CN116855149A - 一种可主动吸尘除霾的自清洁涂层、制备方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可主动吸尘除霾的自清洁涂层，涉及涂料技术领域，按重量份计，该涂层包括超疏水材料100～300份、导电填料30～100份、成膜剂50～100份、固化剂5～10份、成膜助剂10～20份、乳化剂0.8～1.5份、分散剂0.5～1份和消泡剂0.05～1份；按重量比计，超疏水材料包括锐钛型纳米二氧化钛10～20％、微粉颗粒10～20％、低表面能修饰物1～10％和无水乙醇50～70％。本发明的涂层接触角大于150°，自清洁能力强，可分解有机污染物，配合负离子发生器可释放大量负离子吸附空气污染物，PM2.5净化率达83.57％，克服了自清洁涂层无法主动吸附污染物、容易被有机污染物破坏等问题。

Description

一种可主动吸尘除霾的自清洁涂层、制备方法及应用

技术领域

本发明涉及涂料技术领域，具体涉及一种可主动吸尘除霾的自清洁涂层、制备方法及应用。

背景技术

空气中的粉尘、TVOC等污染物直接影响着人们的健康，并促进了癌症、呼吸道疾病等病症的发生。超疏水自清洁和光催化自清洁是一种解决粉尘和有机污染物的办法。

超疏水表面性能优异，不仅疏水也疏油，因此在很多领域，如自清洁、抗腐蚀、防覆冰、减阻、防污等领域具有广泛的应用前景。疏水表面的形成主要是通过两种方法来实现的：一种是在固体表面引入大量细小的微纳米结构，当液滴落在表面上时，微纳米结构中捕获了空气，从而增加了疏水性；另一种是在固体表面覆盖一层表面张力较小的材料，增大接触角的同时，阻隔液滴与衬底材料的接触。

然而超疏水物理自清洁涂层在实际应用中，有机油脂类污染物易粘附在涂层表面，且不易通过水的冲刷而被去除。有机油脂类污染物长时间粘附在涂层表面时，涂层的疏水组分可能会遭到破坏，疏水性能逐渐减小，最终失去其超疏水自清洁性能。

光催化型自清洁表面可以通过光催化作用将有机污染物化学分解为二氧化碳、水等小分子，从而避免涂层遭到有机污染物破坏。然而，光催化自清洁涂层只能降解表面的污染物，却无法主动吸附空气中的灰尘、雾霾等污染物。

负离子发生器可以产生负氧粒子，带负电荷的负氧离子能够与带正电荷的烟雾粉尘等细颗粒物进行电极中和，使其自然沉积。然而，负离子虽然具有较佳的吸尘作用，但无法直接降解污染物，而且在生成负氧离子的同时可能还会伴随产生一些氮氧化物等衍生污染物，这就会对人体造成一定的危害。此外，单生成式离子发生结构不仅生成效率低，离子的排放还依靠通风完成。负离子发生器通过向空气中释放大量电子使氧气负离子化，由于电子在空气中的寿命仅有纳秒级，产生的负离子往往聚集在释放器周围，极为依赖通风，否则会影响到负离子发生器的空气净化效率。

目前，负离子发生器最大的缺陷是将污染物过滤吸附在滤网上，却并不能分解化学性污染物质，导致滤网寿命极短。尤其是活性炭过滤网，每隔2、3个月就需要更换，极大增加了负离子发生器的使用成本。若不及时更换滤网，滤网吸附的污染物达到饱和后往往造成二次污染，反而成为新的污染源。

因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可主动吸尘除霾的自清洁涂层，能够产生负离子吸附空气污染物，并具有自清洁性能，以解决目前的自清洁涂层无法主动吸附污染物、不具备空气净化能力的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种可主动吸尘除霾的自清洁涂层，按重量份计，包括如下组分：

超疏水材料100～300份、导电填料30～100份、固化剂5～10份、成膜剂50～100份、成膜助剂10～20份、乳化剂0.8～1.5份、分散剂0.5～1份和消泡剂0.05～1份；

按重量比计，所述超疏水材料包括如下组分：

锐钛型纳米二氧化钛10～20％、微粉颗粒10～20％、低表面能修饰物1～10％和无水乙醇50～70％。

优选的，所述导电填料包括石墨、炭黑导电纤维、石墨烯、氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、碳纳米管中的一种或几种。

优选的，所述微粉颗粒包括砂粉、矿粉、粉煤灰、偏高岭土中的一种或几种，所述微粉颗粒的粒径为10～60μm。

优选的，所述低表面能修饰物包括钛酸酯偶联剂、硅氧烷改性剂中的一种或几种。

优选的，所述硅氧烷改性剂包括硅烷偶联剂KH-550、硅烷偶联剂KH-570、氟硅烷偶联剂、六聚二甲基硅氧烷、聚甲基氢硅氧烷的一种或几种。

优选的，所述钛酸酯偶联剂为钛酸四丁酯。

优选的，按重量比计，所述超疏水材料包括如下组分：

锐钛型纳米二氧化钛10～20％、微粉颗粒10～20％、硅氧烷改性剂1～5％、钛酸四丁酯1～5％和无水乙醇50～70％。

本发明还提出了上述可主动吸尘除霾的自清洁涂层的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

步骤一：将锐钛型纳米二氧化钛、微粉颗粒等倒入容器中，并在容器中加入无水乙醇，搅拌，获得粉末悬浊液；

步骤二：向步骤一制得的粉末悬浊液中滴加低表面能修饰物，将容器口密封，置于磁力搅拌机恒温搅拌、静置离心后分层，将上层清液倒出，保留下层泥浆，得到泥状改性粉末混合物；

步骤三：将泥状改性粉末混合物烘干，得到超疏水材料粉体，将超疏水材料粉体用研钵研磨成粉末、筛子过筛去除粗颗粒，即得超疏水材料粉末；

步骤四：向成膜剂中依次加入导电填料、固化剂、成膜助剂、乳化剂、分散剂和消泡剂，搅拌均匀从而得到导电涂层，将导电涂层涂覆在墙体表面，待涂层处于半固化状态时，将超疏水材料粉末均匀洒落在导电层表面，待涂层完全固化后，即得主动吸尘除霾的自清洁涂层。

如上所述的制备方法，优选的，步骤二中，恒温搅拌的温度为20℃～25℃。

本发明还提出了上述可主动吸尘除霾的自清洁涂层的应用，所述涂层通过导电胶带连接至负离子发生器，并作为负离子发生器的释放器使用。

与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：

1)自清洁涂层接触角大于150°，滚动角低于10°，具有超疏水效果，可实现墙体表面的自我清洁；

2)通过掺加改性的二氧化钛，可实现超疏水墙体表面的光催化，降解墙体表面的有机污染物，防止涂层的疏水效果被有机污染物破坏；

3)自清洁涂层附带导电填料，使其表面形成一层导电层，导电填料中含有大量导电纤维，从而形成大面积的释放探针，将该自清洁涂层通过导电胶带连接至负离子发生器后，负离子发生器在工作时可以使整个自清洁涂层覆盖的区域能够均匀地释放负离子，从而提高负离子释放效率，实现大面积吸尘除霾，使更多的污染物吸附到涂层表面或无电荷沉降，净化室内空气；

4)摆脱了传统负离子发生器对滤网的依赖，进而省去了后续更换滤网的费用支出，大大缩小了维护费用；

5)该自清洁涂层不仅能够释放负离子，还可以有效地防止被污水污染，并且表面的灰尘、杂质可以随着水流冲走，同时涂层表面不会被水浸湿，部分有机污染物也可以通过光催化作用进行降解，该涂层将灰尘吸附到超疏水光催化涂层表面，可缓解雾霾现象，有利于人类身心健康以及生活质量水平的提高。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：

图1为本发明实施例的应用方式示意图。

图2为本发明实施例1进行接触角测试的液滴图像。

图3为本发明实施例1油酸污染试验结果。

图4为本发明实施例1的亚甲基蓝降解试验图像。

图5为本发明实施例2进行接触角测试的液滴图像。

图6为本发明实施例2的除尘率测试结果。

图7为本发明实施例2的含氮化合物降解试验结果。

图8为本发明实施例3进行接触角测试的液滴图像.

图9为本发明实施例3中不同档位对密闭空间内空气微颗粒的净化效果。

图10为本发明实施例3中不同负离子发生器对甲醛的净化效果对比。

图11为本发明对比例1油酸污染试验结果。

图12为本发明对比例2的除尘率测试结果。

图13为本发明对比例2的含氮化合物降解试验结果。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面将结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明针对目前超疏水自清洁涂层性能的稳定性和持久性有待提高、光催化自清洁涂层无法主动吸尘以及负离子发生器无法自我清洁、降解污染物以及效率低下的问题，提供一种可主动吸尘除霾的自清洁涂层及制备方法，该自清洁涂层以纳米二氧化钛、低表面能修饰物、微粉颗粒等为主要原料，配以导电填料，涂覆在建筑结构表面，与负离子发生器的负离子释放器通过导电胶带连接后，该自清洁涂层所覆盖的区域可产生负离子，从而将空气中的灰尘、雾霾等污染物吸附至涂层表面或使其沉降，以起到净化空气的作用。

本发明提供的一种可主动吸尘除霾的自清洁涂层，按重量份计，包括如下组分：

超疏水材料100～300份(例如105份、110份、115份、120份、125份、130份、135份、140份、145份、150份、155份、160份、165份、170份、175份、180份、185份、190份、195份、200份、205份、210份、215份、220份、225份、230份、235份、240份、245份、250份、255份、260份、265份、270份、275份、280份、285份、290份、295份)、导电填料30～100份(例如35份、40份、45份、50份、55份、60份、65份、70份、75份、80份、85份、90份、95份)、固化剂5～10份(例如5.5份6.0份、6.5份、7.0份、7.5份、8.0份、8.5份、9.0份、9.5份)、成膜助剂10～20份(例如11份、12份、13份、14份、15份、16份、17份、18份、19份)、成膜剂50～100份(例如55份、60份、65份、70份、75份、80份、85份、90份、95份)、乳化剂0.8～1.5份(例如0.85份、0.90份、0.95份、1.00份、1.05份、1.10份、1.15份、1.20份、1.25份、1.30份、1.35份、1.40份、1.45份)、分散剂0.5～1份(例如0.55份、0.60份、0.65份、0.70份、0.75份、0.80份、0.85份、0.90份、0.95份)和消泡剂0.05～1份(例如0.06份、0.08份、0.10份、0.15份、0.20份、0.25份、0.30份、0.35份、0.40份、0.45份、0.50份、0.55份、0.60份、0.65份、0.70份、0.75份、0.80份、0.85份、0.90份、0.95份、0.99份)。

本发明优选实施例中，按重量比计，超疏水材料包括如下组分：

纳米二氧化钛10～20％(例如10.1％、10.5％、11.0％、11.5％、12.0％、12.5％、13.0％、13.5％、14.0％、14.5％、15.0％、15.5％、16.0％、16.5％、17.0％、17.5％、18.0％、18.5％、19.0％、19.5％、19.9％)、微粉颗粒10～20％(例如10.1％、10.5％、11.0％、11.5％、12.0％、12.5％、13.0％、13.5％、14.0％、14.5％、15.0％、15.5％、16.0％、16.5％、17.0％、17.5％、18.0％、18.5％、19.0％、19.5％、19.9％)、低表面能修饰物1～10％(例如0.1％、0.5％、1.0％、1.5％、2.0％、2.5％、3.0％、3.5％、4.0％、4.5％、5.0％、5.5％、6.0％、6.5％、7.0％、7.5％、8.0％、8.5％、9.0％、9.5％、9.9％)和无水乙醇50～70％(例如51％、52％、53％、54％、55％、56％、57％、58％、59％、60％、61％、62％、63％、64％、65％、66％、67％、68％、69％)，其中，纳米二氧化钛为锐钛型纳米二氧化钛。

本发明优选实施例中，导电填料包括石墨、炭黑导电纤维、石墨烯、氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、碳纳米管中的一种或几种。

本发明优选实施例中，微粉颗粒包括砂粉、矿粉、粉煤灰、偏高岭土中的一种或几种，微粉颗粒的粒径为10～60μm(例如11μm、13μm、15μm、17μm、19μm、20μm、21μm、23μm、25μm、27μm、29μm、30μm、31μm、33μm、35μm、37μm、39μm、40μm、41μm、43μm、45μm、47μm、49μm、50μm、51μm、53μm、55μm、57μm、59μm)。

本发明优选实施例中，低表面能修饰物包括钛酸酯偶联剂、硅氧烷改性剂中的一种或几种。

本发明优选实施例中，硅氧烷改性剂包括硅烷偶联剂KH-550、硅烷偶联剂KH-570、氟硅烷偶联剂、六聚二甲基硅氧烷、聚甲基氢硅氧烷的一种或几种。

本发明优选实施例中，钛酸酯偶联剂为钛酸四丁酯。

本发明优选实施例中，按重量比计，超疏水材料包括如下组分：纳米二氧化钛10～20％(例如10.1％、10.5％、11.0％、11.5％、12.0％、12.5％、13.0％、13.5％、14.0％、14.5％、15.0％、15.5％、16.0％、16.5％、17.0％、17.5％、18.0％、18.5％、19.0％、19.5％、19.9％)、微粉颗粒10～20％(例如10.1％、10.5％、11.0％、11.5％、12.0％、12.5％、13.0％、13.5％、14.0％、14.5％、15.0％、15.5％、16.0％、16.5％、17.0％、17.5％、18.0％、18.5％、19.0％、19.5％、19.9％)、硅氧烷改性剂1～5％(例如1.1％、1.5％、2.0％、2.5％、3.0％、3.5％、4.0％、4.5％、4.9％)、钛酸四丁酯1～5％(例如1.1％、1.5％、2.0％、2.5％、3.0％、3.5％、4.0％、4.5％、4.9％)和无水乙醇50～70％(例如51％、52％、53％、54％、55％、56％、57％、58％、59％、60％、61％、62％、63％、64％、65％、66％、67％、68％、69％)。

本发明还提出了一种可主动吸尘除霾的自清洁涂层的制备方法，本发明实施例的制备方法包括以下步骤：

步骤一：将锐钛型纳米二氧化钛、微粉颗粒等倒入容器中，并在容器中加入无水乙醇，搅拌，获得粉末悬浊液；

步骤二：向步骤一制得的粉末悬浊液中滴加低表面能修饰物，将容器口密封，置于磁力搅拌机恒温搅拌、静置离心后分层，将上层清液倒出，保留下层泥浆，得到泥状改性粉末混合物；

步骤三：将泥状改性粉末混合物烘干，得到超疏水材料粉体，将超疏水材料粉体用研钵研磨成粉末、筛子过筛去除粗颗粒，即得超疏水材料粉末；

步骤四：向成膜剂中依次加入导电填料、固化剂、成膜助剂、乳化剂、分散剂和消泡剂，搅拌均匀从而得到导电涂层，将导电涂层涂覆在墙体表面，待涂层处于半固化状态时，将超疏水材料粉末均匀洒落在导电层表面，待涂层完全固化后，即得主动吸尘除霾的自清洁涂层。

本发明还提出了上述可主动吸尘除霾的自清洁涂层的应用。

本发明具体实施例中，在上述可主动吸尘除霾的自清洁涂层应用于建筑结构表面时，将该自清洁涂层通过导电胶带连接至负离子发生器，该负离子发生器包括电源、震荡、变压器和放电发生部分，其中放电发生部分中的放电探头通过导电胶带与上述可主动吸尘除霾的自清洁涂层连接，使该自清洁涂层能够释放负离子，从而使负离子释放区域不再仅限于负离子发生器的释放器，显著提高负离子释放效率。

本申请中使用的负离子发生器型号为NVW-660C，该负离子发生器有五个档位，从第一档到第五档，工作功率依次增加，在上述自清洁涂层应用过程中，也可采用其它型号的类似负离子发生器。

下面通过具体实施例对本发明一种可主动吸尘除霾的自清洁涂层、制备方法及应用进行详细说明。

下面实施例中，成膜剂为水性环氧树脂、室温硫化橡胶或聚氨酯，固化剂为聚酰胺树脂，成膜助剂为丙二醇丁醚，乳化剂牌号为TEGO CARE 165，分散剂牌号为SN-5040，消泡剂牌号为AGITAN P 841。

实施例1

本实施例中的可主动吸尘除霾的自清洁涂层，按重量份计，包括如下组分：

超疏水材料150份、导电填料50份、成膜剂50份、固化剂10份、成膜助剂10份、乳化剂0.8份、分散剂0.5份和消泡剂0.05～1份，其中，导电填料为石墨，成膜剂为水性环氧树脂。

其中，按重量比计，超疏水材料包括如下组分：

纳米二氧化钛20％、粉煤灰20％、钛酸四丁酯5％、聚二甲基硅氧烷5％和无水乙醇50％。

本实施例中的可主动吸尘除霾的自清洁涂层的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：按重量比称取纳米二氧化钛、矿粉、钛酸四丁酯、聚二甲基硅氧烷、无水乙醇，将纳米二氧化钛、粉煤灰倒入容器中，并在容器中加入无水乙醇，搅拌，获得粉末悬浊液；

步骤二：向步骤一制得的粉末悬浊液中滴加钛酸四丁酯、聚二甲基硅氧烷，将容器口密封，置于磁力搅拌机以2000r/min的速率恒温搅拌5h、静置离心后分层，将上层清液倒出，保留底部的泥浆，得到泥状改性粉末混合物；

步骤三：将泥状改性粉末混合物置于80℃烘箱内烘干，得到超疏水材料粉体，用研钵研磨成粉末、筛子过筛，即得超疏水材料粉末；

步骤四：以水性环氧树脂作为成膜剂，并向其掺入导电填料、固化剂、成膜助剂、乳化剂、分散剂、消泡剂，混合均匀后涂覆在砂浆表面，待涂层处于半固化状态时，将超疏水材料粉末均匀洒落在导电层表面，待涂层完全固化后，即得主动吸尘除霾的自清洁涂层。

对本实施例中制备的涂层进行性能测试，测试过程及结果如下：

(1)采用座滴法，液滴放到固体样品上，液滴的图像由高分辨率相机拍摄，然后由软件自动测量角度，接触角测试结果如图2所示，经测试涂层的接触角在158°±3°。

(2)通过测试试块油酸污染后以及紫外光照射后水接触角的变化来验证样品的超疏水功能的恢复能力，初始接触角为158°，油酸污染后，接触角下降至137.2°，经过紫外光照射24h(一个循环)后，接触角恢复到142°，在重复测试的3个循环中，紫外光照射24h后接触角度均回升且大于140°，其测试结果如图3所示。

(3)将试块浸渍在10mg/L亚甲基蓝溶液中，置于紫外光照7h后，通过颜色变化可以看到光催化降解亚甲基蓝溶液的程度，如图4所示，通过吸光度测试出其亚甲基蓝的降解率达到70％。

实施例2

本实施例中的可主动吸尘除霾的自清洁涂层，按重量份计，包括如下组分：

超疏水材料100份、导电填料30份、成膜剂100份、固化剂5份、成膜助剂20份、乳化剂1.5份、分散剂1份和消泡剂1份，其中导电填料为炭黑导电纤维，成膜剂为室温硫化橡胶。

其中，按重量比计，超疏水材料包括如下组分：

纳米二氧化钛14％、偏高岭土14％、聚甲基氢硅氧烷1％、钛酸四丁酯1％和无水乙醇70％。

本实例中涂层制备方法步骤与实施例1相同。

对本实施例中制备的涂层进行性能测试，测试过程及结果如下：

(1)采用座滴法，液滴放到固体样品上，液滴的图像由高分辨率相机拍摄，然后由软件自动测量角度，接触角测试结果如图5所示，经测试涂层的接触角在155°±3°，具有良好的自清洁作用。

(2)将普通试块和涂覆超疏水涂层的试块表面洒满100目左右的干燥灰尘，样品倾斜90°进行除尘对比测试，其除尘率如图6所示。

(3)光催化降解含氮化合物测试结果如图7所示。

实施例3

本实施例中的可主动吸尘除霾的自清洁涂层，按重量份计，包括如下组分：

超疏水材料300份、成膜剂75份、固化剂7份、成膜助剂15份、乳化剂1份、分散剂0.75份、消泡剂0.65份和碳纳米管100份，成膜剂为室温硫化橡胶。

其中，按重量比计，超疏水材料的原料包括如下组分：

纳米二氧化钛10％、砂粉10％、钛酸四丁酯5％、硅烷偶联剂KH-550占5％和无水乙醇70％。

本实施例中的可主动吸尘除霾的自清洁涂层的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：按重量比称取纳米二氧化钛、砂粉、钛酸四丁酯、聚二甲基硅氧烷、无水乙醇，将纳米二氧化钛、砂粉倒入容器中，并在容器中加入无水乙醇，搅拌，获得粉末悬浊液；

步骤二：向步骤一制得的粉末悬浊液中滴加钛酸四丁酯、硅烷偶联剂KH-550，将容器口密封，置于磁力搅拌机以2000r/min的速率恒温搅拌5h、静置离心后分层，将上层清液倒出，保留底部的泥浆，得到泥状改性粉末混合物；

步骤三：将泥状改性粉末混合物置于80℃烘箱内烘干，得到超疏水材料粉体，用研钵研磨成粉末、筛子过筛，即得超疏水材料粉末；

步骤四：以室温硫化橡胶作为成膜剂，并向其掺入导电填料、成膜助剂、乳化剂、分散剂、消泡剂，混合均匀后涂覆在砂浆表面，待涂层处于半固化状态时，将超疏水材料粉末均匀洒落在导电层表面，待涂层完全固化后，得到自清洁涂层，然后通过导电胶带连接至去除释放头的负离子发生器，该负离子发生器的型号为NVW-660C。

对本实施例中制备的涂层进行性能测试，性能结果如下：

(1)接触角测试结果如图8所示，为153°±3°，具有良好的自清洁作用。

(2)测试密闭空间(1m×1m×1m)内部空气微颗粒相对浓度在负离子内循环不同档位下随时间的变化规律，其如图9所示，内循环300s后密闭空间内空气微颗粒浓度可下降至60％以下，负离子发生器处于第五档时，可降至20％附近，对密闭空间内空气微颗粒的净化效果明显。

(3)将未连接涂层试块的负离子发生器和连接自清洁涂层的负离子发生器分别置于不同的密闭空间(1m×1m×1m)中，并取5ml质量分数60％的甲醛置于密闭容器中3h，使甲醛气体分散于整个空间，打开负离子发生器开关，每隔一个小时测试甲醛浓度变化，其如图10所示，连接导电涂层的负离子发生器在6h后就能完全将甲醛去除，未连接涂层试块的负离子发生器在6h时仅仅去除初始甲醛量的50％左右。

实施例4

本实施例中的可主动吸尘除霾的自清洁涂层，按重量份计，包括如下组分：

超疏水材料150份、成膜剂50份、固化剂5份、成膜助剂10份、乳化剂0.8份、分散剂0.5份、消泡剂0.05份和石墨烯50份，其中成膜剂为聚氨酯。

其中，按重量比计，超疏水材料的原料包括如下组分：

纳米二氧化钛10％、偏高岭土15％、钛酸四丁酯5％、六聚二甲基硅氧烷5％和无水乙醇65％。

本实施例中的可主动吸尘除霾的自清洁涂层的制备方法，与实施例1相同。

对本实施例中制备的涂层进行性能测试，性能结果如下：

(1)接触角测试结果为151°左右，具有良好的自清洁作用。

(2)通过测试密闭空间(1m×1m×1m)进出口PM2.5的浓度，来判别净化强度，如下表1所示，负离子发生器处于第一档时，PM2.5净化率为44.29％，负离子发生器处于第五档时，PM2.5净化率可达到83.57％，对PM2.5具有显著的净化效果。

表1实施例4中密闭空间进出口PM2.5净化效果

实施例5

本实施例中的可主动吸尘除霾的自清洁涂层，按重量份计，包括如下组分：

超疏水材料150份、成膜剂50份、固化剂10份、成膜助剂20份、乳化剂0.8份、分散剂0.5份、消泡剂1份和导电填料100份，其中成膜剂为水性环氧树脂，导电填料为碳纳米管。

其中，按重量比计，超疏水材料的原料包括如下组分：

纳米二氧化钛15％、砂粉15％、钛酸四丁酯3％、硅烷偶联剂KH-5705％和无水乙醇65％。

本实施例中的可主动吸尘除霾的自清洁涂层的制备方法，与实施例3相同。

对本实施例中制备的涂层进行性能测试，性能结果如下：

(1)接触角测试结果为154±3°，具有良好的自清洁作用。

(2)通过测试密闭空间进出口PM2.5的浓度，来判别净化强度，如下表1所示，负离子发生器处于第一档时，PM2.5净化率为47.14％，负离子发生器处于第五档时，PM2.5净化率可达到82.14％，对PM2.5具有显著的净化效果。

表2实施例5中密闭空间进出口PM2.5净化效果

实施例6

本实施例中的可主动吸尘除霾的自清洁涂层，按重量份计，包括如下组分：

超疏水材料200份、成膜剂50份、固化剂10份、成膜助剂20份、乳化剂0.8份、分散剂0.5份、消泡剂1份和导电填料100份，其中成膜剂为水性环氧树脂，导电填料为碳纳米管。

其中，按重量比计，超疏水材料的原料包括如下组分：

纳米二氧化钛15％、砂粉15％、钛酸四丁酯3％、硅烷偶联剂KH-5705％，无水乙醇65％。

本实施例中的可主动吸尘除霾的自清洁涂层的制备方法，与实施例3相同。

对本实施例中制备的涂层进行性能测试，性能结果如下：

(1)接触角测试结果为156±3°，具有良好的自清洁作用。

(2)通过测试密闭空间进出口PM2.5的浓度，来判别净化强度，如下表1所示，负离子发生器处于第一档时，PM2.5净化率为52.86％，负离子发生器处于第五档时，PM2.5净化率可达到85.00％，对PM2.5具有显著的净化效果。

表3实施例5中密闭空间进出口PM2.5净化效果

实施例7

本实施例中的可主动吸尘除霾的自清洁涂层，按重量份计，包括如下组分：

超疏水材料250份、成膜剂50份、固化剂10份、成膜助剂20份、乳化剂0.8份、分散剂0.5份、消泡剂1份和导电填料100份，其中成膜剂为水性环氧树脂，导电填料为碳纳米管。

其中，按重量比计，超疏水材料的原料包括如下组分：

纳米二氧化钛15％、砂粉15％、钛酸四丁酯3％、硅烷偶联剂KH-5705％，无水乙醇65％。

本实施例中的可主动吸尘除霾的自清洁涂层的制备方法，与实施例3相同。

对本实施例中制备的涂层进行性能测试，性能结果如下：

(1)接触角测试结果为161±3°，具有良好的自清洁作用。

(2)通过测试密闭空间进出口PM2.5的浓度，来判别净化强度，如下表1所示，负离子发生器处于第一档时，PM2.5净化率为44.29％，负离子发生器处于第五档时，PM2.5净化率可达到83.57％，对PM2.5具有显著的净化效果。

表3实施例5中密闭空间进出口PM2.5净化效果

对比例1

在实施例1的基础上，本对比例中改变自清洁涂层的各组分用量，其他方法步骤与实施例1相同。

本对比例中的自清洁涂层，按重量份计，包括如下组分：

超疏水材料80份、导电填料20份、成膜剂45份、固化剂9份、成膜助剂8份、乳化剂0.6份、分散剂0.4份和消泡剂0.04份，其中成膜剂为水性环氧树脂，导电填料为石墨。

按重量比计，超疏水材料的原料包括如下组分：

纳米二氧化钛5％、粉煤灰5％、聚二甲基硅氧烷5％、钛酸四丁酯5％和无水乙醇80％。

对本对比例中制备的涂层进行性能测试，结果如下：

(1)接触角仅有125±3°，部分涂层表面出现亲水现象，自清洁能力不强。

(2)通过测试试块油酸污染后以及紫外光照射后水接触角的变化来验证样品的超疏水功能的恢复能力，经过三次循环后，涂层表面接触角仅仅恢复至90°，如图11所示。

(3)将试块浸渍在10mg/L亚甲基蓝溶液中，置于紫外光照7h，亚甲基溶液颜色基本上没有什么变化，通过吸光度测试其降解率仅为20％。

对比例2

在实施例2的基础上，本对比例中改变自清洁涂层的各组分用量，其他方法步骤与实施例2相同。

本对比例中的自清洁涂层，按重量份计，包括如下组分：

超疏水材料320份、导电填料120份、成膜剂120份、固化剂6份、成膜助剂30份、乳化剂1.6份、分散剂1.5份和消泡剂1.2份，其中导电填料为炭黑导电纤维，成膜剂为室温硫化橡胶。

本对比例中，超疏水材料的原料包括如下组分：

纳米二氧化钛1％、偏高岭土1％、聚甲基氢硅氧烷10％、钛酸四丁酯10％和无水乙醇78％。

对本对比例中制备的涂层进行性能测试，结果如下：

(1)接触角测试结果为125±3°，自清洁性能没有达到预期效果。

(2)将普通试块和涂覆超疏水涂层的试块表面洒满100目左右的干燥灰尘，样品倾斜90°进行除尘对比测试，其除尘效率如图12所示，可见两者基本上差不多，该涂层并没有提高除尘率。

(3)光催化降解含氮化合物测试结果如图13所示，其含氮化合物浓度仅仅降到原来浓度的70％～80％。

对比例3

在实施例3的基础上，本对比例中改变自清洁涂层的各组分用量，其他方法步骤与实施例3相同。

本对比例中的自清洁涂层，按重量份计，包括如下组分：

超疏水材料60份、成膜剂60份、成膜助剂25份、乳化剂1份、分散剂1份、消泡剂2份和碳纳米管20份配制而成，成膜剂为室温硫化橡胶。

本对比例中，按重量比计，超疏水材料的原料包括如下组分：

纳米二氧化钛1％、砂粉1％、硅烷偶联剂KH-550占10％、钛酸四丁酯10％和无水乙醇78％。

按照实施例3中的测试方法对本对比例中制备的涂层进行性能测试，结果如下：

(1)接触角测试结果为100±3°，并没有良好的自清洁能力。

(2)测试密闭空间(1m×1m×1m)内部空气微颗粒相对浓度在负离子内循环不同档位下随时间的变化，发现其效率较低，在负离子发生器开到5档时，空气微颗粒相对浓度仅仅降到原来的70％，远高于实施例3_，其主要原因是导电填料过少，同时和超疏水材料的比例无法更好地适配。

(3)将未连接涂层试块的负离子发生器和连接自清洁涂层试块的负离子发生器分别置于不同的密闭空间中，并取5ml质量分数60％的甲醛置于密闭容器中3h，使甲醛气体分散于整个空间，打开负离子发生器开关，每隔一个小时测试甲醛浓度变化，连接该涂层的负离子发生器在6h后仅仅去除初始甲醛量的50％左右，同未连接涂层试块的负离子发生器所产生的效果无明显差异。

对比例4

在实施例4的基础上，本对比例中改变自清洁涂层的各组分用量，其他方法步骤与实施例4相同。

本对比例中的自清洁涂层，按重量份计，包括如下组分：

超疏水材料110份、成膜剂40份、固化剂8份、成膜助剂8份、乳化剂2份、分散剂1.2份、消泡剂2份和石墨烯60份，其中成膜剂为聚氨酯。

本对比例中，按重量比计，超疏水材料的原料包括如下组分：

纳米二氧化钛5％、偏高岭土10％、钛酸四丁酯10％、六聚二甲基硅氧烷2％和无水乙醇73％。

按照实施例4中的测试方法对本对比例中制备的涂层进行性能测试，结果如下：

(1)接触角测试结果为112±3°，涂层并没有较为优异的自清洁能力。

(2)通过测试密闭空间进出口PM2.5的浓度，来判别净化强度，其如下图12所示，在负离子发生器开启到五档时，PM2.5净化率为39.57％，低于实施例4中的83.57％，开启到一档时，PM2.5净化率仅有15.29％。

表2对比例4中密闭空间进出口PM2.5净化效果

对比例5

在实施例5的基础上，本对比例中改变自清洁涂层的各组分用量，其他方法步骤与实施例5相同。

本对比例中的自清洁涂层，按重量份计，包括如下组分：

超疏水材料50份、成膜剂50份、固化剂10份、成膜助剂20份、乳化剂0.8份、分散剂0.5份、消泡剂1份和导电填料100份，其中成膜剂为水性环氧树脂、导电填料为碳纳米管。

其中，按重量比计，超疏水材料的原料包括如下组分：

纳米二氧化钛15％、砂粉15％、钛酸四丁酯3％、硅烷偶联剂KH-5705％，无水乙醇65％。

本对比例中的可主动吸尘除霾的自清洁涂层的制备方法，与实施例5相同。

对本对比例中制备的涂层进行性能测试，性能结果如下：

(1)接触角测试结果为121±3°，并未具有良好的超疏水自清洁性能。

(2)通过测试密闭空间(1m×1m×1m)进出口PM2.5的浓度，来判别净化强度，如下表1所示，负离子发生器处于第一档时，PM2.5净化率仅为15.23％，负离子发生器处于第五档时，PM2.5净化率仅为36.12％，对PM2.5具有没有显著的净化效果。

对比例6

在实施例6的基础上，本对比例中改变自清洁涂层的各组分用量，其他方法步骤与实施例6相同。

本实施例中的自清洁涂层，按重量份计，包括如下组分：

超疏水材料80份、成膜剂50份、固化剂10份、成膜助剂20份、乳化剂0.8份、分散剂0.5份、消泡剂1份和导电填料100份，其中成膜剂为水性环氧树脂、导电填料为碳纳米管。

其中，按重量比计，超疏水材料的原料包括如下组分：

纳米二氧化钛15％、砂粉15％、钛酸四丁酯3％、硅烷偶联剂KH-5705％，无水乙醇65％。

本实施例中的可主动吸尘除霾的自清洁涂层的制备方法，与实施例6相同。

对本实施例中制备的涂层进行性能测试，性能结果如下：

(1)接触角测试结果为113±3°，自清洁作用较差。

(2)通过测试密闭空间(1m×1m×1m)进出口PM2.5的浓度，来判别净化强度，负离子发生器处于第一档时，PM2.5净化率仅为13.66％，负离子发生器处于第五档时，PM2.5净化率仅为30.08％，对PM2.5具有没有显著的净化效果。

对比例7

在实施例7的基础上，本对比例中改变自清洁涂层的各组分用量，其他方法步骤与实施例7相同。

本对比例中的自清洁涂层，按重量份计，包括如下组分：

超疏水材料320份、成膜剂50份、固化剂10份、成膜助剂20份、乳化剂0.8份、分散剂0.5份、消泡剂1份和导电填料100份，其中成膜剂为水性环氧树脂、导电填料为碳纳米管。

其中，按重量比计，超疏水材料的原料包括如下组分：

纳米二氧化钛15％、砂粉15％、钛酸四丁酯3％、硅烷偶联剂KH-5705％，无水乙醇65％。

本实施例中的可主动吸尘除霾的自清洁涂层的制备方法，与实施例7相同。

对本实施例中制备的涂层进行性能测试，性能结果如下：

(1)接触角测试结果为120±3°，自清洁作用一般。

(2)通过测试密闭空间(1m×1m×1m)进出口PM2.5的浓度，来判别净化强度，如下表1所示，负离子发生器处于第一档时，PM2.5净化率为14.29％，负离子发生器处于第五档时，PM2.5净化率为33.57％，对PM2.5并没有显著的净化效果。

对上述实施例及对比例进行分析，如下：

对比实施例1及对比例1可以看到，降低超疏水材料用量以及超疏水材料中纳米二氧化碳和微粉颗粒的用量后，所得涂层的接触角、抗油酸污染能力、亚甲基蓝溶液降解能力均出现明显下降。

对比实施例2以及对比例2，增加超疏水材料用量同时降低超疏水材料中纳米二氧化碳和微粉颗粒的用量后，涂层的接触角、除尘能力、含氮化合物降解能力也出现明显下降。

对比实施例3以及对比例3可以看到，降低超疏水材料、导电填料用量以及超疏水材料中纳米二氧化碳和微粉颗粒的用量后，所得涂层的接触角明显下降，涂层对空气微颗粒的吸附能力、对甲醛的净化能力也出现明显下降。

对比实施例4～6以及对比例4～6发现，降低超疏水材料用量、导电填料的用量不变或小幅增加时，涂层的接触角明显下降，同时密闭空间的PM2.5净化强度也明显下降，说明涂层的自清洁能力对其PM2.5净化能力产生了影响。

对比实施例7及对比例7可以看到，超疏水材料用量由250份增加至320份时，涂层的疏水角不升反降，推测原因为超疏水材料用量过高，破坏了涂层的成膜结构，导致疏水能力下降。

综上所述，本发明的一种可主动吸尘除霾的自清洁涂层，其接触角达150°以上，具有极佳的自清洁效果，且能够通过光催化作用有效分解油酸等有机污染物，长期保持较强的自清洁能力，该涂层配合负离子发生器使用，能够吸附空气中的微颗粒，显著降低密闭空间内部的PM2.5浓度，对提升空气质量具有非常明显的效果，极大改善人们的居住环境。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可主动吸尘除霾的自清洁涂层，其特征在于，按重量份计，包括如下组分：

超疏水材料100～300份、导电填料30～100份、固化剂5～10份、成膜剂50～100份、成膜助剂10～20份、乳化剂0.8～1.5份、分散剂0.5～1份和消泡剂0.05～1份；

所述超疏水材料包括如下组分：

锐钛型纳米二氧化钛10～20％、微粉颗粒10～20％、低表面能修饰物1～10％和无水乙醇50～70％。

2.如权利要求1所述的一种可主动吸尘除霾的自清洁涂层，其特征在于，所述导电填料包括石墨、炭黑导电纤维、石墨烯、氧化石墨烯、还原氧化石墨烯和碳纳米管中的一种或几种。

3.如权利要求1所述的一种可主动吸尘除霾的自清洁涂层，其特征在于，所述微粉颗粒包括砂粉、矿粉、粉煤灰和偏高岭土中的一种或几种，所述微粉颗粒的粒径为10～60μm。

4.如权利要求1所述的一种可主动吸尘除霾的自清洁涂层，其特征在于，所述低表面能修饰物包括钛酸酯偶联剂和/或硅氧烷改性剂。

5.如权利要求4所述的一种可主动吸尘除霾的自清洁涂层，其特征在于，所述硅氧烷改性剂包括硅烷偶联剂KH-550、硅烷偶联剂KH-570、氟硅烷偶联剂、六聚二甲基硅氧烷和聚甲基氢硅氧烷中的至少一种。

6.如权利要求4所述的一种可主动吸尘除霾的自清洁涂层，其特征在于，所述钛酸酯偶联剂为钛酸四丁酯。

7.如权利要求4所述的一种可主动吸尘除霾的自清洁涂层，其特征在于，按重量比计，所述超疏水材料包括如下组分：

锐钛型纳米二氧化钛10～20％、微粉颗粒10～20％、硅氧烷改性剂1～5％、钛酸四丁酯1～5％和无水乙醇50～70％。

8.如权利要求1～7任一所述的可主动吸尘除霾的自清洁涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：将锐钛型纳米二氧化钛、微粉颗粒倒入容器中，并在容器中加入无水乙醇，搅拌，获得粉末悬浊液；

步骤二：向步骤一制得的粉末悬浊液中滴加低表面能修饰物，将容器口密封，置于磁力搅拌机恒温搅拌、静置离心后分层，将上层清液倒出，保留下层泥浆，得到泥状改性粉末混合物；

步骤三：将泥状改性粉末混合物烘干，得到超疏水材料粉体，将超疏水材料粉体用研钵研磨成粉末、筛子过筛去除粗颗粒，即得超疏水材料粉末；

步骤四：向成膜剂中依次加入导电填料、固化剂、成膜助剂、乳化剂、分散剂和消泡剂，搅拌均匀从而得到导电涂层，将导电涂层涂覆在墙体表面，待涂层处于半固化状态时，将超疏水材料粉末均匀洒落在导电层表面，待涂层完全固化后，即得主动吸尘除霾的自清洁涂层。

9.如权利要求8所述的可主动吸尘除霾的自清洁涂层的制备方法，其特征在于，步骤二中，恒温搅拌的温度为20℃～25℃。

10.如权利要求1～7任一所述的可主动吸尘除霾的自清洁涂层的应用，其特征在于，作为负离子发生器的释放器使用。