CN111171656A - 一种具有可降解机物功能的水性仿绒面涂料及其制备方法 - Google Patents

一种具有可降解机物功能的水性仿绒面涂料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有降解有机物功能的水性仿绒面涂料及其制备方法，涉及涂料技术领域。所述水性仿绒面涂料包括如下原料重量组份：纳米TiO2光触媒10‑20份，工业涂料100‑150份，乳液10‑20份，去离子水20‑30份，乙二醇5‑15份，润湿剂2‑4份，成膜剂2‑4份，分散剂5‑10份，增稠剂3‑4份，消泡剂0.5‑1.5份。本发明是一种兼具美观并且能够通过光催化来降解有机污染物的水性仿绒面涂料，本涂料的特点是将涂料表面颗粒化，并以此来提高涂料的装饰效果，增强涂料的光催化性能，能够很好的净化室内空气，更能满足人们的需求。

Description

一种具有可降解机物功能的水性仿绒面涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及涂料领域，具体涉及一种具有降解有机物功能的水性仿绒面涂料及其制备方法。
背景技术
绒面涂料是一种新型的装饰材料，涂到墙上后，会呈现出均匀的“凸凹”状仿鹿皮绒毛的外观，给人带来良好的居住体验。传统的绒面涂料都是通过有机物来实现的，如梁松等人制备了一种聚酯型绒面漆(梁松等，涂料技术与文摘，2016，37(11):37-41)，该涂料可用作装饰。国内外都有对绒面涂料的报道，特别是水性绒面涂料，一直是涂料领域的一个研究热点。
TiO2是一种工业原料，已探明的特性包括强氧化催化性、超亲水性、协同效应、失活理论等，由于具有强氧化催化性，而且无毒无害，在发生催化反应时，本身并不消耗，故可作为一种光触媒使用。TiO2在受到光照时，电子会从价带向导带跃迁，生成具有强氧化性的自由氢氧基和活性氧，可以分解一些有机化合物和无机物，如甲醛、苯系化合物、氮氧化合物等，这些污染物分解为H2O和CO2，因而可以将TiO2添加的涂料当中，来制备光催化涂料。
传统的绒面涂料的主要功能是装饰，并没有降解有机物的功能，目前还没有具有降解有机物功能的仿绒面涂料。
发明内容
为解决现有技术的问题，本发明提出一种具有降解有机物功能的水性仿绒面涂料及其制备方法，是一种兼具美观并且能够通过光催化来降解有机污染物的水性仿绒面涂料，本发明涂料的特点是将涂料表面颗粒化，并以此来提高涂料的装饰效果，增强涂料的光催化性能。其中有机物的光催化降解功能是通过在涂料中添加纳米TiO2实现的。本发明提出的绒面涂料并非严格意义上的绒面涂料，而是一种具有仿绒面结构的涂料，仿绒面结构的照片可以参见附图1中(c)与(d)。本发明与传统的绒面涂料相比有两大区别，一是兼具形貌特异和降解有机物功能，二是仿绒面结构通过无机物TiO2来实现。传统绒面涂料主要功能是装饰作用，绒面结构都是通过有机物实现的，有机物的使用还会对室内空气造成二次污染，而本发明很好的规避了以上问题，TiO2仿绒面结构不但不会污染环境，还具有光催化特性，可以在自然光或日光灯(白光)的光照下，对甲醛、苯系化合物、氮氧化合物等空气污染物进行降解，净化室内空气。
本发明可以通过以下技术方案来实现：
一种具有降解有机物功能的水性仿绒面涂料，涂料的具体组分如下：纳米TiO2光触媒10-20份，工业涂料100-150份，乳液10-20份，去离子水20-30份，乙二醇5-15份，润湿剂2-4份，成膜剂2-4份，分散剂5-10份，增稠剂3-4份，消泡剂0.5-1.5份。
基于上文技术方案，优选的，所述纳米TiO2光触媒为锐钛型N/Fe共掺纳米TiO2光触媒，N/Fe共掺杂的掺杂量为0.05～0.5％/0.1～0.5％(即N的掺杂量为0.05～0.5％，Fe的掺杂量为0.1～0.5％)，粒径范围为5～15nm。
基于上文技术方案，优选的，所述的工业涂料可以为醇酸漆、环氧漆、丙烯酸乳胶漆、溶剂型丙烯酸漆、聚氨酯漆等中的一种。
基于上文技术方案，优选的，所述的乳液可以为醋丙乳液、苯丙乳液、纯丙乳液、硅丙乳液、丙稀酸乳液、聚氨脂乳液、环氧树脂乳液等中的一种。
基于上文技术方案，优选的，所述的乙二醇为高纯度乙二醇，纯度≥99.9。
基于上文技术方案，优选的，所述的润湿剂可以为烷基聚氧乙烯醚、润湿剂HY-1608A、润湿剂FD375等中的一种。
基于上文技术方案，优选的，所述的成膜剂为成膜剂AH-12。
基于上文技术方案，优选的，所述的分散剂可以为十六烷基磺酸钠、六偏磷酸钠、分散剂5040、分散剂P19、分散剂LOPON800等中的一种。
基于上文技术方案，优选的，所述的增稠剂可以为羟甲基纤维素、增稠剂TT935、增稠剂AES-60、增稠剂HX398、增稠剂PUR42等中的一种。
基于上文技术方案，优选的，所述的消泡剂为二甲基硅油、消泡剂AGITAN208、消泡剂NXZ等中的一种。
基于上文技术方案，优选的，所述的乙二醇分两次加入，第一次加入的乙二醇和第二次加入乙二醇的体积比为1:1～1:5之间，优选为1:3。
本发明还涉及保护上文所述的一种具有降解有机物功能的水性仿绒面涂料的制备方法，具体包括步骤如下：
步骤1：将工业涂料、乳液、去离子水与润湿剂直到各种溶剂混合均匀，得到混合液体Ⅰ；
步骤2：向步骤1得到的混合液Ⅰ中加入分散剂、成膜剂、乙二醇，直到各种助剂混合均匀，得到混合液体Ⅱ；
步骤3：在搅拌条件下，向步骤2得到的混合液Ⅱ中加入纳米TiO2光触媒，搅拌2-4min，再加入消泡剂，搅拌10-15min，静置1-2h，之后加入乙二醇，搅拌3-6min，静置10-30min；
其中，所述搅拌的转速为100-300r/min；步骤2中乙二醇和步骤3中乙二醇的体积比为1:1～1:5之间，优选为1:3。
本发明的有益效果：
(1)、传统绒面涂料不可降解有机物，而本发明中这种水性仿绒面涂料可降解有机物，能够很好的净化室内空气，更能满足人们的需求；
(2)、传统绒面涂料表现为仿鹿皮绒毛的“凸凹”状，而本发明中的仿绒面结构表现为“毛绒球”状；
(3)、仿绒面结构通过TiO2光触媒实现，“毛绒球”状的小凸起就是团聚的TiO2粉末，由于TiO2光触媒浮到了涂料表面，所以与其它同类型普通光催化涂料相比，催化性能更高；
(4)、仿绒面结构制备的关键在于上文技术方案中的步骤3中的静置，在做实验的过程中，发现乙二醇具有使TiO2漂浮到涂料表面的特性，查找资料并未有其他资料记载并报道过此现象；
(5)、本发明中这种水性仿绒面涂料具有无毒、无味、无污染的特点，而且具有优良的耐水性及耐酸碱性。
附图说明
图1为涂料的表面外观照片，用体式显微镜(型号：SZM-T1-M50)拍摄，表面放大倍数为7.5倍，涂料涂布在培养皿(d＝6.6cm)中晾干，其中：
图1(a)为对比例1中涂料涂到培养皿上，晾干后得到的照片，可以发现，该涂层表面平整，无绒面；
图1(b)为对比例2绒面涂料涂到培养皿晾干后的照片，可以发现，该涂层表面有许多仿鹿皮绒毛的“凸凹”状结构；
图1(c)为对比例3绒面涂料涂到培养皿晾干后的照片，可以发现，该涂层表面有许多仿鹿皮绒毛的“凸凹”状结构；
图1(d)为实施例1水性仿绒面涂料涂到培养皿晾干后的照片，可以发现，该涂层表面有许多“毛绒球”状的小凸起；
图1(e)为实施例2水性仿绒面涂料涂到培养皿晾干后的照片，可以发现，该涂层表面有许多“毛绒球”状的小凸起。
图1(f)为实施例3水性仿绒面涂料涂到培养皿晾干后的照片，可以发现，该涂层表面有许多“毛绒球”状的小凸起。
图2为锐钛型TiO2光触媒的XRD谱图，可以发现，仿绒面涂料所添加的TiO2光触媒具有单一的锐钛矿结构，该结构对该涂料形成仿绒面结构具有重要作用。
图3为对比例2水性绒面涂料的光吸收Abs图，可以发现其降解率为C＝18.77％，纳米TiO2光触媒的加入可以使甲基橙有机物在常温下发生降解反应。
图4为对比例3水性绒面涂料的光吸收Abs图，可以发现其降解率为C＝19.62％，纳米TiO2光触媒的加入可以使甲基橙有机物在常温下发生降解反应。
图5为实施例1中水性仿绒面涂料的对甲基橙降解前后的光吸收Abs图，可以发现其降解率为C＝20.52％，纳米TiO2光触媒的加入可以使甲基橙有机物在常温下发生降解反应。
图6为实施例2水性仿绒面涂料对甲基橙降解前后的光吸收Abs图，可以发现其降解率为C＝21.57％，纳米TiO2光触媒的加入可以使甲基橙有机物在常温下发生降解反应。
图7为实施例2水性仿绒面涂料对甲基橙降解前后的光吸收Abs图，可以发现其降解率为C＝30.2％，纳米TiO2光触媒的加入可以使甲基橙有机物在常温下发生降解反应。
图8为实施例3水性仿绒面涂料耐水性的测试图，图中上为工业涂料，下为实施例3，从左到右依次为水浸3h、6h、9h照片以及干燥之后的照片，可以发现3h内涂层表面均无变化，干燥后实施例3中的涂层又能恢复原状，而工业涂料则表面产生裂纹。
具体实施方式
下述非限定性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
下述实施例中的工业涂料为溶剂型丙烯酸漆，乳液为苯丙乳液，润湿剂为润湿剂HY-1608A，成膜剂为成膜剂AH-12，分散剂为分散剂LOPON800，增稠剂为增稠剂TT935，消泡剂为消泡剂AGITAN208；乙二醇为纯度为99.9％的乙二醇；纳米TiO2光触媒为锐钛型N/Fe共掺纳米TiO2光触媒，参照文献制备(Liang D et al，Journal of Materials Science:Materials in Electronics，2019，30(13):12619-12629)，其中N的掺杂量为0.15％，Fe的掺杂量为0.3％，粒径为10nm。
下述实施例中降解率的计算方法：设降解率记为C，则计算式为C＝((A-B)/A)*100％，其中A，B为波长为462nm处A、B的Abs值，A点所在的曲线表示光照0h甲基橙的光吸收曲线，B点所在的曲线表示光照2h后甲基橙的光吸收曲线。
对比例1
一种涂料，所述各原料重量组份如下：
工业涂料100份，去离子水20份。
上述涂料的制备方法为：将工业涂料、去离子水加入烧杯，开始搅拌6min，混合均匀，静置烧杯6min，得到涂料样品，之后将涂料涂到直径为d＝6.6cm的培养皿上，厚度约为2mm，面积约为34.2cm2，晾干观察效果。
对比例2
一种具有降解有机物功能的水性绒面涂料，所述各原料重量组份如下：
纳米TiO2光触媒20份，工业涂料100份，乳液20份，去离子水20份，润湿剂3份，成膜剂3份，分散剂10份，增稠剂4份，消泡剂1份；
上述具有降解有机物功能的水性绒面涂料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：将工业涂料、乳液、去离子水加入烧杯，并将润湿剂加入烧杯中，开始搅拌烧杯，直到各种溶剂混合均匀；
步骤2：将分散剂，成膜剂分别依次加入烧杯中，继续搅拌烧杯，直到各种助剂混合均匀；
步骤3：边搅拌边加入光触媒，光触媒添加完毕后继续搅拌烧杯；
步骤4：加入消泡剂，继续搅拌烧杯；
步骤5：静置烧杯中的混合液体；
步骤6：静置烧杯，得到涂料样品，之后将涂料涂到直径为d＝6.6cm的培养皿上，厚度约为2mm，面积约为34.2cm2，晾干后观察效果。
其中，上述搅拌的转速为200r/min，步骤3中搅拌时间为3min，步骤4中搅拌时间为12min，步骤5中静置时间为1.5h，步骤6中静置时间为15min。
取对比例2所得的涂料，涂于直径为6.6cm的培养皿底部的涂层，厚度约为2mm，面积约为34.2cm2，将10ml浓度为0.03g/L的甲基橙溶液至于其中2h，进行降解率计算，结果如图3所示。
对比例3
一种具有降解有机物功能的水性仿绒面涂料，所述各原料重量组份如下：
纳米TiO2光触媒20份，工业涂料100份，乳液20份，去离子水20份，乙二醇5份，润湿剂3份，成膜剂3份，分散剂10份，增稠剂4份，消泡剂1份；
上述具有降解有机物功能的水性绒面涂料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：将工业涂料、乳液、去离子水加入烧杯，并将润湿剂加入烧杯中，开始搅拌烧杯，直到各种溶剂混合均匀；
步骤2：将分散剂，成膜剂，乙二醇分别依次加入烧杯中，继续搅拌烧杯，直到各种助剂混合均匀；
步骤3：边搅拌边加入光触媒，光触媒添加完毕后继续搅拌烧杯3min；
步骤4：加入消泡剂，继续搅拌烧杯12min；
步骤5：静置烧杯中的混合液体1.5h，得到涂料样品，之后将涂料涂到直径为d＝6.6cm的培养皿上，厚度约为2mm，面积约为34.2cm2，晾干后观察效果。
其中，上述搅拌的转速为200r/min。
取实施例1所得的涂料，涂于直径为6.6cm的培养皿底部的涂层，厚度约为2mm，面积约为34.2cm2，将10ml浓度为0.03g/L的甲基橙溶液至于其中2h，进行降解率计算，结果如图4所示。
实施例1
一种具有降解有机物功能的水性仿绒面涂料，所述各原料重量组份如下：
纳米TiO2光触媒10份，工业涂料100份，乳液10份，去离子水20份，乙二醇6份，润湿剂2份，成膜剂2份，分散剂5份，增稠剂3份，消泡剂1份；
上述具有降解有机物功能的水性绒面涂料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：将工业涂料、乳液、去离子水加入烧杯，并将润湿剂加入烧杯中，开始搅拌烧杯，直到各种溶剂混合均匀；
步骤2：将分散剂，成膜剂，乙二醇(1.5份)分别依次加入烧杯中，继续搅拌烧杯，直到各种助剂混合均匀；
步骤3：边搅拌边加入光触媒，光触媒添加完毕后继续搅拌烧杯3min；
步骤4：加入消泡剂，继续搅拌烧杯12min；
步骤5：静置烧杯中的混合液体1.5h；
步骤6：加入乙二醇(3.5份)，继续搅拌烧杯5min；
步骤7：静置烧杯15min，得到涂料样品，之后将涂料涂到直径为d＝6.6cm的培养皿上，厚度约为2mm，面积约为34.2cm2，晾干后观察效果。
其中，上述搅拌的转速为200r/min。
取实施例1所得的涂料，涂于直径为6.6cm的培养皿底部的涂层，厚度约为2mm，面积约为34.2cm2，将10ml浓度为0.03g/L的甲基橙溶液至于其中2h，进行降解率计算，结果如图4所示。
实施例2
一种具有降解有机物功能的水性仿绒面涂料，所述各原料重量组份如下：
纳米TiO2光触媒20份，工业涂料150份，乳液15份，去离子水15份，乙二醇10份，润湿剂3份，成膜剂3份，分散剂5份，增稠剂3份，消泡剂1份；
上述具有降解有机物功能的水性绒面涂料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：将工业涂料、乳液、去离子水加入烧杯，并将润湿剂加入烧杯中，开始搅拌烧杯，直到各种溶剂混合均匀；
步骤2：将分散剂，成膜剂，乙二醇(2.5份)分别依次加入烧杯中，继续搅拌烧杯，直到各种助剂混合均匀；
步骤3：边搅拌边加入光触媒，光触媒添加完毕后继续搅拌烧杯3min；
步骤4：加入消泡剂，继续搅拌烧杯12min；
步骤5：静置烧杯中的混合液体1.5h；
步骤6：加入乙二醇(7.5份)，继续搅拌烧杯5min；
步骤7：静置烧杯15min，得到涂料样品，之后将涂料涂到直径为d＝6.6cm的培养皿上，厚度约为2mm，面积约为34.2cm2，晾干后观察效果。
其中，上述搅拌的转速为200r/min。
取实施例2所得的涂层，涂于直径为6.6cm的培养皿底部的涂层，厚度约为2mm，面积约为34.2cm2，将10ml浓度为0.03g/L的甲基橙溶液至于其中2h，进行降解率计算，结果如图5所示，TiO2的加入可以使甲基橙有机物在常温下发生降解反应。
实施例3
一种具有降解有机物功能的水性仿绒面涂料，所述各原料重量组份如下：
纳米TiO2光触媒20份，工业涂料100份，乳液20份，去离子水20份，乙二醇15份，润湿剂3份，成膜剂3份，分散剂5份，增稠剂3份，消泡剂1份；
上述具有降解有机物功能的水性绒面涂料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：将工业涂料、乳液、去离子水加入烧杯，并将润湿剂加入烧杯中，开始搅拌烧杯，直到各种溶剂混合均匀；
步骤2：将分散剂，成膜剂，乙二醇(3.75份)分别依次加入烧杯中，继续搅拌烧杯，直到各种助剂混合均匀；
步骤3：边搅拌边加入光触媒，光触媒添加完毕后继续搅拌烧杯3min；
步骤4：加入消泡剂，继续搅拌烧杯12min；
步骤5：静置烧杯中的混合液体1.5h；
步骤6：加入乙二醇(11.25份)，继续搅拌烧杯5min；
步骤7：静置烧杯15min，得到涂料样品，之后将涂料涂到直径为d＝6.6cm的培养皿上，厚度约为2mm，面积约为34.2cm2，晾干后观察效果。
其中，上述搅拌的转速为200r/min。
取实施例3所得的涂层，涂于直径为6.6cm的培养皿底部的涂层，厚度约为2mm，面积约为34.2cm2，将10ml浓度为0.03g/L的甲基橙溶液至于其中2h，进行降解率计算，结果如图5所示。
实施例4
为了验证耐水性，对实施例3进行耐水性测试，在对照组工业涂料样品以及实施例3的样品中加入6ml去离子水，水刚好淹没涂膜，使涂膜全部浸泡在水中，放在室内浸泡。每隔3h观察一次涂膜形貌情况，结果如图8所示。
对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种具有降解有机物功能的水性仿绒面涂料，其特征在于，包括如下原料重量组份：纳米TiO2光触媒10-20份，工业涂料100-150份，乳液10-20份，去离子水20-30份，乙二醇5-15份，润湿剂2-4份，成膜剂2-4份，分散剂5-10份，增稠剂3-4份，消泡剂0.5-1.5份。
2.根据权利要求1所述的具有降解有机物功能的水性仿绒面涂料，其特征在于，所述纳米TiO2光触媒为锐钛型N/Fe共掺纳米TiO2光触媒。
3.根据权利要求1所述的具有降解有机物功能的水性仿绒面涂料，其特征在于，所述的工业涂料为醇酸漆、环氧漆、丙烯酸乳胶漆、溶剂型丙烯酸漆、聚氨酯漆中的一种。
4.根据权利要求1所述的具有降解有机物功能的水性仿绒面涂料，其特征在于，所述的乳液为醋丙乳液、苯丙乳液、纯丙乳液、硅丙乳液、丙稀酸乳液、聚氨脂乳液、环氧树脂乳液中的一种。
5.根据权利要求1所述的具有降解有机物功能的水性仿绒面涂料，其特征在于，所述的润湿剂为烷基聚氧乙烯醚、润湿剂HY-1608A、润湿剂FD375中的一种。
6.根据权利要求1所述的具有降解有机物功能的水性仿绒面涂料，其特征在于，所述的成膜剂为成膜剂AH-12。
7.根据权利要求1所述的具有降解有机物功能的水性仿绒面涂料，其特征在于，所述的所述的分散剂为十六烷基磺酸钠、六偏磷酸钠、分散剂5040、分散剂P19、分散剂LOPON800中的一种。
8.根据权利要求1所述的具有降解有机物功能的水性仿绒面涂料，其特征在于，所述的增稠剂为羟甲基纤维素、增稠剂TT935、增稠剂AES-60、增稠剂HX398、增稠剂PUR42中的一种。
9.根据权利要求1所述的具有降解有机物功能的水性仿绒面涂料，其特征在于，所述的消泡剂为二甲基硅油、消泡剂AGITAN208、消泡剂NXZ中的一种。
10.一种权利要求1-9中任意一项所述的具有降解有机物功能的水性仿绒面结构的制备方法，其特征在于，制备步骤如下：
步骤1：将工业涂料、乳液、去离子水与润湿剂混合均匀，得到混合液体Ⅰ；
步骤2：向步骤1得到的混合液Ⅰ中加入分散剂、成膜剂、乙二醇，混合均匀，得到混合液体Ⅱ；
步骤3：在搅拌条件下，向步骤2得到的混合液Ⅱ中加入纳米TiO2光触媒，搅拌2-4min，再加入消泡剂，搅拌10-15min，静置1-2h，之后加入乙二醇，搅拌3-6min，静置10-30min；
其中，所述搅拌的转速为100-300r/min；步骤2中乙二醇和步骤3中乙二醇的体积比为1:1～1:5。
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