CN114686024A - 一种净化涂料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种净化涂料及其制备方法和应用。本发明的净化涂料中，采用硅酸钾溶液作为无机粘结材料，采用多孔吸附剂作为吸附剂，可以通过不连续成膜的方式粘结，从而更大程度保持粉体原料的多孔结构，增大了涂料的比表面积，最终提升了涂料的净化效果。本发明还提供了上述净化涂料的制备方法和净化涂层，该净化涂层采用不连续成膜的方式粘结，该涂料施工硬化后，仍然可以保留材料的多孔结构，是一种耐水、耐洗刷、超强防霉、高净化效果的水性涂层，尤其适用于内墙涂覆。
Description
技术领域
本发明属于涂料制备技术领域，具体涉及一种净化涂料及其制备方法和应用。
背景技术
多孔材料因其具有较大的比表面积和适宜的孔径分布，可以通过物理吸附、化学吸附等方式，将甲醛等有害气体进行有效的吸附，从而在空气净化领域得到越来越广泛的应用。
多孔材料作为一种吸附剂，应用于涂料当中来制备具有空气净化功能的功能性涂料也得到了大范围的推广。相关技术中，干粉状的净化涂料，如硅藻泥产品，通过添加无机胶黏材料(如灰钙、水泥、石膏)和非常少量的胶粉，经过兑水后施工上墙，这些材料通过水分挥发相互黏结形成不连续、不完全封闭的涂层，极大程度上保留了其原料中硅藻土的多孔性，从而使得上墙硬化后的硅藻泥具有材料硅藻土的多孔性，达到了净化空气的效果。而作为液态树脂、乳液型的涂料，即使在涂料中添加硅藻土或其他多孔材料，由于树脂、乳液的成膜封闭作用，使得硅藻土等多孔原材料的多孔结构几乎都被乳液成膜封闭，因此液态水性多孔净化涂料的比表面积一般都很小。最直观的表现就是干粉状的硅藻泥施工硬化后的涂层吸水效果明显，而液态树脂、乳液型硅藻乳涂料施工硬化后的涂层几乎不吸水。然而，硅藻泥的耐水性、耐洗刷性、细腻性难以媲美乳胶漆，因此需要开发一种可以保留多孔粉体孔隙结构的多孔净化涂料。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的上述技术问题之一。为此，本发明提供了一种净化涂料，该净化涂料采用硅酸钾溶液作为无机粘结材料，可以通过不连续成膜的方式粘结，从而更大程度保持粉体原料的多孔结构，增大了涂料的比表面积和净化效果。
本发明还提供了一种净化涂料的制备方法。
本发明还提供了一种净化涂层。
本发明的第一方面提供了一种净化涂料，制备原料包括硅酸钾溶液、多孔吸附剂、稳定剂、防沉剂、耐水剂、乳液和光触媒。
本发明关于净化涂料的技术方案中的一个技术方案，至少具有以下有益效果：
本发明的净化涂料中，采用硅酸钾溶液作为无机粘结材料，采用多孔吸附剂作为吸附剂，可以通过不连续成膜的方式粘结，从而更大程度保持粉体原料的多孔结构，增大了涂料的比表面积，最终提升了涂料的净化效果。
本发明的净化涂料中，硅酸钾溶液为小分子多羟基材料，硅酸钾分子可进入多孔吸附剂孔隙与其形成稳定的化学键，一方面，增强了其硬化后涂层的物理机械强度，另外一方面，硅酸钾溶液干燥硬化是不成膜的可透气性粘结，可最大程度保留多孔吸附剂的孔隙结构。
本发明的净化涂料中，硅酸钾作为一种无机材料用作粘结剂，可以使最终形成的涂层具有很好的透气性，耐候性，良好的耐热性，遇火不燃，较好的耐污染性，在紫外光作用下稳定，不易吸灰，能保持明快的装饰效果。
本发明的净化涂料中，高比表面积的吸附剂材料中高孔隙、吸油量高，容易引起涂料体系多泡、分水、后增稠、凝胶等问题。通过添加稳定剂，将硅酸钾溶液所含的羟基进行络合保护，使得吸附剂通过稳定剂和硅酸钾进行络合交联形成稳定的交联物，避免了硅酸钾所含的活泼羟基和水中的羟基进行直接反应，有效避免了因反应失水产生的凝胶现象。
本发明的净化涂料中，硅酸钾溶液干燥硬化是不成膜的可透气性粘结，因此对于颜填料的包裹力相较乳液明显降低，通过添加耐水剂，可以使耐水剂与乳液及硅酸钾形成牢固的化学键，极大程度提高体系对颜料、填料的包裹能力并提高涂层的强度。
本发明的净化涂料采用不连续成膜的方式粘结，该涂料施工硬化后，仍然可以保留材料的多孔结构，是一种耐水、耐洗刷、超强防霉、高净化效果的水性涂料，适用于内墙。
根据本发明的一些实施方式，包括以下重量份计的制备原料：
硅酸钾溶液：15份～35份，
多孔吸附剂：2份～10份，
稳定剂：0.1份～1份，
防沉剂：0.1份～1份，
耐水剂：0.05份～0.2份，
乳液：5份～8份，
光触媒：0.05份～1份。
根据本发明的一些实施方式，所述硅酸钾溶液的固含量为20％～30％。
硅酸钾溶液的固含量为20％～30％，该范围的硅酸钾溶液具有适用的硅酸钾含量和合适的粘度。
根据本发明的一些实施方式，所述硅酸钾溶液的模数为3.5～4.0。
硅酸钾溶液的模数为3.5～4.0，作用是该模数范围的硅酸钾溶液兼具反应活性和良好稳定性的，若模数高于4.0，会导致硅酸钾反应活性低、抗冻融性差，使得涂层的物理机械强度不好。若模数低于3.5，会导致硅酸钾溶液反应活性过高，存储稳定性不佳。
根据本发明的一些实施方式，所述多孔吸附剂的粒径为0.5μm～30μm。
多孔吸附剂的粒径为0.5μm～30μm，作用是直接达到成品细度，避免经研磨破坏孔隙结构。
根据本发明的一些实施方式，所述多孔吸附剂的比表面积为100m2/g～200m2/g。
多孔吸附剂的比表面积为100m2/g～200m2/g，可提供大的比表面积，由此，使得净化涂料具有较大比表面积，用于高效吸附、分解室内空气中的甲醛、苯、氨等挥发性气体，净化效率高，净化效果持久。若比表面积大于200m2/g，会导致吸油量过大，容易引起涂料体系多泡、分水、后增稠、凝胶等问题。若比表面积为小于100m2/g，则制备的多孔净化涂料其比表面积相对偏小。
根据本发明的一些实施方式，所述多孔吸附剂包括负载有纳米混晶二氧化钛的分子筛、硅藻土和海泡石中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述多孔吸附剂为负载有纳米混晶二氧化钛的分子筛。
根据本发明的一些实施方式，负载有纳米混晶二氧化钛的分子筛，制备方法按照CN102500313B中记载的方法进行。
根据本发明的一些实施方式，所述乳液包括苯丙乳液。
根据本发明的一些实施方式，苯丙乳液为罗斯夫苯丙乳液ROSF5588。
根据本发明的一些实施方式，稳定剂为具有交联偶合作用的季铵盐衍生物型交联剂。
根据本发明的一些实施方式，防沉剂为改性膨润土。
根据本发明的一些实施方式，耐水剂为聚醚改性有机硅。
采用聚醚改性有机硅型耐水剂，使耐水剂能与乳液及硅酸钾形成牢固的化学键，极大程度提高体系对颜料、填料的包裹能力并提高涂层的强度，具体而言，体现在包裹能力提高，宏观表现为用白纸擦拭含颜料的涂层不会出现掉色，强度提高的宏观表现为耐洗刷性能的提高。
根据本发明的一些实施方式，光触媒为纳米二氧化钛或纳米氧化锌。
光触媒的作用是光催化，将吸附在多孔结构中的有害气体分解。
根据本发明的一些实施方式，制备原料还包括重量份计的纤维素0.1份～0.8份，分散剂0.1份～1.5份，润湿剂0.1份～1份，消泡剂0.1份～1份，颜填料20份～50份，增稠剂0.1份～1份和水20份～40份。
根据本发明的一些实施方式，纤维素为羟乙基纤维素。
根据本发明的一些实施方式，分散剂包括季铵盐嵌段共聚物和聚羧酸钠盐共聚物型分散剂。
根据本发明的一些实施方式，润湿剂为EO/PO嵌段共聚物。
消泡剂为适用于厚涂型、弹性体系的矿物油或聚醚改性型消泡剂。
颜填料包括钛白粉、重质碳酸钙、绢云母粉和煅烧高岭土中的至少一种。
颜填料中，镁离子低于0.8wt％。若颜填料中镁离子高于0.8wt％，会导致镁离子和硅酸钾溶液发生反应成产硅酸镁沉淀物，从而影响体系稳定性。
颜填料中，钛白粉的作用是提供涂料的遮盖力。重质碳酸钙的作用是普通填料。绢云母粉的作用是提高涂层的耐水和耐磨性。煅烧高岭土的作用是提供涂料的干膜遮盖力。
根据本发明的一些实施方式，增稠剂为碱溶涨缔合型增稠剂。
本发明的第二方面提供了净化涂料的制备方法，包括以下步骤：
S1：将所述水、纤维素、分散剂、润湿剂、消泡剂和稳定剂搅拌均匀，得到混合溶液；
S2：将所述防沉剂、颜填料、多孔吸附剂加入所述混合溶液中搅拌研磨，得到浆料；
S3：向所述浆料中加入所述光触媒、乳液、硅酸钾溶液、增稠剂、耐水剂和消泡剂，搅拌均匀后过滤。
本发明关于净化涂料的制备方法中的一个技术方案，至少具有以下有益效果：
本发明关于净化涂料的制备方法，制备过程简单，无需昂贵的设备和苛刻的条件即可完成，利于工业化大规模推广。
根据本发明的一些实施方式，步骤S1中：将水、纤维素、分散剂、润湿剂、消泡剂和稳定剂在500rpm～700rpm速度下搅拌5min～15min，得到混合溶液。
根据本发明的一些实施方式，步骤S2中：将防沉剂、颜填料、多孔吸附剂加入混合溶液中在1200rpm～1500rpm速度下搅拌15min～30min，再研磨使浆料细度达到20μm～40μm，得到浆料。
根据本发明的一些实施方式，步骤S3中：向浆料中加入光触媒、乳液、硅酸钾溶液、增稠剂、耐水剂和消泡剂，搅拌均匀后过滤，过滤通过涂料过滤器完成，目数为100目。
本发明的第三方面提供了一种净化涂层，所述净化涂层由上述的净化涂料制备得到。
本发明关于净化涂层中的一个技术方案，至少具有以下有益效果：
本发明的净化涂层，采用不连续成膜的方式粘结，该涂料施工硬化后，仍然可以保留材料的多孔结构，是一种耐水、耐洗刷、超强防霉、高净化效果的水性涂层，尤其适用于内墙涂覆。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，并结合实施例对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例和对比例中：
分散剂具体为巴斯夫的AA4040。
润湿剂具体为科宁PE100。
纤维素具体为亚什兰的HBR250。
消泡剂具体为巴斯夫ST2410。
稳定剂具体为澳汉盛川化工的
ST。
防沉剂具体为荷叶化工HY615。
填料具体为龙蟒R996钛白粉、雄鹿矿业的XL-4绢云母粉和广源化工GY316重钙。
分子筛多孔吸附剂具体为负载有纳米混晶二氧化钛的分子筛按照CN102500313B中记载的方法自制。
光触媒具体为纳米二氧化钛。
乳液具体为罗斯夫苯丙乳液ROSF5588。
硅酸钾溶液具体为顺德派齐新材料的SN190
增稠剂具体为陶氏TT935。
消泡剂具体为和巴斯夫MO2155。
耐水剂具体为荷叶化工K460。
实施例1
本实施例具体制备了一种净化涂料，其中包括以下重量百分比的组分：
水32％，
分散剂0.5％，
润湿剂0.1％，
纤维素0.3％，
消泡剂0.1％，
稳定剂0.3％，
防沉剂0.2％，
填料37.5％，
分子筛多孔吸附剂6％，
光触媒0.3％，
乳液7％，
硅酸钾溶液15％，
增稠剂0.5％，
消泡剂0.1％，
耐水剂0.1％。
制备方法如下：
在搅拌缸中加入水320kg、开动搅拌机以500r/min转速搅拌，并依此加入纤维素3kg、分散剂5kg、润湿剂1kg、消泡剂1kg，稳定剂3kg、搅拌8min后，提高转速至1200r/min，再加入防沉剂2kg、375kg其他填料(分别为钛白粉100kg、绢云母粉50kg、1250目重钙225kg)、分子筛多孔吸附剂60kg，1200r/min转速下高速搅拌研磨20min，使细度达到10μm～35μm，然后在500r/min下低速搅拌加入光触媒3kg、乳液70kg、硅酸钾溶液150kg、增稠剂5kg、消泡剂1kg、耐水剂1kg，搅拌15min后用过滤机过滤、出料。
对比例1
参照实施例1，其他材料不变，用同等量的乳液替代组分中的硅酸钾溶液，生产的涂料为乳胶漆净化涂料。
实施例2
本实施例具体制备了一种净化涂料，其中包括以下重量百分比的组分：
水27.5％，
分散剂0.6％，
润湿剂0.2％，
纤维素0.5％，
消泡剂0.2％
稳定剂0.4％，
防沉剂0.3％，
其他填料30％，
多孔吸附剂10％
光触媒0.5％
乳液5％
硅酸钾溶液24％，
增稠剂0.3％，
消泡剂0.2％，
耐水剂0.3％。
该水性内墙涂料的制备方法如下：在搅拌缸中加入水275kg、开动搅拌机以500r/min转速搅拌，并依此加入分散剂6kg、润湿剂2kg、纤维素5kg、消泡剂2kg，搅拌10min后，提高转速至1200r/min，再加入防沉剂3kg、300kg其他填料(分别为钛白粉125kg、绢云母粉50kg、1250目重钙125kg)、分子筛多孔吸附剂100kg，1200r/min转速下高速搅拌研磨20min，使细度达到10μm～35μm，然后在500r/min下低速搅拌加入光触媒5kg、乳液50kg、硅酸钾溶液240kg、增稠剂3kg、消泡剂2kg、耐水剂3kg，搅拌15min后用过滤机过滤、出料。
对比例2
参照实施例2，其他材料不变，用同等量的乳液替代组分中的硅酸钾溶液，生产的涂料为乳胶漆净化涂料。
粉料原料和涂料性能测试
将原材料中负载有纳米混晶二氧化钛的分子筛和其他填料用小型高速粉碎机搅拌3min，得混合粉体原料比表面积样品，取该样品进行比表面积测试。
将成品涂料涂刷至薄膜上50℃烘箱烘烤3天后取下硬化后的涂层用小型高速粉碎机粉碎搅拌3min进行比表面积测试。
比表面积的测试方法依据GB/T13390-2008《金属粉末比表面积的测定-氮吸附法》。
氨水去味实验依据CN212379252U中记载的方法进行测试。
耐洗刷性试验依据GB/T9756《合成树脂乳液内墙涂料》。
甲醛净化试验依据JC/T2177《硅藻泥装饰壁材》。
燃烧等级测试依据GB8624《建筑材料及制品燃烧性能分级》。
防霉试验依据HG/T3950《抗菌涂料》。
对该高比表面积多孔无机水性净化涂料及对比的乳胶漆净化涂料进行相关性能测试，具体测试结果如表1所示。
表1实施例和对比例的数据
由表1可见，本发明制备的净化涂料相对于采用乳液为粘结材料的乳胶漆净化涂料，保留了吸附剂原本的多孔结构和吸附特性，其甲醛净化性能/净化持久率也得到了大幅度提升，说明本发明的涂料可实现保持水性涂料中颜填料粉体多孔结构，实现高比表面积的多孔水性净化涂料的制备，是一种更加净化效果内墙净化涂料。
其次，本发明的净化涂料，具有良好的防霉性能和更高的燃烧等级，更具发展前景。
再次，本发明的净化涂料，储存时，粘度不会明显增加，不会出现由液态变成半固态的凝聚物。
上面结合实施例对本发明作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (10)
1.一种净化涂料，其特征在于，制备原料包括硅酸钾溶液、多孔吸附剂、稳定剂、防沉剂、耐水剂、乳液和光触媒。
2.根据权利要求1所述的一种净化涂料，其特征在于，包括以下重量份计的制备原料：
硅酸钾溶液：15份～35份，
多孔吸附剂：2份～10份，
稳定剂：0.1份～1份，
防沉剂：0.1份～1份，
耐水剂：0.05份～0.2份，
乳液：5份～8份，
光触媒：0.05份～1份。
3.根据权利要求1或2所述的一种净化涂料，其特征在于，所述硅酸钾溶液的固含量为20％～30％。
4.根据权利要求1或2所述的一种净化涂料，其特征在于，所述硅酸钾溶液的模数为3.5～4.0。
5.根据权利要求1或2所述的一种净化涂料，其特征在于，所述多孔吸附剂的粒径为0.5μm～30μm。
6.根据权利要求1或2所述的一种净化涂料，其特征在于，所述多孔吸附剂的比表面积为100m2/g～200m2/g。
7.根据权利要求1或2所述的一种净化涂料，其特征在于，所述乳液包括苯丙乳液。
8.根据权利要求1或2所述的一种净化涂料，其特征在于，制备原料还包括重量份计的纤维素0.1份～0.8份，分散剂0.1份～1.5份，润湿剂0.1份～1份，消泡剂0.1份～1份，颜填料20份～50份，增稠剂0.1份～1份和水20份～40份。
9.一种制备如权利要求8所述的净化涂料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将所述水、纤维素、分散剂、润湿剂、部分消泡剂和稳定剂搅拌均匀，得到混合溶液；
S2：将所述防沉剂、颜填料、多孔吸附剂加入所述混合溶液中搅拌研磨，得到浆料；
S3：向所述浆料中加入所述光触媒、乳液、硅酸钾溶液、增稠剂、耐水剂和剩余消泡剂，搅拌均匀后过滤。
10.一种净化涂层，其特征在于，所述净化涂层由权利要求1至8任一项所述的净化涂料制备得到。
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