CN111171641A - 一种双层结构的光催化环保涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双层结构的光催化环保涂料及其制备方法，该种双层结构的光催化环保涂料包含内层和外层：(1)将合成树脂乳液、涂料助剂用水稀释和搅拌溶解，加入空心玻璃微珠，空心陶瓷微珠，高速搅拌后得到悬浮浆料A，喷涂后得到隔热内层；(2)将硅胶乳液、涂料助剂用水稀释和搅拌溶解，加入贵金属催化剂，活性二氧化钛，颜填料，低速搅拌后得到悬浮浆料B，喷涂后得到有光催化活性的硅酸盐外层。本发明创新性将涂料净化环境与隔热功能结合到一起，得到一种双层结构的光催化环保涂料，既可以有优良的隔热效果，又可以有效消除工业园区的甲醛，氮氧化物等大气污染物。此外，外层致密的无机硅酸盐还有助于稳定光催化剂，维持其长久有效。

Description

一种双层结构的光催化环保涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及功能性涂料技术领域，尤其涉及一种双层结构的光催化环保涂料及其制备方法。主要应用于工业园区或住宅区的外墙。
背景技术
消灭雾霾，打赢蓝天保卫战任重道远。雾霾来源有多种类，其中挥发性有机气体(VOCs)是一个重要类别。VOCs常见有甲醛和苯系列，醚酯类，含氯烷烃等，会对人们和生物生活健康产生很大危害。家庭装修会产生大量VOCs，工业生中(如喷涂线，医药，橡胶塑料等)更会产生巨量VOCs。VOCs消除一般采用活性炭吸附法和催化剂消除法，前者容易吸附饱和而失效，后者可以转变成无害的二氧化碳和水，因此，催化剂消除VOCs是一种优秀的解决办法(黎维彬等，物理化学学报,2010,26(4):885-894；高寒等,环境工程,2019,37(3):136-141；杨黄根等,催化学报,2016,37(6):934-946)。消除VOCs催化剂主要有贵金属催化剂(如Pt、Au、和Ag催化剂等)，非贵金属催化剂(如铜催化剂，锰催化剂等)，氧化物催化剂(如二氧化钛，氧化锡等)。其中贵金属活性最高，氧化物催化剂容易制备。
建筑能耗约占社会总能耗的三分之一，因此建筑物的节能降耗具有重要意义。在建筑外墙使用具有隔热保温功能的涂料是建筑物节能降耗的有效方法，可以保持室内温度恒定。在建筑外墙涂料中增加可有效消除VOCs的光催化剂，利用太阳光来消除环境中的VOCs，是一个十分有前景的发展方向。然而，现有净化环境的光催化环保涂料，通常存在如下问题：
(1)外墙涂料层一般较厚，光催化剂往往被包裹在内层，光催化剂作用效果显著降低(CN109777230A；CN 107722757A)。
(2)二氧化钛光催化作用一般需要紫外线激发，外墙涂料通常是暴露在太阳自然光下，二氧化钛催化效果降低(CN110128949A；CN110003693A)。
(3)光催化涂料的基材多为合成树脂，此类涂料存在一个严重缺陷，光催化剂会加速有机树脂分解，加速涂料老化(CN104403450A；CN105017905A)。
因此，开发综合性能优越的光催化环保涂料具有重大经济效益、环境效益和社会效益。
发明内容
针对净化环境所使用的光催化环保涂料仍存在问题，本发明提供了一种双层结构的光催化环保涂料及其制备方法，具体开发思路如下：
(1)采用双层结构的光催化环保涂料，其中内层富含空心玻璃微珠和空心陶瓷微珠填料，保证了隔热保温涂料本性；外层为光催化活性剂，解决了光催化剂被包裹而作用降低问题。
(2)针对二氧化钛光催化的不足，提供了更高光催化活性的贵金属催化剂，保证太阳自然光下高效消除VOCs等有害气体。
(3)针对光催化过程中合成树脂基材会加速老化，本发明在含光催化剂的外层，选用稳定和耐候性的硅酸盐基材，保证光催化剂长久有效地消除VOCs等。
本发明采取的技术方案是：
1.本发明公开了一种双层结构的光催化环保涂料，该种双层结构的光催化环保涂料包括以下组份：贵金属催化剂，活性二氧化钛，合成树脂乳液，硅胶乳液，空心玻璃微珠，空心陶瓷微珠，颜填料，涂料助剂。
该种双层结构的光催化环保涂料包含内层和外层：(1)所述内层为隔热内层，包括合成树脂乳液、涂料助剂、空心玻璃微珠和空心陶瓷微珠；(2)所述外层为有光催化活性的硅酸盐外层，包括硅胶乳液、涂料助剂、贵金属催化剂，活性二氧化钛和颜填料。
该种双层结构的光催化环保涂料包含内层和外层，(1)将合成树脂乳液、涂料助剂用水稀释和搅拌溶解，加入空心玻璃微珠，空心陶瓷微珠，高速搅拌后得到悬浮浆料A，喷涂后得到隔热内层；(2)将硅胶乳液、涂料助剂用水稀释和搅拌溶解，加入贵金属催化剂，活性二氧化钛，颜填料，低速搅拌后得到悬浮浆料B，喷涂后得到有光催化活性的硅酸盐外层。
所述的贵金属催化剂包括PtAu和Ag催化剂等的一种或多种。
所述的活性二氧化钛包括锐钛矿二氧化钛，锐钛矿和金红石杂合相二氧化钛的一种或多种。
所述的合成树脂乳液包括苯丙乳液、纯丙乳液，硅丙乳液，氟碳乳液的一种或多种。
所述的硅胶乳液包括硅酸钾，硅酸钠，硅酸钙，硅酸镁的一种或多种。
所述的空心玻璃微珠，空心陶瓷微珠，颗粒在20–150微米，优选20-80微米。
所述的涂料助剂包括分散剂，消泡剂，润湿剂，增稠剂，偶联剂等的一种或多种。
如上所述双层结构的光催化环保涂料的制备方法，包括如下步骤：(1)将合成树脂乳液40-60wt％、涂料助剂(5-15wt％)，用水(2-10wt％)稀释和搅拌溶解，加入空心玻璃微珠(10-20wt％)，空心陶瓷微珠(10-20wt％)，高速搅拌后得到悬浮浆料A，喷涂后得到隔热内层；(2)将硅胶乳液40-60wt％、涂料助剂用水(2-10wt％)稀释和搅拌溶解，加入贵金属催化剂(0.1-1.5wt％)，活性二氧化钛(15-25wt％)，颜填料(10-20wt％)，低速搅拌后得到悬浮浆料B，喷涂后得到有光催化活性的硅酸盐外层。
本发明还要求保护双层结构的光催化环保涂料的用途，用于工业园区或住宅区的外墙。
本发明的积极效果如下：
本发明创新性采用双层结构来构建一种高光催化环保涂料，尤其是外层采用高活性的贵金属催化剂，达到优良隔热效果，高效消除居民区或工业园区的氮氧化物、甲醛等VOCs环境污染物。此外，外层致密的无机硅酸盐还有助于稳定光催化剂，维持其长久有效。
具体实施方式
下面的实施例是对本发明的进一步详细描述，有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述本发明内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。
实施例1
一种双层结构的光催化环保涂料包含内层和外层，(1)将苯丙乳液(质量分数50％)、涂料助剂(质量分数10％，主要包括分散剂(质量分数3％)、润湿剂(质量分数2％)、增稠剂(质量分数2％)、消泡剂(质量分数1％)和偶联剂(质量分数2％)等)用水(质量分数7％)稀释和搅拌溶解，加入改性空心玻璃微珠(质量分数15％)和空心陶瓷微珠(质量分数18％)，高速搅拌后得到悬浮浆料A，喷涂后得到隔热内层；(2)将硅酸钠溶胶(质量分数50％)、涂料助剂(质量分数10％)用水(质量分数4.5％)稀释和搅拌溶解，加入Pt催化剂(质量分数0.5％)，锐钛矿型二氧化钛(质量分数20％)，颜填料(质量分数15％)，低速搅拌后得到悬浮浆料B，喷涂后得到有光催化活性的硅酸盐外层。所得到的双层结构的光催化环保涂料，传导系数0.10W/(m·k)，在室外自然光作用下，对甲醛的降解率大于90％，对氮氧化物的降解率大于90％。
实施例2
一种双层结构的光催化环保涂料包含内层和外层，(1)将硅丙乳液(质量分数48％)、涂料助剂(质量分数10％，主要包括分散剂(质量分数3％)、润湿剂(质量分数2％)、增稠剂(质量分数2％)、消泡剂(质量分数1％)和偶联剂(质量分数2％)等)用水(质量分数9％)稀释和搅拌溶解，加入改性空心玻璃微珠(质量分数18％)和空心陶瓷微珠(质量分数15％)，高速搅拌后得到悬浮浆料A，喷涂后得到隔热内层；(2)将硅酸钾溶胶(质量分数48％)、涂料助剂(质量分数10％)用水(质量分数4％)稀释和搅拌溶解，加入Ag催化剂(质量分数1.0％)，锐钛矿型二氧化钛(质量分数22％)，颜填料(质量分数15％)，低速搅拌后得到悬浮浆料B，喷涂后得到有光催化活性的硅酸盐外层。所得到的双层结构的光催化环保涂料，传导系数0.11W/(m·k)，在室外自然光作用下，对甲醛的降解率大于88％，甲醛的降解率大于90％，对氮氧化物的降解率大于85％。
实施例3
一种双层结构的光催化环保涂料包含内层和外层，(1)将苯丙乳液(质量分数30％)、氟碳乳液(质量分数20％)、涂料助剂(质量分数10％，主要包括分散剂(质量分数3％)、润湿剂(质量分数2％)、增稠剂(质量分数2％)、消泡剂(质量分数1％)和偶联剂(质量分数2％)等)用水(质量分数8％)稀释和搅拌溶解，加入改性空心玻璃微珠(质量分数16％)和空心陶瓷微珠(质量分数16％)，高速搅拌后得到悬浮浆料A，喷涂后得到隔热内层；(2)将硅酸钠溶胶(质量分数30％)、硅酸钾溶胶(质量分数20％)、涂料助剂(质量分数10％)用(质量分数4.2％)水稀释和搅拌溶解，加入Au催化剂(质量分数0.8％)，锐钛矿和金红石杂合型二氧化钛(质量分数25％)，颜填料(质量分数10％)，低速搅拌后得到悬浮浆料B，喷涂后得到有光催化活性的硅酸盐外层。所得到的双层结构的光催化环保涂料，传导系数0.09W/(m·k)，在室外自然光作用下，对甲醛的降解率大于91％，甲醛的降解率大于96％，对氮氧化物的降解率大于80％。

Claims (9)

1.一种双层结构的光催化环保涂料，其特征在于：该种双层结构的光催化环保涂料包含内层和外层：(1)所述内层为隔热内层，包括合成树脂乳液、涂料助剂、空心玻璃微珠和空心陶瓷微珠；(2)所述外层为有光催化活性的硅酸盐外层，包括硅胶乳液、涂料助剂、贵金属催化剂，活性二氧化钛和颜填料。
2.如权利要求1所述的双层结构的光催化环保涂料，其特征在于：所述的贵金属催化剂包括Pt、Au和Ag催化剂的一种或多种。
3.如权利要求1所述的双层结构的光催化环保涂料，其特征在于：所述的活性二氧化钛包括锐钛矿二氧化钛，锐钛矿和金红石杂合相二氧化钛的一种或多种。
4.如权利要求1所述的双层结构的光催化环保涂料，其特征在于：所述的合成树脂乳液包括苯丙乳液、纯丙乳液，硅丙乳液，氟碳乳液的一种或多种。
5.如权利要求1所述的双层结构的光催化环保涂料，其特征在于：所述的硅胶乳液包括硅酸钾，硅酸钠，硅酸钙，硅酸镁的一种或多种。
6.如权利要求1所述的双层结构的光催化环保涂料，其特征在于：所述的空心玻璃微珠，空心陶瓷微珠，颗粒粒径范围在20-150微米。
7.如权利要求1所述的双层结构的光催化环保涂料，其特征在于：所述的涂料助剂包括分散剂，消泡剂，润湿剂，增稠剂，偶联剂的一种或多种。
8.一种双层结构的光催化环保涂料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)将合成树脂乳液40-60wt％、涂料助剂5-15wt％，用水2-10wt％稀释和搅拌溶解，加入空心玻璃微珠10-20wt％，空心陶瓷微珠10-20wt％，高速搅拌后得到悬浮浆料A，喷涂后得到隔热内层；
(2)将硅胶乳液40-60wt％、涂料助剂用水2-10wt％稀释和搅拌溶解，加入贵金属催化剂0.1-1.5wt％，活性二氧化钛15-25wt％，颜填料10-20wt％，低速搅拌后得到悬浮浆料B，喷涂后得到有光催化活性的硅酸盐外层。
9.权利要求1-7任一项所述的双层结构的光催化环保涂料的用途，其特征在于：用于工业园区或住宅区的外墙。
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