CN112442304B - 一种多功能生态负离子涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及负离子涂料的领域，具体公开一种多功能生态负离子涂料及其制备方法，包括以下重量份的组分：水10‑30份，消泡剂0.5‑1.5份，分散剂0.4‑2份，丙烯酸乳液15‑30份，EVA乳液10‑20份，颜填料5‑25份，负离子浆液3‑18份，矿物粉末7.6‑16份，所述矿物粉末包括稀土矿2‑5份,聚氨酯乳液5‑10份，硅烷偶联剂0.6‑1份；多功能生态负离子涂料的制备方法包括以下步骤：步骤一，制备负离子浆液；步骤二，制备矿物粉末；步骤三，将水、消泡剂、分散剂和丙烯酸乳液、EVA乳液混合均匀，加入颜填料和矿物粉末，分散20‑40min，然后加入负离子浆液，搅拌30‑50min，制得负离子涂料。通过本申请制得的负离子涂料涂覆成膜后粘度好，附着力佳，能消除有害气体，空气净化效果好。

Description

一种多功能生态负离子涂料及其制备方法
技术领域
本申请涉及负离子涂料领域，更具体地说，它涉及一种多功能生态负离子涂料及其制备方法。
背景技术
随着人民经济生活水平的提高，室内装饰已成为一种时尚，而被大量使用的装饰材料会缓慢释放出多种污染物，致使室内空气污染日趋严重，进而影响人体健康。甲醛和甲苯是两种常见的室内空气污染物，其具有毒性高，危害性大的特点。
被称为"空气维生素"的负离子不仅能促成人体合成和储存维生素，还能强化和激活人体的生理活动，对人体及其他生物的生命活动有着十分重要的影响，如雷雨过后，空气的负离子增多，人们感到心情舒畅。在医学界，负离子被确认是具有杀灭病菌及净化空气的有效手段。其机理主要在于负离子与细菌结合后，使细菌产生结构的改变或能量的转移，导致细菌死亡，最终降沉于地面。医学研究表明，空气中带负电的微粒使血中含氧量增加，有利于血氧输送、吸收和利用，具有促进人体新陈代谢，提高人体免疫能力，增强人体肌能，调节肌体功能平衡的作用。负离子对人的健康、长寿及生态的重大影响，已为国内外医学界专家通过临床实践所验证。
目前，发明人发现一般市面上的负离子涂料多为直接在原有的原料基础上添加负离子粉，其制得的负离子涂料的空气净化效果一般，且存在粘度差、附着力差、涂膜在一定时间后脱落的现象。
发明内容
为提高涂料的空气净化效果，同时改善涂料的粘度和附着力，本申请提供一种多功能生态负离子涂料及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种多功能生态负离子涂料，采用如下的技术方案：
一种多功能生态负离子涂料，包括以下重量份的组分：水10-30份，消泡剂0.5-1.5份，分散剂0.4-2份，丙烯酸乳液15-30份，EVA乳液10-20份，颜填料5-25份，负离子浆液3-18份，矿物粉末7.6-16份，所述矿物粉末包括稀土矿2-5份,聚氨酯乳液5-10份，硅烷偶联剂0.6-1份；
所述负离子浆液的制备方法包括以下步骤：
步骤1，将负离子粉溶于pH为5-6的无机酸中，置于反应釜中加热至100-130℃反应，恒温2-3h，冷却至30℃以下制得初品；
步骤2，将初品进行洗涤，将杂质洗净后进行恒温烘干处理，温度为90-100℃，得到负离子粉体；
步骤3，将负离子粉体和环糊精粉溶于pH为7.5-8.5的碱液中，搅拌均匀后于反应釜中静置1-2h，制得湿料，然后采用真空加热和正压加热的方式循环交替进行反应，直至形成干燥的半成品粉体后，停止真空加热和正压加热的循环交替；
真空加热和正压加热的一次循环方式如下：将湿料在真空度为负0.04-0.09KPa，温度为90-105℃的条件下反应10-25min，然后通入洁净空气使得正压力为0.2-5KPa，温度维持90-105℃，反应时间为20-30min；
步骤4，将半成品粉体与润湿剂置于湿式球磨机中研磨2-3h，制得粒径为3μm以下的负离子浆液。
通过采用上述技术方案，在组分中添加EVA乳液，具有很好的机械性能，乳液粒子平均粒径小，有很好的湿粘性及很快的固化速度，耐老化不易龟裂，与多种基材有较好的附着力，能够提高涂料与基材之间的粘接力和附着力，减少涂料涂覆成膜后出现掉落的情况。
负离子粉中具有净化空气，消除室内异味和各类有害气体，如苯、甲醛等刺激性气体，同时还能消除臭味，促进人体身体健康。先将负离子粉溶于无机酸中进行加热反应，以便于负离子粉体中的杂质溶出，实现对负离子粉的增白处理，提高涂料的装饰性。将制得的负离子粉体与环糊精在碱性条件下，进行真空加热和正压加热循环交替反应，将环糊精与负离子粉体相结合，起到缓释的作用，使得环糊精包结的负离子粉体在涂料涂膜成膜后逐渐缓慢释放负离子，延长对空气的净化时效，使其长效产生负氧离子促进人体健康，同时提高对有害气体的去除效果，达到净化室内空气的目的。将半成品粉体和润湿剂置于湿式球磨机中研磨，润湿剂可改善半成品粉体的表面张力，使得形成的负离子浆液与其它原料组分相容性好，在体系中分散更为均匀，形成涂料后也能够更好的润湿底材，提高涂料的附着力。同时还能够对填料和矿物粉末起到协助分散和协助防沉降的作用。环糊精还具有一定的增稠作用，改善涂料的粘度和涂膜性能。
使用硅烷偶联剂的水解缩合能使聚氨酯进行交联反应，从而改善聚氨酯乳液的耐水性、附着力、冲击强度和硬度，聚氨酯乳液性能得到改善后，与稀土矿配合，包裹于稀土矿颗粒表面，形成聚氨酯涂膜，与负离子浆料协同，消除有害气体VOC、甲醛，长效地产生负氧离子促进人体健康功能，提高空气净化效果。偶联剂的一端对聚氨酯涂膜表面具有较强亲和力并产生一定的结合，另一端对粉料颗粒具有较强的亲和力，从而使得偶联剂在聚氨酯涂膜和原料组分中其他粉料颗粒之间起到搭桥作用，提升聚氨酯涂膜和粉料颗粒之间的界面粘结强度，进而降低粉料颗粒之间的孔隙率，改善涂料的密实性和附着力。稀土矿的加入还能还可提高涂膜交联度、硬度和耐溶剂性，能消除铅的污染，减少涂料结皮，涂膜起皱等缺陷，提高涂料质量。
优选的，所述无机酸选自稀硝酸、稀盐酸或稀硫酸中的一种。
通过采用上述技术方案，稀硝酸、稀盐酸或稀硫酸均能提高负离子粉体中杂质的溶出率，实现对负离子粉的增白处理，提高涂料的装饰性。
优选的，所述碱液由氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液和氢氧化铝溶液中的任意两种复配而成。
通过采用上述技术方案，氢氧化钠、氢氧化钾和氢氧化铝在加热条件下能够对负离子粉体的微结构进行改性，以使得涂料涂覆成膜后可更为长效的对空气中的有害气体进行去除，提高对空气的净化效果。
优选的，所述负离子粉由电气石粉、远红外纳米粉和麦饭石粉中的至少两种组成。
通过采用上述技术方案，电气石是一种组成成分复杂的含硼环状硅酸盐矿物，电气石具有自发极化效应和热释电效应，能永久发射远红外线、释放负离子。麦饭石是一种多孔性的矿石，具有良好的吸附能力，可吸附空气中的有害气体，达到净化空气的作用。麦饭石也能释放对人体有益的远红外线，促进人体健康。远红外纳米粉是用特殊纳米复合技术精制而成的新型纳米复合远红外保健功能材料，具有与人体辐射吸收相应波长的高远红外辐射率，是良好的人体保健用远红外辐射材料，具有抗紫外线、杀菌消除异味、等功能，提高对空气净化的效果，还可以有效地改善人体微循环，促使人体健康，改善新陈代谢，增强免疫力。
优选的，所述颜填料包括碳酸钙、钛白粉和滑石粉，所述碳酸钙、钛白粉和滑石粉的质量比为1:1:1。
通过采用上述技术方案，碳酸钙、钛白粉和滑石粉作为填料在涂料中起辅助作用，一般起骨架作用，通过填充增加涂膜的厚度，改善涂料的涂覆性和涂膜力学性能，提高涂膜的耐久性和耐磨性。采用特定组分和特定比例，与其它原料组分更好协同作用，提高涂料质量。
优选的，所述润湿剂为月桂醇聚氧乙烯醚,所述消泡剂为矿物油消泡剂。
通过采用上述技术方案，选用合适的润湿剂和消泡剂，与其它组分的相容性良好，协助改善涂料的性能。
优选的，所述分散剂选自聚乙二醇或聚羧酸钠中的一种。
通过采用上述技术方案，选用合适的分散剂与其它原料组分相容性好，将各原料组分在体系中分散更为均匀，减少粉料沉降，防止涂料浮色发花，提高涂料的遮盖力和着色力。
第二方面，本申请提供一种多功能生态负离子涂料的制备方法，采用如下的技术方案：
一种多功能生态负离子涂料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，制备负离子浆液；
步骤二，制备矿物粉末：将稀土矿进行破碎制得矿粉,将矿粉、聚氨酯乳液和硅烷偶联剂混合搅拌均匀制得浆料,将浆料通过喷雾干燥造粒法进行造粒,制得固体颗粒，将固体颗粒进行气流磨磨粉，制得3μm以下的矿物粉末；
步骤三，将水、消泡剂、分散剂和丙烯酸乳液、EVA乳液混合均匀，加入颜填料和矿物粉末，在800-1000r/min的转速条件下分散20-40min，然后加入负离子浆液，在200-400r/min的转速条件下搅拌30-50min，制得负离子涂料。
通过采用上述技术方案，使用硅烷偶联剂的水解缩合能使聚氨酯进行交联反应，从而改善聚氨酯乳液的耐水性、附着力、冲击强度和硬度，聚氨酯乳液性能得到改善后，与稀土矿配合，包裹于稀土矿颗粒表面，形成聚氨酯涂膜，与负离子浆料协同，消除有害气体VOC、甲醛，长效地产生负氧离子促进人体健康功能，提高空气净化效果。偶联剂的一端对聚氨酯涂膜表面具有较强亲和力并产生一定的结合，另一端对粉料颗粒具有较强的亲和力，从而使得偶联剂在聚氨酯涂膜和原料组分中其他粉料颗粒之间起到搭桥作用，提升聚氨酯涂膜和粉料颗粒之间的界面粘结强度，进而降低粉料颗粒之间的孔隙率，改善涂料的密实性和附着力。
通过上述制备方法在保证各原料组分可有效融合协同，制得的负离子涂料涂覆成膜后粘度好，附着力佳，能消除有害气体VOC、甲醛，长效地产生负氧离子促进人体健康功能，空气净化效果好。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、负离子浆液具有净化空气的效果，消除室内异味和各类有害气体，如苯、甲醛等刺激性气体，同时还能消除臭味，释放负氧离子，促进人体身体健康。
2、矿物粉末可协同负离子浆液改善涂料的空气净化性能，提高对空气的净化效果，同时与其它原料组分协同改善涂料的粘度和附着力。
3、通过上述制备方法在保证各原料组分可有效融合协同，制得的负离子涂料涂覆成膜后粘度好，附着力佳，能消除有害气体VOC、甲醛，长效地产生负氧离子促进人体健康功能，空气净化效果好。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
以下制备例和实施例中所用的原料均为普通市售原料。
制备例
制备例1
负离子浆液的制备方法包括以下步骤：
步骤1，将负离子粉溶于pH为5.5的无机酸中，置于反应釜中加热至105℃反应，恒温2.5h，冷却至30℃以下制得初品；
步骤2，将初品进行洗涤，将杂质洗净后进行恒温烘干处理，温度为90℃，得到负离子粉体；
步骤3，将负离子粉体和环糊精粉溶于pH为8的碱液中，搅拌均匀后于反应釜中静置1.5h，制得湿料，然后采用真空加热和正压加热的方式循环交替进行反应，直至形成干燥的半成品粉体后，停止真空加热和正压加热的循环交替；
真空加热和正压加热的一次循环方式如下：将湿料在真空度为负0.06KPa，温度为95℃的条件下反应20min，然后通入洁净空气使得正压力为1.5KPa，温度维持95℃，反应时间为25min；
步骤4，将半成品粉体与润湿剂置于湿式球磨机中研磨2h，制得粒径为3μm以下的负离子浆液；
其中负离子粉由电气石粉和远红外纳米粉按照质量1:1.5组成；
无机酸为稀硝酸，碱液为氢氧化钠溶液和氢氧化铝溶液按照质量比为1:1复配而成；
其中负离子粉、环糊精和碱液的质量比为1:0.5:3；
润湿剂为月桂醇聚氧乙烯醚，负离子粉与润湿剂的质量比为1:0.04；
制备例2
与制备1的区别在于，无机酸为稀硫酸，其余均与制备例1相同。
制备例3
与制备例1的区别在于，无机酸为稀盐酸，其余均与制备例1相同。
制备例4
与制备例3的区别在于，碱液由氢氧化钠溶液和氢氧化钾溶液按照质量比为1:1复配而成；其余均与制备例3相同。
制备例5
与制备例4的区别在于，负离子粉由电气石粉和麦饭石粉按照质量1:1组成，其余均与制备例4相同。
制备例6
与制备例4的区别在于，负离子粉由电气石粉、远红外纳米粉和麦饭石粉按照质量1.5:1:1组成，其余均与制备例4相同。
实施例
实施例1
一种多功能生态负离子涂料，包括以下组分：水10㎏，消泡剂0.5㎏，分散剂0.4㎏，丙烯酸乳液15㎏，EVA乳液10㎏，颜填料5㎏，负离子浆液3㎏，矿物粉末7.6㎏，所述矿物粉末包括稀土矿2㎏,聚氨酯乳液5㎏，硅烷偶联剂0.6㎏；其中丙烯酸乳液为弹性丙烯酸乳液，消泡剂为矿物油消泡剂，分散剂为聚乙二醇；
一种多功能生态负离子涂料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，选用制备例1制得的负离子浆液；
步骤二，制备矿物粉末：将稀土矿进行破碎制得矿粉,将矿粉、聚氨酯乳液和硅烷偶联剂混合搅拌均匀制得浆料,将浆料置于喷雾干燥机中通过喷雾干燥造粒法进行造粒,喷雾干燥机的干燥室的温度为235℃，制得固体颗粒，将固体颗粒进行气流磨磨粉，制得3μm以下的矿物粉末；
步骤三，将水、消泡剂、分散剂和丙烯酸乳液、EVA乳液混合均匀，加入颜填料和矿物粉末，在880r/min的转速条件下分散30min，然后加入负离子浆液，在350r/min的转速条件下搅拌40min，制得负离子涂料。
实施例2-6与实施例1的区别仅在于各原料组分不同，实施例1-6的各原料组分如表1所示。
表1实施例1-6中各组分原料
Figure BDA0002793844120000101
Figure BDA0002793844120000111
实施例7
与实施例6的区别在于，选用制备例2制得的负离子浆液，其余均与实施例6相同。
实施例8
与实施例6的区别在于，选用制备例3制得的负离子浆液，其余均与实施例6相同。
实施例9
与实施例6的区别在于，选用制备例4制得的负离子浆液，其余均与实施例6相同。
实施例10
与实施例6的区别在于，选用制备例5制得的负离子浆液，其余均与实施例6相同。
实施例11
与实施例6的区别在于，选用制备例6制得的负离子浆液，其余均与实施例6相同。
对比例
对比例1
与实施例1的区别在于，不加入负离子浆液，其余均与实施例1相同。
对比例2
与实施例1的区别在于，将负离子浆液替换成等质量的负离子粉，负离子粉由电气石粉和远红外纳米粉按照质量1:1.5组成，其余均与实施例1相同。
对比例3
与实施例1的区别在于，不加入矿物粉末，其余均与实施例1相同。
对比例4
与实施例1的区别在于，将矿物粉末替换成等质量的稀土矿粉末，其余均与实施例1相同。
性能检测试验
将实施例1-11和对比例1-4制得的产品进行粘度试验、附着力等级测试，结果如表2所示。
粘度试验：用3M 810胶带牢牢按压在涂覆成膜的漆层上，与测试表面成45°或60°方向粘拉5次，观察有无脱落；
附着力：采用GB9286的测试方法对漆层的附着力进行测试，从0-3级附着力逐渐降低，4-5级则附着力不达标；
将实施例1-11和对比例1-4制得的产品按照QB/T 2761-2006《室内空气净化产品净化效果测定方法》和JCT 1074-2008《室内空气净化功能屠夫材料净化性能》进行36h甲醛去除率和36h甲苯去除率的测定，结果如表2所示。
将空间为10m*10m*3m的室内四周墙体表面(不包括地面和屋顶)分别涂覆有实施例1-11和对比例1-4制得的样品，按照中国环境科学2002,22(4):320-323,《森林环境中空气负离子浓度分级标准》(石强，钟林生，吴楚材)中的方法测定每个空间内20天后空气中负离子浓度等级，结果如表2所示。
表2试验结果
Figure BDA0002793844120000131
通过实施例1-11并结合表2可以看到，调整部分原料组分之间的配比，其制得的涂料粘度佳，在45°或60°方向粘拉中均无脱落现象，涂料的附着力等级均为2级，附着力达标且较佳，空气负离子浓度等级均为Ⅱ级，空气净化效果好。通过实施例1-6和实施例7-11中36h甲醛去除率和36h甲苯去除率的变化程度来看，采用不同的制备例制得的负离子浆液，实施例7-11的36h甲醛去除率和36h甲苯去除率的变化大于实施例1-6中的，由此可见，负离子浆液制备方法中的组分进行优化调整，对产品的空气净化效果具有明显的作用。
通过实施例1和对比例1并结合表2可以看到，不加入负离子浆液，对比例1制得的产品的36h甲醛去除率和36h甲苯去除率显著降低，空气质量差，同时涂料的粘度和附着力也略微下降，由此可见，负离子浆液的加入对空气净化效果具有显著效果，同时还能协同其他原料组分改善涂料的综合性能。
通过实施例1和对比例2并结合表2可以看到，将本申请制备的负离子浆液等质量替换为负离子粉，对比例2制得的涂料的36h甲醛去除率和36h甲苯去除率也有较大程度的下降，空气质量一般，由此可见本申请中负离子浆液的制备方法可明显改善产品的空气净化效果，提高产品质量。
通过实施例1和对比例3并结合表2可以看到，不加入矿物粉末后，对比例3制得的涂料的空气净化效果也有一定程度的下降，由此可见矿物粉末的添加，可在一定程度上与其它原料组分协同改善产品的空气净化效果。通过实施例1和对比例4并结合表2可以看到，将矿物粉末替换成等质量的稀土矿粉末，产品的性能也有一定程度的下降，因此本申请中制备矿物粉末的方法也能够协同改善产品的空气净化效果，提高产品的综合性能。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种多功能生态负离子涂料，其特征在于，包括以下重量份的组分：水10-30份，消泡剂0.5-1.5份，分散剂0.4-2份，丙烯酸乳液15-30份，EVA乳液10-20份，颜填料5-25份，负离子浆液3-18份，矿物粉末7.6-16份，所述矿物粉末包括稀土矿2-5份,聚氨酯乳液5-10份，硅烷偶联剂0.6-1份；
所述负离子浆液的制备方法包括以下步骤：
步骤1，将负离子粉溶于pH为5-6的无机酸中，置于反应釜中加热至100-130℃反应，恒温2-3h，冷却至30℃以下制得初品；
步骤2，将初品进行洗涤，将杂质洗净后进行恒温烘干处理，温度为90-100℃，得到负离子粉体；
步骤3，将负离子粉体和环糊精粉溶于pH为7.5-8.5的碱液中，搅拌均匀后于反应釜中静置1-2h，制得湿料，然后采用真空加热和正压加热的方式循环交替进行反应，直至形成干燥的半成品粉体后，停止真空加热和正压加热的循环交替；
真空加热和正压加热的一次循环方式如下：将湿料在真空度为负0.04-0.09KPa，温度为90-105℃的条件下反应10-25min，然后通入洁净空气使得正压力为0.2-5 KPa，温度维持90-105℃，反应时间为20-30min；
步骤4，将半成品粉体与润湿剂置于湿式球磨机中研磨2-3h，制得粒径为3μm以下的负离子浆液。
2.根据权利要求1所述的一种多功能生态负离子涂料，其特征在于：所述无机酸选自稀硝酸、稀盐酸或稀硫酸中的一种。
3.根据权利要求2所述的一种多功能生态负离子涂料，其特征在于：所述碱液由氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液和氢氧化铝溶液中的任意两种复配而成。
4.根据权利要求1所述的一种多功能生态负离子涂料，其特征在于：所述负离子粉由电气石粉、远红外纳米粉和麦饭石粉中的至少两种组成。
5.根据权利要求1所述的一种多功能生态负离子涂料，其特征在于：所述颜填料包括碳酸钙、钛白粉和滑石粉，所述碳酸钙、钛白粉和滑石粉的质量比为1:1:1。
6.根据权利要求1所述的一种多功能生态负离子涂料，其特征在于：所述润湿剂为月桂醇聚氧乙烯醚,所述消泡剂为矿物油消泡剂。
7.根据权利要求6所述的一种多功能生态负离子涂料，其特征在于：所述分散剂选自聚乙二醇或聚羧酸钠中的一种。
8.根据权利要求1-7任一项所述的一种多功能生态负离子涂料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一，制备负离子浆液；
步骤二，制备矿物粉末：将稀土矿进行破碎制得矿粉,将矿粉、聚氨酯乳液和硅烷偶联剂混合搅拌均匀制得浆料,将浆料通过喷雾干燥造粒法进行造粒,制得固体颗粒，将固体颗粒进行气流磨磨粉，制得3μm以下的矿物粉末；
步骤三，将水、消泡剂、分散剂和丙烯酸乳液、EVA乳液混合均匀，加入颜填料和矿物粉末，在800-1000r/min的转速条件下分散20-40min，然后加入负离子浆液，在200-400r/min的转速条件下搅拌30-50min，制得负离子涂料。
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