CN112876994A - 一种基于钛基金属有机骨架材料的除醛抗菌涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于钛基金属有机骨架材料的除醛抗菌涂料及其制备方法,由以下组分按照以下质量份数比制备而成:水20‑27份、羟乙基纤维素0.2‑0.5份、pH调节剂0.1‑0.3份、水性分散剂0.4‑0.7份、水性润湿剂0.1‑0.3份、水性消泡剂0.4‑0.7份、钛白粉16‑21份、煅烧高岭土7‑11份、重质碳酸钙10‑18份、硅微粉7‑12份、钛基金属有机骨架MIL‑125‑NH22‑4份、乳液20‑28份、防冻剂0.6‑1.5份、成膜助剂0.5‑1份和防腐剂0.1‑0.2份。清除甲醛的效率达到91%,持久性达到86.7%;清除甲苯的效率达到64%,持久性达到54%。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于钛基金属有机骨架材料的除醛抗菌涂料及其制备方法。
背景技术
随着社会经济的发展和人们生活水平的提高,大家的健康环保意识逐渐增强,对居住环境的安全性要求也越来越高。在室内环境中,挥发性有机化合物(VOC)是造成室内空气污染的主要原因,而在各种VOC中,甲醛(HCHO)是主要的有害室内空气污染物(Build.Environ.,2017,117,118-126),甲醛的存在对人体健康是一大危害,长期接触甲醛可能会引起严重的健康问题,如皮肤和眼睛刺激、神经衰退性疾病、白血病、肺炎、脑瘤、甚至是鼻咽癌(Appl.Catal.,B,2018,227,145-152;Appl.Catal.,B,2017,204,147-155;ACSSustainable Chem.Eng.,2018,6,12481-12488;Environ.Sci.Technol.,2015,49,6637-6644)。人们为了减少接触甲醛的风险,已经开发出了许多从室内空气中去除甲醛的方法,例如吸附和光催化技术。考虑到成本和易操作性,使用适当的吸附剂在环境条件下将室内甲醛移除是最有前景的方法之一(Environ.Sci.Technol.Lett.,2016,4,20-25)。然而,常用的大多数甲醛吸附剂的捕获能力和吸附速率均不尽人意,并且在甲醛浓度较低的环境下,甲醛容易从这些物理吸附剂中脱附,造成二次污染,因此这类吸附剂不易长期使用。另一方面,在适当的光照射下,光催化可以在环境条件下将甲醛完全转化为无害的二氧化碳和水。然而,由于甲醛在常规光催化剂如TiO2上的吸附有限,因此光催化降解甲醛的效率通常不够高。与无孔光催化剂相比,光催化剂中的多孔结构不仅可以提高甲醛的吸附能力,而且还可以提高光催化效率,这是因为其活性化学位点更多,电子转移距离更短(Appl.Catal.,B,2014,147,229-235)。因此,在室温下利用新型吸附型光催化剂有效地吸附和原位转化甲醛是很必要的。
目前市场上推出了很多乳胶漆类的除醛产品,但是常用的光催化剂为二氧化钛,其可见光利用率较低,并且对甲醛的吸附作用非常有限,因此使用吸附类型新材料开发更高效的出醛乳胶漆具有重要的意义。金属有机骨架是由金属中心和有机配体配位组装而成的一种新型材料,具有高的比表面积、高的孔隙率、丰富的吸附位点和催化活性中心。与常规的半导体材料相比,MOFs具有可设计的拓扑结构以及可调节的物理化学特性,可以通过调整金属和有机配体的类型来实现不同的功用(Nat.Commun.,2019,10,2177-2186;Angew.Chem.,Int.Ed.,2012,51,3364-3367)。金属有机骨架材料中的以钛氧团簇为节点,以2-氨基对苯二甲酸为有机配体的MIL-125-NH2具有高的比表面积和良好的可见光吸收,目前该材料仅仅诞生于实验室,尚未在工业生产中实际应用。
发明内容
本发明提供一种基于钛基金属有机骨架材料的除醛抗菌涂料及其制备方法,本发明的一种基于钛基金属有机骨架材料的除醛抗菌涂料,能同时利用吸附和光催化除醛,从而使除醛能力进一步提升。
本发明通过以下技术方案实现:
一种基于钛基金属有机骨架材料的除醛抗菌涂料,由以下组分按照以下质量份数比制备而成:水20-27份、羟乙基纤维素0.2-0.5份、pH调节剂0.1-0.3份、水性分散剂0.4-0.7份、水性润湿剂0.1-0.3份、水性消泡剂0.4-0.7份、钛白粉16-21份、煅烧高岭土7-11份、重质碳酸钙10-18份、硅微粉7-12份、钛基金属有机骨架MIL-125-NH22-4份、乳液20-28份、防冻剂0.6-1.5份、成膜助剂0.5-1份和防腐剂0.1-0.2份。
一种基于钛基金属有机骨架材料的除醛抗菌涂料的制备方法,包括如下步骤:
在500-700rpm的转速下,加入水、水性分散剂、pH调节剂、防腐剂、水性润湿剂和部分消泡剂,搅拌3-8min;
然后加入羟乙基纤维素,提高转速至800-1200rpm,搅拌6-12min;
接着加入钛白粉、煅烧高岭土、重质碳酸钙、硅微粉以及钛基金属有机骨架MIL-125-NH2,然后提高转速至1300-1600rpm,搅拌15-25min;
最后降低转速至700-1000rpm,依次加入乳液、防冻剂、消泡剂和成膜助剂,继续搅拌10-15min后,即得。
原理如下:
在室温下对能和甲醛相互作用,将甲醛吸附到材料的孔隙结构中,然后甲醛能够被钛氧团簇降解,从而起到消除甲醛的作用,但是该材料为粉末材料,在实际生活中难以应用,我们首次将其与涂料结合一起用于制备除醛乳胶漆,从而赋予涂料吸附和光催化协同除醛能力。
本专利以高比表面积的多孔钛基金属有机骨架MIL-125-NH2为填料,首次将其应用于内墙乳胶漆的开发中,通过光催化实现除醛抗菌的功效。
较之前的现有技术,本发明具有以下有益效果:
1.使用新型的多孔材料钛基金属有机骨架MIL-125-NH2作为吸附催化剂,将其应用于功能内墙乳胶漆中。
2.钛基金属有机骨架MIL-125-NH2具有好的多孔性,有利于提高甲醛、甲苯与钛节点的接触率,提升清除甲醛、甲苯等的效率。
3.钛基金属有机骨架MIL-125-NH2具有好的可见光吸收,能够提升光催化除醛抗菌的能力,减少有机杀菌剂的使用,使涂料更加健康、环保。
本发明所制备的基于钛基金属有机骨架材料的除醛涂料,清除甲醛的效率达到91%,持久性达到86.7%;清除甲苯的效率达到64%,持久性达到54%;对黄曲霉、黑曲霉等八种霉菌的防霉效果为0级,同时对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌效果大于99.9%。
具体实施方案
实施例1
一种基于钛基金属有机骨架材料的除醛抗菌涂料,由以下组分按照以下质量份数比制备而成:水20份、羟乙基纤维素0.2份、pH调节剂0.1份、水性分散剂0.4份、水性润湿剂0.1份、水性消泡剂0.4份、钛白粉16份、煅烧高岭土7份、重质碳酸钙10份、硅微粉7份、钛基金属有机骨架MIL-125-NH24份、乳液20份、防冻剂0.6份、成膜助剂0.5份和防腐剂0.1份。
一种基于钛基金属有机骨架材料的除醛抗菌涂料的制备方法,包括如下步骤:
在500rpm的转速下,加入水、水性分散剂、pH调节剂、防腐剂、水性润湿剂和部分消泡剂,搅拌3min;
然后加入羟乙基纤维素,提高转速至800rpm,搅拌6min;
接着加入钛白粉、煅烧高岭土、重质碳酸钙、硅微粉以及钛基金属有机骨架MIL-125-NH2,然后提高转速至1300rpm,搅拌15min;
最后降低转速至700rpm,依次加入乳液、防冻剂、消泡剂和成膜助剂,继续搅拌10min后,即得。
实施例2
一种基于钛基金属有机骨架材料的除醛抗菌涂料,由以下组分按照以下质量份数比制备而成:水27份、羟乙基纤维素0.5份、pH调节剂0.3份、水性分散剂0.7份、水性润湿剂0.3份、水性消泡剂0.7份、钛白粉21份、煅烧高岭土11份、重质碳酸钙18份、硅微粉12份、钛基金属有机骨架MIL-125-NH24份、乳液28份、防冻剂1.5份、成膜助剂1份和防腐剂0.2份。
一种基于钛基金属有机骨架材料的除醛抗菌涂料的制备方法,包括如下步骤:
在500-700rpm的转速下,加入水、水性分散剂、pH调节剂、防腐剂、水性润湿剂和部分消泡剂,搅拌3-8min;
然后加入羟乙基纤维素,提高转速至800-1200rpm,搅拌6-12min;
接着加入钛白粉、煅烧高岭土、重质碳酸钙、硅微粉以及钛基金属有机骨架MIL-125-NH2,然后提高转速至1300-1600rpm,搅拌15-25min;
最后降低转速至700-1000rpm,依次加入乳液、防冻剂、消泡剂和成膜助剂,继续搅拌10-15min后,即得。
实施例3
调节转速到500rpm,加水24份、羟乙基纤维素0.3份、水性润湿剂0.2份、水性分散剂0.4份、水性消泡剂0.4份。
提高转速到900rpm,分别加入钛白粉18份,煅烧高岭土10份,重质碳酸钙12份,硅微粉8份,钛基金属有机骨架MIL-125-NH24份。
继续将转速调高到1300rpm,搅拌20min,混合均匀后,将转速降低到900rpm,继续添加乳液21份,防冻剂0.8份,成膜助剂0.6份,水性消泡剂0.3份,搅拌15min。得到本产品。
实施例4
本实施例与实施例3相比,不同之处在于:仅将实施例3的步骤(2)中钛基金属有机骨架MIL-125-NH2的份数改变为3份,钛白粉为19份。
对比例1
本对比例与实施例3相比,不同之处在于:在实施例3的钛基金属有机骨架MIL-125-NH2换成3份的普通钛白粉,其余步骤不变。
上述实施例的羟乙基纤维素购买自阿克苏诺贝尔;增稠剂、乳液、防腐剂、成膜助剂购自陶氏化学;钛白粉、重质碳酸钙、煅烧高岭土购自滁州格锐矿业有限公司;MIL-125-NH2可以根据现有的文献制备而成,本发明由以下方法制备:600mg的2-氨基对苯二甲酸溶于36mL的N,N二甲基甲酰胺和4mL甲醇的混合溶液中,然后加入2.5g苯甲酸和600mg钛酸异丙酯,接着在155℃下静止24h后,然后离心并用N,N二甲基甲酰胺和甲醇分别洗涤两次,最后将得到的固体产物在100℃真空干燥12h即得。
将本发明中的实施例1-4和对比例1进行性能比较,其中抗冻融循环、低温成膜性、耐洗刷性、耐碱性测试参照国家标准GB/T 9756-2018《合成树脂乳液内墙涂料》;游离甲醛(mg/kg)、挥发性有机化合物VOC(g/L)、苯、甲苯、二甲苯和乙苯总量(mg/kg)的检测参照GB/T 18582-2020《建筑用墙面涂料中有害物质限量》;甲醛、甲苯净化效率测试参照JC/T1074-2008《室内空气净化功能涂覆材料净化性能》;抗菌防霉测试参照HG/T 3950-2007《抗菌涂料标准》。得到的数据如下表1和表2。
表1本发明的基于钛基金属有机骨架材料的除醛抗菌涂料与对比例的性能比对
表2本发明的基于钛基金属有机骨架材料的除醛抗菌涂料对比例的性能对比
a:抗菌测试的细菌,包括大肠杆菌、金黄色葡萄球菌;b:防霉测试的霉菌包括:球毛壳霉、宛氏拟青霉、绳状青霉、黑曲霉、桔青霉、绿色木霉、出芽短梗霉、黄曲霉。
通过表1得到,本发明实施例1-4和对比例1的低温成膜性、抗冻融循环、耐碱性(48h)、耐洗刷性(次)、挥发性有机化合物VOC(g/L)、游离甲醛(mg/kg)、苯、甲苯、二甲苯、乙苯的总量(mg/kg)等性能一致;通过表2可知,没有添加钛基金属有机骨架MIL-125-NH2的普通涂料,其除甲醛率仅为11.1%,除甲苯率为5.5%,几乎没有表现出清除甲醛、甲苯的功效,同时没有显著的防霉效果和抗菌效果。
Claims (2)
1.一种基于钛基金属有机骨架材料的除醛抗菌涂料,其特征在于:主要由以下组分按照以下质量份数比制备而成:水20-27份、羟乙基纤维素0.2-0.5份、pH调节剂0.1-0.3份、水性分散剂0.4-0.7份、水性润湿剂0.1-0.3份、水性消泡剂0.4-0.7份、钛白粉16-21份、煅烧高岭土7-11份、重质碳酸钙10-18份、硅微粉7-12份、钛基金属有机骨架MIL-125-NH22-4份、乳液20-28份、防冻剂0.6-1.5份、成膜助剂0.5-1份和防腐剂0.1-0.2份。
2.一种用于制备权利要求1中所述的基于钛基金属有机骨架材料的除醛涂料的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
在500-700rpm的转速下,加入水、水性分散剂、pH调节剂、防腐剂、水性润湿剂和部分消泡剂,搅拌3-8min;
然后加入羟乙基纤维素,提高转速至800-1200rpm,搅拌6-12min;
接着加入钛白粉、煅烧高岭土、重质碳酸钙、硅微粉以及钛基金属有机骨架MIL-125-NH2,然后提高转速至1300-1600rpm,搅拌15-25min;
最后降低转速至700-1000rpm,加入乳液、防冻剂、剩余的消泡剂和成膜助剂,继续搅拌10-15min后,即得。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210601 |
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