CN112480725A - 一种无机抗菌建筑涂料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无机抗菌建筑涂料及制备方法，按重量份数计包括：疏水性硅溶胶60～65份、无机抗菌剂10～15份、硅灰石8～15份、氢氧化铝10～13份、无机矿物颜料5～8份、填充剂10～15份、添加剂0.5～1份；所述无机抗菌剂为海泡石吸附银形成的稳定螯合物；本发明建筑涂料不易吸灰、耐污性优异，涂膜还具有优异的稳定性、耐侯、耐高温性能；且具有长效杀菌防霉作用。
Description
技术领域
本发明涉及建筑涂料技术领域，具体涉及一种无机抗菌建筑涂料及制备方法。
背景技术
建筑涂料包括水性建筑涂料和溶剂型建筑涂料，溶剂型建筑涂料因其固化过程中释放有毒溶剂，不符合环保要求而在建筑涂料中受到限制。但由于溶剂型建筑涂料的高分子成膜物耐老化性强，在高层建筑的外墙装饰中仍在使用。外墙涂料一般要求底层表面干燥、坚实、牢固、不会起砂，不会产生裂缝疏松等。但是现在大多数适用于外墙的建筑涂料若要满足其要求却使用溶剂型建筑涂料，从而使其环保性能下降。为了达到环保要求的建筑涂料却因耐水性、与底材的附着性较差而受到限制。
无机建筑材料由于其具有优异的造型能力，丰富的表现力及良好的性能，在建筑上得以大量而广泛地应用。而且随着环保要求的提高，绿色环保材料已经成为材料研究与开发领域的主流方向。
目前的抗菌涂料大多是直接在涂料配制过程中加入单一的有机抗菌剂或无机抗菌剂，来使涂料的抗菌效果得到一定的提高。然而，这样的涂料抗菌效果提升较差，并且长效性差。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题提供一种优异的防水、耐老化性能、无毒环保且可以长效抗菌的无机抗菌建筑涂料及制备方法。
本发明采用的技术方案是：
一种无机抗菌建筑涂料，按重量份数计包括：疏水性硅溶胶60～65份、无机抗菌剂10～15份、硅灰石8～15份、氢氧化铝10～13份、无机矿物颜料5～8份、填充剂10～15份、添加剂0.5～1份；所述疏水性硅溶胶为以水、氢氧化钾和硅溶胶为材料，硅丙乳液为改性剂制备改性硅酸钾基料，然后与锌粉混合制备而成；
所述无机抗菌剂为海泡石吸附银形成的稳定螯合物；螯合物制备过程如下：
S1：将海泡石浸入质量浓度为4～5％的盐酸溶液，海泡石和盐酸的固液比为30～40:1；在25～35℃恒温水浴条件下充分搅拌反应、干燥；干燥温度为290～310℃；
S2：将步骤S1中的海泡石粉碎后制备成悬浮液，与磷酸钠溶液混合；充分反应后过滤干燥；
S3：将步骤S2中的海泡石浸入硝酸银溶液中，硝酸银溶液的浓度为0.05～0.2mol/L；充分反应，过滤、洗涤、干燥得到抗菌母料；海泡石与银的质量比为100～20:1；
S4：将步骤S3中的抗菌母料与助熔剂混合后在800～900℃条件下烧结，粉碎后即可得到所需螯合物。
进一步的，所述疏水性硅溶胶中锌粉的质量百分比为40wt％～50wt％；其中锌粉为片状锌粉和球状锌粉构成的混合物，片状锌粉和球状锌粉的质量比为4:1。
进一步的，所述步骤S2中海泡石悬浮液与过量的磷酸钠溶液混合，磷酸钠溶液的浓度为0.4～0.6mol/L；在65～75℃恒温水浴条件下反应7～9h。
进一步的，所述步骤S3中反应温度为65～75℃，反应时间为15～19h。
进一步的，所述添加剂按质量比包括消泡剂0.2～0.6份、增稠剂0.3～0.5份。
进一步的，所述填充剂为云母、氧化锌、氧化铝、滑石粉、硅藻土和硅微粉中的一种或两种及以上以任意比例构成的混合物。
一种无机抗菌建筑涂料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：按计量称取各组分，无机抗菌剂、氢氧化铝加入到混合液A中，浸泡后充分分散得到混合液B；
步骤2：将无机矿物填充颜料和填充剂加入到混合液B中，浸泡后充分分散得到混合液C；
步骤3：将添加剂加入到混合液C中，混合均匀即可得到所需外墙涂料。
进一步的，所述步骤1中的浸泡时间为2h，然后在5000r/min条件下分散20min；步骤2中的浸泡时间为1h，然后在3000r/min条件下分散20min。
进一步的，所述步骤3中搅拌速度为900r/min，pH为6～9。
本发明的有益效果是：
(1)本发明疏水性硅溶胶具有良好的渗透性和优异的无机物粘接性能，容易形成网状结构，这种结构具有不可逆性性，且疏水性硅溶胶涂膜不产生静电，因此不易吸灰、耐污性优异，涂膜还具有优异的稳定性、耐侯、耐高温性能；
(2)本发明利用海泡石内部具有孔洞的结构吸附具有杀菌能力的银离子，形成稳定的螯合物；
(3)本发明采用磷酸盐复合银离子的方法解决了银离子接触水易析出、变色的问题，固定了银离子，减缓了银离子的释放速度，得到的涂料具有长效杀菌防霉的作用；
(4)本发明中含有硅灰石，硅灰石在自然条件下可以缓慢发生反应，从而固定CO2；具有巨大的环境效益和社会效益。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。若非特指，所采用的原料均可以从市场购得或是本领域常用的。
一种无机抗菌建筑涂料，按重量份数计包括：疏水性硅溶胶60～65份、无机抗菌剂10～15份、硅灰石8～15份、氢氧化铝10～13份、无机矿物颜料5～8份、填充剂10～15份、添加剂0.5～1份；
疏水性硅溶胶为以水、氢氧化钾和硅溶胶为材料，硅丙乳液为改性剂制备改性硅酸钾基料，然后与锌粉混合制备而成。
疏水性硅溶胶的制备方法如下：利用正交实验的方法确定硅酸钾溶液的模数、反应温度、反应时间和硅丙乳液的添加量四种因素对涂料疏水效果的影响，得到制备疏水性硅溶胶的最佳合成工艺：硅酸钾溶液的模数为5.5、反应温度为50℃、反应时间为15分钟、硅丙乳液的添加量为25％；通过对不同片状锌粉含量的涂料黏度、成膜属性和机械性能的测试，得到了锌粉含量的最佳百分含量为40％和50％；分析加入硅丙乳液后的硅酸钾基料的红外光谱得知，硅酸钾溶液中存在有基团，使得涂层的抗冲击性和柔韧性等机械性能得到提高；通过向片状锌粉中添加不同含量的球状锌粉，测试涂层的机械性能和耐腐蚀性能，得到片状锌粉和球状的最佳配比为4:1。
所述无机抗菌剂为海泡石吸附银形成的稳定螯合物；螯合物制备过程如下：
S1：将海泡石浸入酸溶液，充分反应后，过滤、洗涤、干燥；酸为质量浓度为4～5％的盐酸；海泡石和盐酸的固液比为30～40:1；在25～35℃恒温水浴条件下搅拌反应；干燥温度为290～310℃。对海泡石进行酸处理一方面可以析出海泡石中的杂质离子，如镁离子、铁离子等；另一方面对海泡石进行活化处理，增大了海泡石孔道内比表面积；干燥后将海泡石内部吸附水和结晶水脱去，有利于增加海泡石的吸附性。
S2：将步骤S1中的海泡石粉碎后制备成悬浮液，与磷酸钠溶液混合；充分反应后过滤干燥；海泡石悬浮液与过量的磷酸钠溶液混合，磷酸钠溶液的浓度为0.4～0.6mol/L；在65～75℃恒温水浴条件下反应7～9h。
S3：将步骤S2中的海泡石加入硝酸银溶液中，硝酸银溶液的浓度为0.05～0.2mol/L；充分反应，过滤、洗涤、干燥得到抗菌母料；海泡石与银的质量比为100～20:1；反应温度为65～75℃，反应时间为15～19h。
S4：将步骤S3中的抗菌母料与助溶剂混合后在800～900℃条件下烧结，粉碎后即可得到所需螯合物。采用助溶剂和低温烧成的目的是减少银离子的挥发，否则抗菌效果会大大降低。
添加剂按质量比包括消泡剂0.2～0.6份、增稠剂0.3～0.5份。填充剂为云母、氧化锌、氧化铝、滑石粉、硅藻土和硅微粉中的一种或两种及以上以任意比例构成的混合物。
一种无机抗菌建筑涂料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：按计量称取各组分，无机抗菌剂、氢氧化铝加入到疏水性硅溶胶中，浸泡后充分分散得到混合液A；浸泡时间为2h，然后在5000r/min条件下分散20min。
步骤2：将无机矿物填充颜料和填充剂加入到混合液A中，浸泡后充分分散得到混合液B；浸泡时间为1h，然后在3000r/min条件下分散20min。
步骤3：将添加剂加入到混合液B中，混合均匀即可得到所需外墙涂料；搅拌速度为900r/min，pH为6～9。
实施例1
按照以下步骤制备无机抗菌剂：
S1：将海泡石浸入酸溶液，充分反应后，过滤、洗涤、干燥；酸为质量浓度为4％的盐酸；海泡石和盐酸的固液比为30：1；在25℃恒温水浴条件下搅拌反应；干燥温度为290℃。
S2：将步骤S1中的海泡石粉碎后制备成悬浮液，与磷酸钠溶液混合；充分反应后过滤干燥；海泡石悬浮液与过量的磷酸钠溶液混合，磷酸钠溶液的浓度为0.4mol/L；在65℃恒温水浴条件下反应9h。
S3：将步骤S2中的海泡石加入硝酸银溶液中，硝酸银溶液的浓度为0.05mol/L；充分反应，过滤、洗涤、干燥得到抗菌母料；海泡石与银的质量比为100：1；反应温度为65℃，反应时间为19h。
S4：将步骤S3中的抗菌母料与助溶剂混合后在800℃条件下烧结，粉碎后即可得到所需螯合物。
按照以下步骤制备一种无机抗菌建筑涂料：
步骤1：按照以下重量份称取原料：
疏水性硅溶胶60份、无机抗菌剂10份、硅灰石8份、氢氧化铝10份、无机矿物颜料5份、氧化铝10份、消泡剂0.2份、增稠剂0.3份。
将无机抗菌剂、氢氧化铝加入到疏水性硅溶胶中，浸泡后充分分散得到混合液A；浸泡时间为2h，然后在5000r/min条件下分散20min；
步骤2：将无机矿物填充颜料和填充剂加入到混合液A中，浸泡后充分分散得到混合液B；浸泡时间为1h，然后在3000r/min条件下分散20min。
步骤3：将添加剂加入到混合液B中，混合均匀即可得到所需外墙涂料。搅拌速度为800r/min，搅拌过程中通过pH调节剂调节pH为6。
实施例2
按照以下步骤制备无机抗菌剂：
S1：将海泡石浸入酸溶液，充分反应后，过滤、洗涤、干燥；酸为质量浓度为5％的盐酸；海泡石和盐酸的固液比为35：1；在30℃恒温水浴条件下搅拌反应；干燥温度为300℃。
S2：将步骤S1中的海泡石粉碎后制备成悬浮液，与磷酸钠溶液混合；充分反应后过滤干燥；海泡石悬浮液与过量的磷酸钠溶液混合，磷酸钠溶液的浓度为0.5mol/L；在70℃恒温水浴条件下反应8h。
S3：将步骤S2中的海泡石加入硝酸银溶液中，硝酸银溶液的浓度为0.1mol/L；充分反应，过滤、洗涤、干燥得到抗菌母料；海泡石与银的质量比为50：1；反应温度为70℃，反应时间为17h。
S4：将步骤S3中的抗菌母料与助溶剂混合后在850℃条件下烧结，粉碎后即可得到所需螯合物。
按照以下步骤制备一种无机抗菌建筑涂料：
步骤1：按照以下重量份称取原料：
疏水性硅溶胶63份、无机抗菌剂13份、硅灰石10份、氢氧化铝11份、无机矿物颜料6份、云母13份、消泡剂0.4份、增稠剂0.4份。
将无机抗菌剂、氢氧化铝加入到疏水性硅溶胶中，浸泡后充分分散得到混合液A；浸泡时间为2h，然后在5000r/min条件下分散20min。
步骤2：将无机矿物填充颜料和填充剂加入到混合液A中，浸泡后充分分散得到混合液B；浸泡时间为1h，然后在3000r/min条件下分散20min。
步骤3：将添加剂加入到混合液B中，混合均匀即可得到所需外墙涂料。搅拌速度为800r/min，搅拌过程中通过pH调节剂调节pH为6。
实施例3
按照以下步骤制备无机抗菌剂：
S1：将海泡石浸入酸溶液，充分反应后，过滤、洗涤、干燥；酸为质量浓度为5％的盐酸；海泡石和盐酸的固液比为40：1；在35℃恒温水浴条件下搅拌反应；干燥温度为310℃。
S2：将步骤S1中的海泡石粉碎后制备成悬浮液，与磷酸钠溶液混合；充分反应后过滤干燥；海泡石悬浮液与过量的磷酸钠溶液混合，磷酸钠溶液的浓度为0.6mol/L；在75℃恒温水浴条件下反应7h。
S3：将步骤S2中的海泡石加入硝酸银溶液中，硝酸银溶液的浓度为0.2mol/L；充分反应，过滤、洗涤、干燥得到抗菌母料；海泡石与银的质量比为20：1；反应温度为75℃，反应时间为15h。
S4：将步骤S3中的抗菌母料与助溶剂混合后在900℃条件下烧结，粉碎后即可得到所需螯合物。
按照以下步骤制备一种无机抗菌建筑涂料：
步骤1：按照以下重量份称取原料：
疏水性硅溶胶65份、无机抗菌剂15份、硅灰石15份、氢氧化铝13份、无机矿物颜料8份、氧化锌15份、消泡剂0.6份、增稠剂0.4份。
将无机抗菌剂、氢氧化铝加入到疏水性硅溶胶中，浸泡后充分分散得到混合液A；浸泡时间为2h，然后在5000r/min条件下分散20min。
步骤2：将无机矿物填充颜料和填充剂加入到混合液A中，浸泡后充分分散得到混合液B；浸泡时间为1h，然后在3000r/min条件下分散20min。
步骤3：将添加剂加入到混合液B中，混合均匀即可得到所需外墙涂料。搅拌速度为800r/min，搅拌过程中通过pH调节剂调节pH为6。
实施例4
按照以下步骤制备无机抗菌剂：
S1：将海泡石浸入酸溶液，充分反应后，过滤、洗涤、干燥；酸为质量浓度为5％的盐酸；海泡石和盐酸的固液比为40：1；在35℃恒温水浴条件下搅拌反应；干燥温度为310℃。
S2：将步骤S1中的海泡石粉碎后制备成悬浮液，与磷酸钠溶液混合；充分反应后过滤干燥；海泡石悬浮液与过量的磷酸钠溶液混合，磷酸钠溶液的浓度为0.6mol/L；在75℃恒温水浴条件下反应7h。
S3：将步骤S2中的海泡石加入硝酸银溶液中，硝酸银溶液的浓度为0.2mol/L；充分反应，过滤、洗涤、干燥得到抗菌母料；海泡石与银的质量比为20：1；反应温度为75℃，反应时间为15h。
S4：将步骤S3中的抗菌母料与助溶剂混合后在900℃条件下烧结，粉碎后即可得到所需螯合物。
按照以下步骤制备一种无机抗菌建筑涂料：
步骤1：按照以下重量份称取原料：
疏水性硅溶胶65份、无机抗菌剂15份、硅灰石15份、氢氧化铝13份、无机矿物颜料8份、滑石粉15份、消泡剂0.6份、增稠剂0.4份。
将无机抗菌剂、氢氧化铝加入到疏水性硅溶胶中，浸泡后充分分散得到混合液A；浸泡时间为2h，然后在5000r/min条件下分散20min。
步骤2：将无机矿物填充颜料和填充剂加入到混合液A中，浸泡后充分分散得到混合液B；浸泡时间为1h，然后在3000r/min条件下分散20min。
步骤3：将添加剂加入到混合液B中，混合均匀即可得到所需外墙涂料。搅拌速度为800r/min，搅拌过程中通过pH调节剂调节pH为6。
实施例5
按照以下步骤制备无机抗菌剂：
S1：将海泡石浸入酸溶液，充分反应后，过滤、洗涤、干燥；酸为质量浓度为5％的盐酸；海泡石和盐酸的固液比为40：1；在35℃恒温水浴条件下搅拌反应；干燥温度为310℃。
S2：将步骤S1中的海泡石粉碎后制备成悬浮液，与磷酸钠溶液混合；充分反应后过滤干燥；海泡石悬浮液与过量的磷酸钠溶液混合，磷酸钠溶液的浓度为0.6mol/L；在75℃恒温水浴条件下反应7h。
S3：将步骤S2中的海泡石加入硝酸银溶液中，硝酸银溶液的浓度为0.2mol/L；充分反应，过滤、洗涤、干燥得到抗菌母料；海泡石与银的质量比为20：1；反应温度为75℃，反应时间为15h。
S4：将步骤S3中的抗菌母料与助溶剂混合后在900℃条件下烧结，粉碎后即可得到所需螯合物。
按照以下步骤制备一种无机抗菌建筑涂料：
步骤1：按照以下重量份称取原料：
疏水性硅溶胶65份、无机抗菌剂15份、硅灰石15份、氢氧化铝13份、无机矿物颜料8份、硅微粉15份、消泡剂0.6份、增稠剂0.4份。
将无机抗菌剂、氢氧化铝加入到疏水性硅溶胶中，浸泡后充分分散得到混合液A；浸泡时间为2h，然后在5000r/min条件下分散20min。
步骤2：将无机矿物填充颜料和填充剂加入到混合液A中，浸泡后充分分散得到混合液B；浸泡时间为1h，然后在3000r/min条件下分散20min。
步骤3：将添加剂加入到混合液B中，混合均匀即可得到所需外墙涂料。搅拌速度为800r/min，搅拌过程中通过pH调节剂调节pH为6。
根据GB/T 9265-2009、ASTMD 2486-2006、GB/T 1733-1993、GB/T 23987-2009、GB/T 1766-2008分别对无机外墙涂料的耐碱性、耐洗刷性、耐水性、耐人工气候老化性进行测试。
将涂料样品放在平板培养基上，样品与被测细菌培养一段时间后观察抑菌效果。本发明中将相同的米饭，一份放置到本发明涂料样品上，另一份放置到不含无机抗菌剂的涂料样品上(其他成分与实施例2含量相同，为对比例)，一周后观察结果。
测试结果如下：
银是一种广谱性的杀菌材料，银的杀菌能力很强，而且无毒无色，十分适用于制备抗菌剂；但是银易氧化限制了其应用；海泡石具有强吸附性能，海泡石的硅氧四面体和镁氧八面体通过共同顶点相互连接成三维立体的骨架结构，有贯穿整个结构的孔道和孔隙，是一种十分空旷的多孔性矿物质。本发明利用内部具有孔洞结构的海泡石吸附具有杀菌能力的银离子形成稳定的螯合物，利用银离子杀菌能力，制备具有杀菌防霉作用的抗菌剂。采用磷酸盐复合银离子的方法解决银离子接触水易析出、变色的问题，可以固定银离子，减缓银离子释放速度。
硅灰石在自然条件下可以缓慢发生以下反应：
CaSiO3+CO2+H2O＝SiO2+Ca(HCO3)2
硅灰石可以固定CO2，可带来巨大的环境效益和社会效益。
疏水性硅溶胶具有良好的渗透性和优异的无机物粘接性能，容易形成网状结构，这种结构具有不可逆性性，且疏水性硅溶胶涂膜不产生静电，因此不易吸灰、耐污性优异，涂膜还具有优异的稳定性、耐侯、耐高温性能；并且疏水性硅溶胶可以与氢氧化铝和硅灰石产生交联反应，形成稳定的网络结构。硅灰石粉末与疏水性硅溶胶混合后，溶胶液相中各种聚合态的硅氧阴离子与从硅灰石溶出的钙离子结合形成水化硅酸钙凝胶。导致钙离子和硅氧阴离子浓度下降，为保持平衡钙离子和硅氧阴离子继续溶出，不断形成水化硅酸钙凝胶。本发明疏水性硅溶胶具有良好的渗透性和优异的无机物粘接性能，容易形成网状结构，这种结构具有不可逆性性，且疏水性硅溶胶涂膜不产生静电，因此不易吸灰、耐污性优异，涂膜还具有优异的稳定性、耐侯、耐高温性能；利用海泡石内部具有孔洞的结构吸附具有杀菌能力的银离子，形成稳定的螯合物；采用磷酸盐复合银离子的方法解决了银离子接触水易析出、变色的问题，固定了银离子，减缓了银离子的释放速度，得到的涂料具有长效杀菌防霉的作用。
Claims (9)
1.一种无机抗菌建筑涂料，其特征在于，按重量份数计包括：硅溶胶60～65份、无机抗菌剂10～15份、硅灰石8～15份、氢氧化铝10～13份、无机矿物颜料5～8份、填充剂10～15份、添加剂0.5～1份；
所述疏水性硅溶胶为以水、氢氧化钾和硅溶胶为材料，硅丙乳液为改性剂制备改性硅酸钾基料，然后与锌粉混合制备而成；
所述无机抗菌剂为海泡石吸附银形成的稳定螯合物；螯合物制备过程如下：
S1：将海泡石浸入质量浓度为4～5％的盐酸溶液，海泡石和盐酸的固液比为30～40:1；在25～35℃恒温水浴条件下充分搅拌反应、干燥；干燥温度为290～310℃；
S2：将步骤S1中的海泡石粉碎后制备成悬浮液，与磷酸钠溶液混合；充分反应后过滤干燥；
S3：将步骤S2中的海泡石浸入硝酸银溶液中，硝酸银溶液的浓度为0.05～0.2mol/L；充分反应，过滤、洗涤、干燥得到抗菌母料；海泡石与银的质量比为100～20:1；
S4：将步骤S3中的抗菌母料与助熔剂混合后在800～900℃条件下烧结，粉碎后即可得到所需螯合物。
2.根据权利要求1所述的一种无机抗菌建筑涂料，其特征在于，所述疏水性硅溶胶中锌粉的质量百分比为40wt％～50wt％；其中锌粉为片状锌粉和球状锌粉构成的混合物，片状锌粉和球状锌粉的质量比为4:1。
3.根据权利要求1所述的一种无机抗菌建筑涂料，其特征在于，所述步骤S2中海泡石悬浮液与过量的磷酸钠溶液混合，磷酸钠溶液的浓度为0.4～0.6mol/L；在65～75℃恒温水浴条件下反应7～9h。
4.根据权利要求1所述的一种无机抗菌建筑涂料，其特征在于，所述步骤S3中反应温度为65～75℃，反应时间为15～19h。
5.根据权利要求1所述的一种无机抗菌建筑涂料，其特征在于，所述添加剂按质量比包括消泡剂0.2～0.6份、增稠剂0.3～0.5份。
6.根据权利要求1所述的一种无机抗菌建筑涂料，其特征在于，所述填充剂为云母、氧化锌、氧化铝、滑石粉、硅藻土和硅微粉中的一种或两种及以上以任意比例构成的混合物。
7.如权利要求1～6所述任一项无机抗菌建筑涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：按计量称取各组分，无机抗菌剂、氢氧化铝加入到疏水性硅溶胶中，浸泡后充分分散得到混合液A；
步骤2：将无机矿物填充颜料和填充剂加入到混合液A中，浸泡后充分分散得到混合液B；
步骤3：将添加剂加入到混合液B中，混合均匀即可得到所需外墙涂料。
8.根据权利要求7所述的一种无机防辐射建筑涂料的制备方法，其特征在于，所述步骤1中的浸泡时间为2h，然后在5000r/min条件下分散20min；步骤2中的浸泡时间为1h，然后在3000r/min条件下分散20min。
9.根据权利要求7所述的一种无机防辐射建筑涂料的制备方法，其特征在于，所述步骤3中搅拌速度为900r/min，pH为6～9。
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