CN111440506A - 一种水滑石基多功能光催化涂料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种水滑石基多功能光催化涂料的制备方法，该环保型多功能光催化涂料由下述重量份的组分制成：水性聚氨酯40‑60份、水性环氧树脂60‑80份、偶联剂2‑5份、纳米氧化锌（5‑25nm）5‑10份、分散剂1‑1.5份、消泡剂0.5‑1份、重质碳酸钙50‑70份、水滑石60‑80份、纳米二氧化钛（10‑30nm）8‑15份、水20‑30份。采用氨丙基三乙氧基硅烷作为偶联剂将聚氨酯与环氧树脂进行交联，同时加入一定量的纳米氧化锌，增强了体系的稳定性和抗菌性能，负载纳米二氧化钛的水滑石能够吸附的空气中的有机污染物并且在光照下将其分解，也使涂料具有良好的吸附、阻燃、净化空气等性能。查阅相关专利，还未发现与本水滑石基多功能光催化涂料相似的配方及制备工艺。

Description

一种水滑石基多功能光催化涂料的制备方法
技术领域
本发明属于建筑化工涂料领域，具体涉及一种水滑石基多功能光催化涂料的制备方法。具有抗菌、阻燃、净化室内空气等功能。
背景技术
我国在建筑涂料领域有着巨大的生产力和广阔的消费市场，但是由于起步较晚和缺乏创新意识，在技术层面上始终落后于欧美发达国家，并且随着建筑涂料市场的不断发展，传统涂料产品很难满足人们对涂料环保性、功能性及装饰性的需求。传统的建筑涂料往往功能单一，甚至含有一些污染环境和危害人体健康的物质，一些防霉涂料中添加大量的杀生剂等有机物，使得涂料在使用过程中会释放苯、甲醛、醇、醚等有害气体。一些色彩鲜艳的涂料中会添加一定量的红丹、黄丹、锶铬黄等重金属颜料，非常容易造成土壤污染，损害人体健康。还有一些涂料添加某些功能性物质或者对涂料中的组分进行改性，而使其具有某些特定的功能，比如防水、耐磨、防生防污、耐候、阻燃、耐高温，防冷凝等，但是每增加一种功能都伴随着高昂的生产成本。这样就使得人们对涂料安全性、功能性的需求与传统涂料生产技术短板之间形成了明显的矛盾，因此，迫切需要研发一种绿色环保、高性能、多功能的涂料。
纳米二氧化钛是一种在光的照射下，自身不起变化，却可以促进化学反应的物质。研究表明，纳米二氧化钛光催化剂在在太阳光或室内荧光灯的照射下能够有效杀灭大肠杆菌、肺炎克雷伯氏菌、绿脓杆菌、病毒等微生物，可以分解空气中的苯、甲醛、氨、TVOC等有机化合物，去除香烟臭、垃圾臭、生活臭等恶臭，防止发霉、藻类产生、水垢附着，具有分解油污、自清洁等功能。并且纳米二氧化钛本身提供反应的场所，并不参与化学应，所以它的作用效果是持久的。水滑石材料属于阴离子型层状化合物，在加热到一定温度发生分解，热分解过程包括脱层间水，脱碳酸根离子，层板羟基脱水等步骤。水滑石在受热时，其结构水合层板羟基及层间离子以水和二氧化碳的形式脱出，起到降低燃烧气体浓度，阻隔氧气的阻燃作用；水滑石的结构水，层板羟基以及层间离子在不同的温度内脱离层板，从而可在较低的范围内（200~800℃）释放阻燃物质。在阻燃过程中，吸热量大，有利于降低燃烧时产生的高温，可以作为无卤高抑烟阻燃剂，广泛应用于塑料、橡胶、涂料等领域。将二氧化钛等纳米光催化材料和具有优异结构的水滑石结合，可以用来研发一种环保型多功能光催化涂料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水滑石基多功能光催化涂料的制备方法，将具有韧性好、寿命长、附着力强等优点的水性聚氨酯与水性环氧树脂进行交联，同时加入一定量的纳米氧化锌，从而实现两种树脂间的性能互补，并且增强了体系的稳定性、机械特性和抗菌性能，加入负载纳米材料的类水滑石作为颜填料，通过改变水滑石中的金属离子来获得具有不同颜色的填料，同时也使涂料具有良好的吸附、防污阻燃、净化空气、抗菌防霉等性能。
本发明所采用的技术方案是：一种水滑石基多功能光催化涂料，由下述重量份的组分制成：水性聚氨酯40-60份、水性环氧树脂60-80份、偶联剂2-5份、纳米氧化锌（5-25nm）5-10份、分散剂1-1.5份、消泡剂0.5-1份、重质碳酸钙50-70份、水滑石60-80份、纳米二氧化钛（10-30nm）8-15份、水20-30份。
采用氨丙基三乙氧基硅烷作为偶联剂，将水性聚氨酯与水性环氧树脂交联，增强体系的粘结性，提高复合树脂的机械、耐水、抗老化性能，并且改善了颜填料的分散性。带有颜色的水滑石可以赋予涂料不同的颜色，同时保护涂料免受紫外线的辐射破坏，负载在水滑石表面的纳米二氧化钛在光照下能够分解涂料表面的污染物，提高涂料的抗菌能力，并且可以降解水滑石吸附的空气中的有机污染物。
上述水滑石基多功能光催化涂料制备步骤如下：
一、将6-9g水性环氧树脂倒入100mL烧杯中，磁力搅拌下缓慢加入4-6g水性聚氨酯，反应2-3h，加入0.2-0.5g氧化锌，搅拌至氧化锌分散均匀后，滴加0.2-0.3mL氨丙基三乙氧基硅烷，继续搅拌2-3h可得到复合树脂；
二、取2-3mL 0.5M的硝酸锌溶液、16-20mL 0.5M的硝酸镁溶液、4-5mL 0.5M的硝酸铝溶液、18-20mL 1.5M的尿素溶液倒入烧杯，水热反应釜120℃反应24h可制得粒径均匀的Zn-Mg-AL类水滑石花球。选用不同金属的硝酸盐溶液可制得不同颜色的水滑石；
三、取4g制备的水滑石，倒入100mL烧杯中,加入50mL水，磁力搅拌下加入1.5g纳米二氧化钛，继续搅拌1h，超声处理30min，离心后可得到二氧化钛负载的水滑石花球；
四、将水、分散剂、消泡剂投入搅拌罐分散均匀，改性水滑石和重质碳酸钙依次加入，快速搅拌30-60min得到色浆；
五、慢速搅拌下将色浆加入到复合树脂乳液中，继续搅拌15-30分钟后即可得到水滑石基多功能光催化涂料。
本发明提供的水滑石基多功能光催化涂料与已有的涂料相比具有以下优点：通过环氧树脂与聚氨酯交联来改变其相结构，增强体系的致密性，达到树脂间的性能互补，改善了环氧树脂韧性差、耐久性欠佳和聚氨酯机械强度低、耐热性差、吸水率高等问题；将本身带有颜色的水滑石用作涂料的颜填料，保护涂料免受紫外线的辐射破坏，增加了涂料色泽的稳定性，并且使涂料具备一定的吸附和阻燃功能；纳米氧化锌加入复合树脂，增强了体系的稳定性和抗菌性能，负载在水滑石上的纳米二氧化钛在太阳光的照射下能够起到光催化降解室内VOCs的作用。
附图说明
图1是水滑石基多功能光催化涂料的防霉效果。
图2 是以甲醛为目标污染物的水滑石基多功能光催化涂料去除VOCs的效果。
具体实施方式
实施例1
水性聚氨酯50份、水性环氧树脂70份、偶联剂3份、纳米氧化锌（5-25nm）8份、分散剂1份、消泡剂0.5份、重质碳酸钙50份、水滑石60份、纳米二氧化钛（10-30nm）10份、水30份；
一、将5g水性环氧树脂倒入100mL烧杯中，磁力搅拌下缓慢加入8g水性聚氨酯，反应2h，加入0.3g氧化锌，搅拌至氧化锌分散均匀后，滴加0.3mL氨丙基三乙氧基硅烷，继续搅拌2h可得到复合树脂；
二、取2mL 0.5M的硝酸锌溶液、16mL 0.5M的硝酸镁溶液、4mL 0.5M的硝酸铝溶液、18mL1.5M的尿素溶液倒入烧杯，水热反应釜120℃反应24h可制得粒径均匀的Zn-Mg-AL类水滑石花球。选用不同金属的硝酸盐溶液可制得不同颜色的水滑石；
三、取4g制备的水滑石，倒入100mL烧杯中,加入50mL水，磁力搅拌下加入1.5g纳米二氧化钛，继续搅拌1h，超声处理30min，离心后可得到二氧化钛负载的水滑石花球；
四、将水、分散剂、消泡剂投入搅拌罐分散均匀，改性水滑石和重质碳酸钙依次加入，快速搅拌30min得到色浆；
五、慢速搅拌下将色浆加入到复合树脂乳液中，继续搅拌20分钟后即可得到环保型多功能光催化涂料。
实施例2
本实施例与实施例1不同的是：配方中水性聚氨酯的量是40份，水性环氧树脂的量是60份，偶联剂2份，其他与具体实施例1相同。
实施例3
本实施例与具体实施例1或2不同的是：步骤一中，将5g水性环氧树脂倒入100mL烧杯后，磁力搅拌下先加入0.3g纳米氧化锌，再缓慢加入8g水性环氧树脂，搅拌2h。其他与具体实施例1或2相同。
实施例4
本实施例与具体实施例1至3之一不同的是：步骤二中，取2mL 0.5M的硝酸锌溶液、16mL0.5M的硝酸镁溶液、4mL 0.5M的硝酸铁溶液、18mL 1.5M的尿素溶液倒入烧杯。其他与具体实施例1至3之一相同。
实施例5
本实施例与实施例1至4之一不同的是：步骤三中，取5g制备的水滑石，倒入100mL烧杯中,加入50mL水，磁力搅拌下加入2g纳米二氧化钛，2g聚乙二醇，继续搅拌1h，其他与具体实施例1至4之一相同。
通过以下试验验证本发明的有益效果。
一、将1g PDA培养基溶于5mL水中备用，取2mL好的营养物质加入到取15mL水滑石基多功能光催化涂料，混匀后倒入培养皿并接种少量霉菌孢子，取15mL通涂料按同样方法处理，将两个培养皿放入生化培养箱，30℃培养一周，从图1可以看出水滑石基多功能光催化涂料比普通涂料具有更好的防霉性能。
二、向密闭的有机玻璃容器中滴入1mL一定浓度的甲醛溶液，打开风扇使甲醛气体均匀的分散于容器中；将涂覆水滑石基多功能光催化涂料的玻璃板放于玻璃容器中，打开光源模拟太阳光；每隔1小时测一次甲醛浓度，测6次，从图2中可以看出，水滑石基多功能光催化涂料在光照下对气态甲醛有非常高的降解效率。

Claims (4)

1.一种水滑石基多功能光催化涂料，由下述重量份的组分制成：水性聚氨酯40-60份、水性环氧树脂60-80份、偶联剂2-5份、纳米氧化锌（5-25nm）5-10份、分散剂1-1.5份、消泡剂0.5-1份、重质碳酸钙50-70份、水滑石60-80份、纳米二氧化钛（10-30nm）8-15份、水20-30份。
2.根据权利要求1所述的水滑石基多功能光催化涂料，其特征在于制备步骤如下：
a、将6-9g水性环氧树脂倒入100mL烧杯中，磁力搅拌下缓慢加入4-6g水性聚氨酯，反应2-3h，加入0.2-0.5g氧化锌，搅拌至氧化锌分散均匀后，滴加0.2-0.3mL氨丙基三乙氧基硅烷，继续搅拌2-3h可得到复合树脂；
b、取2-3mL 0.5M的硝酸锌溶液、16-20mL 0.5M的硝酸镁溶液、4-5mL 0.5M的硝酸铝溶液、18-20mL 1.5M的尿素溶液倒入烧杯，水热反应釜120℃反应24h可制得粒径均匀的Zn-Mg-AL类水滑石花球，选用不同金属的硝酸盐溶液可制得不同颜色的水滑石；
c、取3-5g制备的水滑石，1-2g纳米二氧化钛，倒入100mL烧杯中,加入50mL水，磁力搅拌1h，超声处理30min，离心后可得到二氧化钛负载的水滑石花球；
d、将水、分散剂、消泡剂投入搅拌罐分散均匀，改性水滑石和重质碳酸钙依次加入，快速搅拌30-60min得到色浆；
e、慢速搅拌下将色浆加入到复合树脂乳液中，继续搅拌15-30分钟后即可得到水滑石基多功能光催化涂料。
3.根据权利要求2所述的水滑石基多功能光催化涂料的制备步骤，水性环氧树脂和水性聚氨酯交联过程中加入纳米氧化锌，加入量为复合树脂质量的2%-3%。
4.根据权利要求2所述的水滑石基多功能光催化涂料的制备步骤，将纳米二氧化钛负载到水滑石花球的薄片上，负载量为15%-30%。
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