1‑3份，分散剂0.5‑1份，吸附复合颗粒5‑10份，水100‑120份。本发明制备得到的涂料中吸附剂能够持续对空气中的有害气体进行吸附，不会发生有害气体解吸的现象。

Description

一种室内有害气体吸附型水性聚氨酯涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及涂料技术领域，尤其是涉及一种室内有害气体吸附型水性聚氨酯涂料及其制备方法。

背景技术

随着建筑装饰材料的日益多样化，在各种新型人造材料中会大量使用黏合剂，进而会有大量的甲醛从黏合剂中挥发到室内环境中。甲醛被认为是一种致癌、致畸的有害物质，能对人体健康产生巨大的伤害。所以对室内甲醛的有效去除引起了人们广泛的关注。近年来，已经开发了一些空气净化器、吸附剂、去甲醛涂料等具有去除甲醛功能的装置与材料，但相关成果尚不完全成熟。寻求一种能够廉价、方便、高效的甲醛去除材料非常必要。目前，利用涂料去除甲醛主要有物理吸附、光催化氧化和化学固定。物理吸附法去除甲醛常用多孔材料作为吸附剂，但在去除甲醛时，吸附于多孔材料孔道中的甲醛含量过大时，容易脱附，并再次释放于环境中，造成二次污染。如中国专利公开号CN108192391公开了一种环保型建筑涂料及其制备方法，该环保涂料包括硅藻泥份、田玉废料粉、白水泥、常规水泥、石英砂、消泡剂、润湿剂、吸附剂、环氧树脂、纳米二氧化铁，余量为水。此涂料配方中选择活性炭或者沸石作为吸附剂，吸附室内空气中的甲醛，但是吸附有害气体含量到一定程度后容易发生脱附，对甲醛等有害气体的吸附效果并不理想。

发明内容

本发明是为了克服现有技术吸附剂对甲醛等有害气体吸附容易发生脱附的问题，提供一种室内有害气体吸附型水性聚氨酯涂料，该涂料中吸附剂能够持续对空气中的有害气体进行吸附，不会发生有害气体解吸的现象。

本发明还提供了一种室内有害气体吸附型水性聚氨酯涂料的制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种室内有害气体吸附型水性聚氨酯涂料，包括按重量份配比的下述组分：水性聚氨酯树脂50-70份，填料20-30份，光稳定剂1-3份，流平剂1-3份，分散剂0.5-1份，吸附复合颗粒5-10份，水100-120份。

本发明制备的涂料为水性聚氨酯树脂涂料，涂料溶剂为水，相比有机溶剂型涂料不会向室内空气中适当有机溶剂气体，绿色环保；聚氨酯树脂涂料中通过添加填料来节省聚氨酯树脂的用量，降低生产成本，另外根据填料的自身物理特性可以起到改善涂料相关的物理性能；添加光稳定、流平剂和分散剂作为涂料助剂，吸附复合颗粒对室内空气中甲醛等有害气体进行吸附，改善室内空气质量。

作为优选，所述吸附复合颗粒的制备方法包括以下步骤：

将二氧化硅颗粒加入去离子水搅拌使二氧化硅颗粒分散均匀，加入十二烷基硫酸钠和碳酸钠搅拌均匀，升温至40-60℃进行反应8-10h，过滤，洗涤，干燥得介孔二氧化硅空心球；将羧甲基纤维素溶解在去离子水中配成羧甲基纤维素溶液，将介孔二氧化硅空心球加入羧甲基纤维素溶液中，真空条件下静置吸附24-48h，过滤，洗涤，加入去离子水中，滴加戊二醛交联剂，升温至50-60℃，保温反应5-10h，过滤，洗涤，干燥得羧甲基纤维素-二氧化硅微球；将羧甲基纤维素-二氧化硅微球进行高温碳化得吸附复合颗粒。

本发明先通过碳酸钠对二氧化硅颗粒的刻蚀，在表面活性剂的配合下制备表面具有孔洞的介

孔二氧化硅空心球，然后将介孔二氧空心球浸入羧甲基纤维素溶液中，经过介孔二氧化硅微球的吸附作用将羧甲基纤维素吸附到介孔二氧化硅空心球内部，然后经过戊二醛交联剂的交联使介孔二氧化硅微球内部的羧甲基纤维素发生交联形成具有三维网络结构的高分子化合物，最后在高温条件下使三维网络状的高分子化合物发生碳化，形成具有吸附作用的多孔碳化物，多孔碳化物与包覆在碳化物外部的二氧化硅壳层构成本发明复合吸附剂颗粒。本发明制备的复合吸附剂颗粒具有二级吸附结构，介孔二氧化硅微球先对空气中的甲醛等有害气体进行初步吸附，使甲醛进入介孔二氧化硅微球的内部，然后介孔二氧化硅微球内部的多孔碳化物对甲醛等有害气体形成二次吸附作用，从而使进入介孔二氧化硅微球内部的有害气体不容易出现解吸现象，提高对室内有害气体的吸附效果。

由于羧甲基纤维素化合物经碳化后形成的碳化物强度较低，容易在外力作用下(例如涂料混合搅拌过程)造成碳化物的破损，导致其吸附效果降低，本发明吸附复合颗粒的壳芯结构，多孔碳化物外部包覆的介孔二氧化硅壳层能够起到对多孔碳化物的保护作用，避免在遭受外力的作用下发生碳化物的破损，提高多孔碳化物的吸附效果。

作为优选，所述戊二醛添加量为羧甲基纤维素重量的5-10wt％。

本发明使用戊二醛对羧甲基纤维素进行交联，使羧甲基纤维素分子发生三维网状高分子化合物。发明人研究中发现戊二醛对三维网状高分子化合物碳化物的孔径和孔隙率影响较大，当交联剂的用量低于羧甲基纤维素的5wt％，羧甲基纤维素交联不充分，碳化后形成的碳化物的孔隙率较低，吸附性能较差；当交联剂的用量高于羧甲基纤维素的10wt％，羧甲基纤维素交联过度，碳化过程中形成的孔洞收缩较为严重，碳化物孔径较小，同样不利于有害气体的吸附。本发明控制戊二醛添加量为羧甲基纤维素重量的5-10wt％，制备得到的多孔碳化物既具有较高的孔隙率又具有大孔径的孔洞，得到的碳化物吸附能力较强。

作为优选，所述碳化温度为325-350℃；碳化时间为5-10h。

作为优选，所述填料为滑石粉、钛白粉、石英粉、云母粉中的一种或多种，所述填料的粒径≤60μm。

作为优选，所述光稳定剂为邻羟基二苯甲酮类稳定剂、邻羟基苯并三唑类稳定剂、水杨酸酯类稳定剂中的一种或多种。

作为优选，所述流平剂为有机硅流平剂、GLP-558流平剂、DB-3376流平剂中的一种或多种。

作为优选，所述分散剂为聚乙二醇、聚乙烯醇、吐温中的一种或多种。

一种室内有害气体吸附型水性聚氨酯涂料的制备方法，包括以下步骤：

1)将水性聚氨酯加入反应釜中进行搅拌，在搅拌过程中加入水、流平剂、光稳定剂和分散剂，搅拌混合均匀；

2)将填料经砂磨至细度合格后投入步骤1)中物料中，加入水，继续搅拌，混合均匀；

3)取样检测合格后，经过过滤，包装，即得。

作为优选，所述步骤1)中水的添加重量与步骤2)中水的添加重量比为1:0.2-0.4。

因此，本发明具有如下有益效果：1)本发明制备的复合吸附剂颗粒具有二级吸附结构，介孔二氧化硅微球先对空气中的甲醛等有害气体进行初步吸附，使甲醛进入介孔二氧化硅微球的内部，然后介孔二氧化硅微球内部的多孔碳化物对甲醛等有害气体形成二次吸附作用，从而使进入介孔二氧化硅微球内部的有害气体不容易出现解吸现象，提高对室内有害气体的吸附效果；2)本发明吸附复合颗粒的壳芯结构，多孔碳化物外部包覆的介孔二氧化硅壳层能够起到对多孔碳化物的保护作用，避免在遭受外力的作用下发生碳化物的破损，提高多孔碳化物的吸附效果；3)多孔碳化物具有较高的孔隙率和大孔道结构，具有较强的吸附性能。

具体实施方式

下面通过具体实施例，对本发明的技术方案做进一步说明。

本发明中，若非特指，所采用的原料和设备等均可从市场购得或是本领域常用的，实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。

实施例1

吸附复合颗粒的制备方法包括以下步骤：

将5g二氧化硅颗粒加入120mL去离子水搅拌使二氧化硅颗粒分散均匀，加入0.08g十二烷基硫酸钠和0.3g碳酸钠搅拌均匀，升温至50℃进行反应9h，过滤，洗涤，干燥得介孔二氧化硅空心球；将5g羧甲基纤维素溶解在200mL去离子水中配成羧甲基纤维素溶液，将介孔二氧化硅空心球加入羧甲基纤维素溶液中，真空条件下静置吸附30h，过滤，洗涤，加入120mL去离子水中，滴加0.3g戊二醛交联剂，升温至55℃，保温反应8h，过滤，洗涤，干燥得羧甲基纤维素-二氧化硅微球；将羧甲基纤维素-二氧化硅微球在330℃进行高温碳化8h得吸附复合颗粒。

室内有害气体吸附型水性聚氨酯涂料，包括按重量份配比的下述组分：

水性聚氨酯树脂60份，填料滑石粉25份，邻羟基二苯甲酮类稳定剂2份，有机硅流平剂2份，分散剂聚乙二醇0.5份，吸附复合颗粒8份，水100份；其中填料粒径为30μm。

室内有害气体吸附型水性聚氨酯涂料的制备方法，包括以下步骤：

1)水性聚氨酯加入反应釜中进行搅拌，在搅拌过程中加入水、流平剂、光稳定剂和分散剂，搅拌混合均匀；

2)将填料经砂磨至细度合格后投入步骤1)中物料中，继续加水，水的添加量为步骤1)中的0.3倍，继续搅拌，混合均匀；

3)取样检测合格后，经过过滤，包装，即得。

实施例2

吸附复合颗粒的制备方法包括以下步骤：

将5g二氧化硅颗粒加入130mL去离子水搅拌使二氧化硅颗粒分散均匀，加入0.08g十二烷基硫酸钠和0.4g碳酸钠搅拌均匀，升温至60℃进行反应8h，过滤，洗涤，干燥得介孔二氧化硅空心球；将5g羧甲基纤维素溶解在230mL去离子水中配成羧甲基纤维素溶液，将介孔二氧化硅空心球加入羧甲基纤维素溶液中，真空条件下静置吸附40h，过滤，洗涤，加入150mL去离子水中，滴加0.4g戊二醛交联剂，升温至60℃，保温反应5h，过滤，洗涤，干燥得羧甲基纤维素-二氧化硅微球；将羧甲基纤维素-二氧化硅微球在350℃进行高温碳化5h得吸附复合颗粒。

室内有害气体吸附型水性聚氨酯涂料，包括按重量份配比的下述组分：

水性聚氨酯树脂65份，填料钛白粉25份，邻羟基苯并三唑类稳定剂3份，GLP-558流平剂2份，分散剂聚乙烯醇0.8份，吸附复合颗粒10份，水120份；其中填料粒径为50μm。

室内有害气体吸附型水性聚氨酯涂料的制备方法，包括以下步骤：

1)水性聚氨酯加入反应釜中进行搅拌，在搅拌过程中加入水、流平剂、光稳定剂和分散剂，搅拌混合均匀；

2)将填料经砂磨至细度合格后投入步骤1)中物料中，继续加水，水的添加量为步骤1)中的0.4倍，继续搅拌，混合均匀；

3)取样检测合格后，经过过滤，包装，即得。

实施例3

吸附复合颗粒的制备方法包括以下步骤：

将5g二氧化硅颗粒加入100mL去离子水搅拌使二氧化硅颗粒分散均匀，加入0.06g十二烷基硫酸钠和0.3g碳酸钠搅拌均匀，升温至40℃进行反应10h，过滤，洗涤，干燥得介孔二氧化硅空心球；将5g羧甲基纤维素溶解在120mL去离子水中配成羧甲基纤维素溶液，将介孔二氧化硅空心球加入羧甲基纤维素溶液中，真空条件下静置吸附24h，过滤，洗涤，加入120mL去离子水中，滴加0.3g戊二醛交联剂，升温至50℃，保温反应10h，过滤，洗涤，干燥得羧甲基纤维素-二氧化硅微球；将羧甲基纤维素-二氧化硅微球在325℃进行高温碳化10h得吸附复合颗粒。

室内有害气体吸附型水性聚氨酯涂料，包括按重量份配比的下述组分：

水性聚氨酯树脂55份，填料石英粉22份，水杨酸酯类稳定剂1份，DB-3376流平剂2份，分散剂吐温0.6份，吸附复合颗粒6份，水100份；其中填料粒径为20μm。

室内有害气体吸附型水性聚氨酯涂料的制备方法，包括以下步骤：

1)水性聚氨酯加入反应釜中进行搅拌，在搅拌过程中加入水、流平剂、光稳定剂和分散剂，搅拌混合均匀；

2)将填料经砂磨至细度合格后投入步骤1)中物料中，继续加水，水的添加量为步骤1)中的0.2倍，继续搅拌，混合均匀；

3)取样检测合格后，经过过滤，包装，即得。

实施例4

吸附复合颗粒的制备方法包括以下步骤：

将5g二氧化硅颗粒加入150mL去离子水搅拌使二氧化硅颗粒分散均匀，加入0.1g十二烷基硫酸钠和0.5g碳酸钠搅拌均匀，升温至60℃进行反应8h，过滤，洗涤，干燥得介孔二氧化硅空心球；将5g羧甲基纤维素溶解在250mL去离子水中配成羧甲基纤维素溶液，将介孔二氧化硅空心球加入羧甲基纤维素溶液中，真空条件下静置吸附48h，过滤，洗涤，加入150mL去离子水中，滴加0.5g戊二醛交联剂，升温至60℃，保温反应5h，过滤，洗涤，干燥得羧甲基纤维素-二氧化硅微球；将羧甲基纤维素-二氧化硅微球在350℃进行高温碳化5h得吸附复合颗粒。

室内有害气体吸附型水性聚氨酯涂料，包括按重量份配比的下述组分：

水性聚氨酯树脂70份，填料云母粉30份，邻羟基二苯甲酮类稳定剂3份，有机硅流平剂3份，分散剂聚乙二醇1份，吸附复合颗粒10份，水120份；其中填料粒径为60μm。

室内有害气体吸附型水性聚氨酯涂料的制备方法，包括以下步骤：

1)水性聚氨酯加入反应釜中进行搅拌，在搅拌过程中加入水、流平剂、光稳定剂和分散剂，搅拌混合均匀；

2)将填料经砂磨至细度合格后投入步骤1)中物料中，继续加水，水的添加量为步骤1)中的0.4倍，继续搅拌，混合均匀；

3)取样检测合格后，经过过滤，包装，即得。

实施例5

吸附复合颗粒的制备方法包括以下步骤：

将5g二氧化硅颗粒加入100mL去离子水搅拌使二氧化硅颗粒分散均匀，加入0.05g十二烷基硫酸钠和0.2g碳酸钠搅拌均匀，升温至40℃进行反应10h，过滤，洗涤，干燥得介孔二氧化硅空心球；将5g羧甲基纤维素溶解在100mL去离子水中配成羧甲基纤维素溶液，将介孔二氧化硅空心球加入羧甲基纤维素溶液中，真空条件下静置吸附24h，过滤，洗涤，加入100mL去离子水中，滴加0.25g戊二醛交联剂，升温至50℃，保温反应10h，过滤，洗涤，干燥得羧甲基纤维素-二氧化硅微球；将羧甲基纤维素-二氧化硅微球在325℃进行高温碳化10h得吸附复合颗粒。

室内有害气体吸附型水性聚氨酯涂料，包括按重量份配比的下述组分：

水性聚氨酯树脂50份，填料滑石粉20份，邻羟基苯并三唑类稳定剂1份，DB-3376流平剂1份，分散剂聚乙烯醇0.5份，吸附复合颗粒5份，水100份；其中填料粒径为50μm。

室内有害气体吸附型水性聚氨酯涂料的制备方法，包括以下步骤：

1)水性聚氨酯加入反应釜中进行搅拌，在搅拌过程中加入水、流平剂、光稳定剂和分散剂，搅拌混合均匀；

2)将填料经砂磨至细度合格后投入步骤1)中物料中，继续加水，水的添加量为步骤1)中的0.2倍，继续搅拌，混合均匀；

3)取样检测合格后，经过过滤，包装，即得。

对比例1

对比例1与实施例1的区别在于将吸附复合颗粒替换为等量的介孔二氧化硅。

对比例2

对比例2

对比例2余实施例1的区别在于将吸附复合颗粒替换为等量的活性炭。

实验测试

将实施例1-5和对比例1中的涂料均匀涂覆于7块玻璃板上，采用《JCT1074-2008室内空气净化功能涂覆材料净化性能》的测试方法分别对涂料性能进行测试，测试结果如下：

由实施例1-5与对比例1-2涂料吸附效果对比可以得到：实施例中涂料对甲醛的吸附效率保持在90％以上，远高于对比例1和对比例2，证明本发明制备的吸附涂料对甲醛具有较好的吸附效果。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种室内有害气体吸附型水性聚氨酯涂料，其特征在于，包括按重量份配比的下述组分：

水性聚氨酯树脂50-70份，填料20-30份，光稳定剂1-3份，流平剂1-3份，分散剂0.5-1份，吸附复合颗粒5-10份，水100-120份；

所述吸附复合颗粒的制备方法包括以下步骤：

将二氧化硅颗粒加入去离子水搅拌使二氧化硅颗粒分散均匀，加入十二烷基硫酸钠和碳酸钠搅拌均匀，升温至40-60℃进行反应8-10h，过滤，洗涤，干燥得介孔二氧化硅空心球；将羧甲基纤维素溶解在去离子水中配成羧甲基纤维素溶液，将介孔二氧化硅空心球加入羧甲基纤维素溶液中，真空条件下静置吸附24-48h，过滤，洗涤，加入去离子水中，滴加戊二醛交联剂，升温至50-60℃，保温反应5-10h，过滤，洗涤，干燥得羧甲基纤维素-二氧化硅微球；将羧甲基纤维素-二氧化硅微球进行高温碳化得吸附复合颗粒；

所述戊二醛添加量为羧甲基纤维素重量的5-10wt%。

2.根据权利要求1所述的一种室内有害气体吸附型水性聚氨酯涂料，其特征在于，所述碳化温度为325-350℃；碳化时间为5-10h。

3.根据权利要求1所述的一种室内有害气体吸附型水性聚氨酯涂料，其特征在于，所述填料为滑石粉、钛白粉、石英粉、云母粉中的一种或多种，所述填料的粒径≤60μm。

4.根据权利要求1所述的一种室内有害气体吸附型水性聚氨酯涂料，其特征在于，所述光稳定剂为邻羟基二苯甲酮类稳定剂、邻羟基苯并三唑类稳定剂、水杨酸酯类稳定剂中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的一种室内有害气体吸附型水性聚氨酯涂料，其特征在于，所述流平剂为有机硅流平剂。

6.根据权利要求1所述的一种室内有害气体吸附型水性聚氨酯涂料，其特征在于，所述分散剂为聚乙二醇、聚乙烯醇中的一种或多种。

7.一种如权利要求1-6任一权利要求所述的室内有害气体吸附型水性聚氨酯涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）将水性聚氨酯树脂加入反应釜中进行搅拌，在搅拌过程中加入水、流平剂、光稳定剂和分散剂，搅拌混合均匀；

2）将填料经砂磨至细度合格后投入步骤1）中物料中，加入水，继续搅拌，混合均匀；

3）取样检测合格后，经过过滤，包装，即得。

8.根据权利要求7所述的一种室内有害气体吸附型水性聚氨酯涂料的制备方法，其特征在于，所述步骤1）中水的添加重量与步骤2）中水的添加重量比为1:0.2-0.4。