CN113025093A - 一种具有空气净化功能的无机涂料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有空气净化功能的无机涂料及制备方法，属于涂料领域。包括以下组分，按重量份计为：硅酸盐40‑60份、碳酸钙粉20‑40份、硅溶胶10‑30份、滑石粉5‑15份，高岭土1‑5份、凹凸棒土1‑5份、氧化铝1‑5份、纳米二氧化硅1‑5份、改性电气石稀土三元复合材料1‑10份；改性电气石稀土三元复合材料包括具有吸附和多孔结构的矿物载体、电气石材料和稀土氧化物。本发明增加既然改性电气石稀土三元复合材料和纳米二氧化硅，能够高效催化负氧离子的产生，提高负氧离子的浓度，增大电气石稀土三元复合材料的利用率，高效净化空气环境。本发明采用天然无机材料组成，无添加剂，无毒，无甲醛，绿色环保。

Description

一种具有空气净化功能的无机涂料及制备方法

技术领域

本发明涉及涂料领域，具体涉及一种具有空气净化功能的无机涂料及制备方法。

背景技术

无机涂料是以无机材料为主要物质的涂料，具有良好的耐水、耐碱、耐污染、耐气性能。无机涂料的基料材料一般直接取材于自然界，来源十分丰富。且在无机涂料基料的生产及使用过程中对环境的污染小，产品多数是以水为分散介质，无环境和健康方面的不良影响，因此无机涂料现在广泛应用于建筑、房屋装修以及特殊情况下的施工涂料。

无机涂料中的沃土涂料是采用纳米材料及天然高吸附多孔无机矿物质组成，且还有稀土元素。这类涂料无毒无甲醛，能够释放出对人体有益的物质，如负氧离子。负氧离子被誉为“空气维生素”，对人体具有显著的抗氧化和防衰老的作用，当负氧离子通过呼吸系统进入人体内时，其所带的负电可以补充给老化的细胞和血球电子，从而起到消除自由基、提高细胞活性、延缓衰老的作用。除此之外，负氧离子还会捕捉空气中带正电荷的颗粒污染物(如细菌、灰尘等)，使其团聚并沉降，达到净化空气的作用。

现有无机涂料中，大部分是直接加入负离子粉作为添加剂，如公开号CN103289454A公开的一种负离子降解甲醛的无机功能涂料及其制备方法，其中是直接在原料中加入2-6％的负离子粉。公开号CN106966680A公开的一种纯无机负离子功能涂料及制备方法，其中是在原料中加入了三元复合负离子粉，该三元复合负离子粉也是将一定比例的稀土、托玛琳和六环石粉混合粘接得到，其实质也是简单的混合。

综上所述，现有带有负氧离子功能的无机涂料均为简单的添加负氧离子进行效果的叠加，对于负氧离子的负氧离子的催化和激发、以及持续性未得到改善。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种负氧离子浓度大，电气石稀土三元复合材料利用率高，无毒，无甲醛的具有空气净化功能的无机涂料。

为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种具有空气净化功能的无机涂料，包括以下组分，按重量份计为：硅酸盐40-60份、碳酸钙粉20-40份、硅溶胶10-30份、滑石粉5-15份，高岭土1-5份、凹凸棒土1-5份、氧化铝1-5份、纳米二氧化硅1-5份、改性电气石稀土三元复合材料1-10份；

所述改性电气石稀土三元复合材料包括具有吸附和多孔结构的矿物载体、电气石材料、稀土氧化物的三元复合催化材料。

进一步的，所述改性电气石稀土三元复合材料中的矿物载体为海泡石、硅藻泥、多孔石墨烯中的多种或者任意一种。

进一步的，所述改性电气石稀土三元复合材料中的稀土氧化物为二氧化铈。

进一步的，所述改性电气石稀土三元复合材料的制备方法包括：

(1)制备尿素水溶液，将硝酸铈与尿素水溶液混合制得到二氧化铈溶胶；

(2)将电气石材料加入至二氧化铈溶胶中充分搅拌分散，同时将温度升至60-80℃进行热处理1-5h，干燥得到包裹电气石稀土复合材料；

(3)将矿物载体加入水发泡后，在水环境下加入包裹电气石稀土复合材料，采用超声分散后，并在60-80℃进行热处理1-5h，干燥得到改性电气石稀土三元复合材料。

进一步的，步骤(1)中所述二氧化铈在溶胶中的浓度为0.1-5g/L。

进一步的，步骤(1)中所述尿素水溶液的浓度为20-50g/L。

进一步的，步骤(2)溶胶中电气石材料的重量百分比浓度为10-20％。

进一步的，步骤(3)中矿物载体与包裹电气石稀土复合材料的重量比为1:1-3:1。

进一步的，所述矿物载体为800-2000目；电气石材料为纳米级。

本发明还提出了一种具有空气净化功能的无机涂料的制备方法，包括以下步骤：

s1:将硅酸盐、碳酸钙粉、硅溶胶、滑石粉，高岭土、凹凸棒土和氧化铝充分混合后，加入水，再利用球磨机进行湿法研磨，得到超微体；

s2:向超微体中加入纳米二氧化硅和改性电气石稀土三元复合材料充分分散混合，干燥得到具有空气净化功能的无机涂料。

在本发明中，改性电气石稀土三元复合材料中，在电气石材料的表面包裹二氧化铈能够提高负氧离子释放的浓度。二氧化铈为稀土元素，能够延长半衰减期，促进电气石材料进一步对空气的电离，提升负氧离子产生的浓度。且二氧化铈还是一种储氧材料，能够作为催化剂催化电气石材料的负氧离子的产生。且利用二氧化铈包覆的电气石材料使电气石粉产生了新的负离子途径，即二氧化铈中的Ce⁴⁺在光照下转化成Ce³⁺，在转化过程中电子被迫随电场方向定向移动，电子-空穴复合几率的降低，为负离子粉/二氧化铈复合粉体表面积聚了离解空气分子的大量能量，从而产生高浓度的空气负离子，同时Ce³⁺很快氧化成Ce^{4 +}，继而重复前面的转化。

在本发明中，将二氧化铈包覆的电气石材料作为一个整体插入至具有吸附和多孔结构的矿物载体。多孔结构的矿物载体具有较大的表面积，而通过超声引导使包裹电气石稀土复合材料填充之后，在矿物载体表面不规则排列，避免了常规电气石粉的堆积。而电气石粉的堆积只能够使表面一层的电气石粉产生负氧离子，而内层堆积的利用率较低。通过插入载体中，能够使电气石粉得到良好的分散，使电气石稀土三元复合材料的利用率大大提高，从而增加了负氧离子的浓度。

本发明中，还加入了纳米二氧化硅，纳米二氧化硅具有很强的亲水性，在水中形成溶胶体，干燥后与纳米二氧化硅结合的水蒸发后，使整个涂料形成多孔结构，能够提高电气石稀土三元复合材料与光、空气中的水分子接触通道，形成多个催化反应位点，促进负氧离子的产生。

本发明具有空气净化功能的无机涂料及制备方法，其有益效果在于：

(1)本发明为无机涂料，采用天然无机材料组成，无添加剂，无毒，无甲醛，绿色环保。

(2)本发明增加改性电气石稀土三元复合材料，能够高效催化负氧离子的产生，提高负氧离子的浓度，高效净化空气环境。

(3)本发明加入纳米二氧化硅，与改性电气石稀土三元复合材料两者相互配合，能够增加负离子粉与光、水分的接触，增大电气石稀土三元复合材料的利用率。

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步详细说明本发明。

实施例1

一种具有空气净化功能的无机涂料，包括以下组分，按重量份计为：硅酸盐40份、碳酸钙粉40份、硅溶胶10份、滑石粉5份，高岭土1份、凹凸棒土1份、氧化铝1份、纳米二氧化硅1份、改性电气石稀土三元复合材料1份；

改性电气石稀土三元复合材料包括具有吸附和多孔结构的矿物载体、电气石粉和催化剂二氧化铈。

本实施例中，矿物载体为600-800目的海泡石。

本实施中，改性电气石稀土三元复合材料的制备方法包括：

(1)制备浓度为20g/L的尿素水溶液，备用；

(2)将硝酸铈与尿素水溶液混合制得到二氧化铈溶胶，配置得到的二氧化铈在溶胶中的浓度为5g/L；

(3)将纳米级电气石粉加入至二氧化铈溶胶中，溶胶中电气石粉的重量百分比浓度为20％，充分搅拌分散，同时将温度升至70℃进行热处理5h，干燥得到包裹电气石稀土复合材料；

(4)将海泡石加入水发泡后，在水环境下加入包裹电气石稀土复合材料，海泡石与包裹电气石稀土复合材料的重量比为1:1；混合后采用超声分散后，并在60℃进行热处理5h，干燥得到改性电气石稀土三元复合材料。

本实施例中，具有空气净化功能的无机涂料的制备方法为：

s1:将硅酸盐、碳酸钙粉、硅溶胶、滑石粉，高岭土、凹凸棒土和氧化铝充分混合后，加入水，再利用球磨机进行湿法研磨，得到超微体；

s2:向超微体中加入纳米二氧化硅和改性电气石稀土三元复合材料充分分散混合，干燥得到具有空气净化功能的无机涂料。

实施例2

一种具有空气净化功能的无机涂料，包括以下组分，按重量份计为：硅酸盐60份、碳酸钙粉20份、硅溶胶30份、滑石粉15份，高岭土5份、凹凸棒土5份、氧化铝5份、纳米二氧化硅5份、改性电气石稀土三元复合材料10份；

改性电气石稀土三元复合材料包括具有吸附和多孔结构的矿物载体、电气石粉和催化剂二氧化铈。

本实施例中，矿物载体为600-800目的硅藻泥。

本实施中，改性电气石稀土三元复合材料的制备方法包括：

(1)制备浓度为50g/L的尿素水溶液，备用；

(2)将硝酸铈与尿素水溶液混合制得到二氧化铈溶胶，配置得到的二氧化铈在溶胶中的浓度为5g/L；

(3)将纳米级电气石粉加入至二氧化铈溶胶中，溶胶中电气石粉的重量百分比浓度为10％，充分搅拌分散，同时将温度升至80℃进行热处理5h，干燥得到包裹电气石稀土复合材料；

(4)将海泡石加入水发泡后，在水环境下加入包裹电气石稀土复合材料，海泡石与包裹电气石稀土复合材料的重量比为1:2；混合后采用超声分散后，并在60℃进行热处理5h，干燥得到改性电气石稀土三元复合材料。

本实施例中，具有空气净化功能的无机涂料的制备方法为：

s1:将硅酸盐、碳酸钙粉、硅溶胶、滑石粉，高岭土、凹凸棒土和氧化铝充分混合后，加入水，再利用球磨机进行湿法研磨，得到超微体；

s2:向超微体中加入纳米二氧化硅和改性电气石稀土三元复合材料充分分散混合，干燥得到具有空气净化功能的无机涂料。

实施例3

一种具有空气净化功能的无机涂料，包括以下组分，按重量份计为：硅酸盐50份、碳酸钙粉20份、硅溶胶20份、滑石粉10份，高岭土5份、凹凸棒土5份、氧化铝2份、纳米二氧化硅5份、改性电气石稀土三元复合材料5份；

改性电气石稀土三元复合材料包括具有吸附和多孔结构的矿物载体、电气石粉和催化剂二氧化铈。

本实施例中，矿物载体为多孔石墨烯。

本实施中，改性电气石稀土三元复合材料的制备方法包括：

(1)制备浓度为40g/L的尿素水溶液，备用；

(2)将硝酸铈与尿素水溶液混合制得到二氧化铈溶胶，配置得到的二氧化铈在溶胶中的浓度为0.1g/L；

(3)将纳米级电气石粉加入至二氧化铈溶胶中，溶胶中电气石粉的重量百分比浓度为15％，充分搅拌分散，同时将温度升至80℃进行热处理5h，干燥得到包裹电气石稀土复合材料；

(4)将海泡石加入水发泡后，在水环境下加入包裹电气石稀土复合材料，海泡石与包裹电气石稀土复合材料的重量比为1:3；混合后采用超声分散后，并在60℃进行热处理5h，干燥得到改性电气石稀土三元复合材料。

本实施例中，具有空气净化功能的无机涂料的制备方法为：

s1:将硅酸盐、碳酸钙粉、硅溶胶、滑石粉，高岭土、凹凸棒土和氧化铝充分混合后，加入水，再利用球磨机进行湿法研磨，得到超微体；

s2:向超微体中加入纳米二氧化硅和改性电气石稀土三元复合材料充分分散混合，干燥得到具有空气净化功能的无机涂料。

实施例4

一种具有空气净化功能的无机涂料，包括以下组分，按重量份计为：硅酸盐60份、碳酸钙粉30份、硅溶胶20份、滑石粉10份，高岭土3份、凹凸棒土3份、氧化铝3份、纳米二氧化硅5份、改性电气石稀土三元复合材料8份；

改性电气石稀土三元复合材料包括具有吸附和多孔结构的矿物载体、电气石粉和催化剂二氧化铈。

本实施例中，矿物载体为海泡石。

本实施中，改性电气石稀土三元复合材料的制备方法包括：

(1)制备浓度为45g/L的尿素水溶液，备用；

(2)将硝酸铈与尿素水溶液混合制得到二氧化铈溶胶，配置得到的二氧化铈在溶胶中的浓度为2g/L；

(3)将纳米级电气石粉加入至二氧化铈溶胶中，溶胶中电气石粉的重量百分比浓度为18％，充分搅拌分散，同时将温度升至60℃进行热处理5h，干燥得到包裹电气石稀土复合材料；

(4)将海泡石加入水发泡后，在水环境下加入包裹电气石稀土复合材料，海泡石与包裹电气石稀土复合材料的重量比为1:3；混合后采用超声分散后，并在60℃进行热处理5h，干燥得到改性电气石稀土三元复合材料。

本实施例中，具有空气净化功能的无机涂料的制备方法为：

s1:将硅酸盐、碳酸钙粉、硅溶胶、滑石粉，高岭土、凹凸棒土和氧化铝充分混合后，加入水，再利用球磨机进行湿法研磨，得到超微体；

s2:向超微体中加入纳米二氧化硅和改性电气石稀土三元复合材料充分分散混合，干燥得到具有空气净化功能的无机涂料。

检测实施例1-4得到的无机涂料，其性能如表1所示：

表1实施例1-4检测结果

从表1可以看出，实施例1-4中得到的空气负离子浓度与加入的改性电气石稀土三元复合材料的含量有影响，但是普遍较高，空气负离子浓度最高能够达到7900(个/cm³)以上。且加入了二氧化铈之后，Γ射线与自然环境(≤0.31)相差不大。

对比例1

以实施例4为标准，各组分含量与方法与实施例4相同，不同之处在于未加入纳米二氧化硅。

对比例2

以实施例4为标准，各组分含量与方法与实施例4相同，不同之处在于直接加入同等量的电气石粉、二氧化铈和海泡石粉的混合物。

对比例3

以实施例4为标准，各组分含量与方法与实施例4相同，不同之处在于直接加入同等量的电气石粉。

将对比例1-3和实施例4中得到的无机涂料再不同的时间段进行负离子释放检测，得到的数据如表2所示：

表2对比试验数据

从表2可以看出，将负离子粉通过二氧化铈的改性后，并穿插至矿物载体中，释放的负氧离子浓度远远大于常规的普通混合。

另外，加入纳米二氧化硅后，负氧离子浓度也有所升高，升高速度也较快。

以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种具有空气净化功能的无机涂料，其特征在于：包括以下组分，按重量份计为：硅酸盐40-60份、碳酸钙粉20-40份、硅溶胶10-30份、滑石粉5-15份，高岭土1-5份、凹凸棒土1-5份、氧化铝1-5份、纳米二氧化硅1-5份、改性电气石稀土三元复合材料1-10份；

所述改性电气石稀土三元复合材料包括具有吸附和多孔结构的矿物载体、电气石材料、稀土氧化物的三元复合催化材料。

2.根据权利要求1所述具有空气净化功能的无机涂料，其特征在于：所述改性电气石稀土三元复合材料中的矿物载体为海泡石、硅藻泥、多孔石墨烯中的多种或者任意一种。

3.根据权利要求1所述具有空气净化功能的无机涂料，其特征在于：所述改性电气石稀土三元复合材料中的稀土氧化物为二氧化铈。

4.根据权利要求1-3任一项所述具有空气净化功能的无机涂料，其特征在于：所述改性电气石稀土三元复合材料的制备方法包括：

(1)制备尿素水溶液，将硝酸铈与尿素水溶液混合制得到二氧化铈溶胶；

(2)将电气石材料加入至二氧化铈溶胶中充分搅拌分散，同时将温度升至60-80℃进行热处理1-5h，干燥得到包裹电气石稀土复合材料；

(3)将矿物载体加入水发泡后，在水环境下加入包裹电气石稀土复合材料，采用超声分散后，并在60-80℃进行热处理1-5h，干燥得到改性电气石稀土三元复合材料。

5.根据权利要求4所述具有空气净化功能的无机涂料，其特征在于：步骤(1)中所述二氧化铈在溶胶中的浓度为0.1-5g/L。

6.根据权利要求4所述具有空气净化功能的无机涂料，其特征在于：步骤(1)中所述尿素水溶液的浓度为20-50g/L。

7.根据权利要求4所述具有空气净化功能的无机涂料，其特征在于：步骤(2)溶胶中电气石材料的重量百分比浓度为10-20％。

8.根据权利要求4所述具有空气净化功能的无机涂料，其特征在于：步骤(3)中矿物载体与包裹电气石稀土复合材料的重量比为1:1-3:1。

9.根据权利要求1所述具有空气净化功能的无机涂料，其特征在于：所述矿物载体为800-2000目；电气石材料为纳米级。

10.一种根据权利要求1所述具有空气净化功能的无机涂料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

s1:将硅酸盐、碳酸钙粉、硅溶胶、滑石粉，高岭土、凹凸棒土和氧化铝充分混合后，加入水，再利用球磨机进行湿法研磨，得到超微体；

s2:向超微体中加入纳米二氧化硅和改性电气石稀土三元复合材料充分分散混合，干燥得到具有空气净化功能的无机涂料。