CN1216104C - 一种微孔型纳米复合涂料组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明属于涂料组合物范畴，公开了一种微孔型纳米复合涂料组合物。其特征在于组合物中含有纳米粒子、多孔隙材料与成膜物质。通过这种组合，可以在涂层内形成有效的微孔通道，使涂膜内部的纳米粒子发挥吸附和催化作用，从而使涂层具有长效吸附降解有害物质和长效抗菌的功效。
Description
技术领域
本发明涉及一种涂料组合物，尤其涉及一种微孔型纳米复合涂料组合物。
背景技术
目前，纳米材料已开始在涂料中有了广泛的应用。由于纳米粒子具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应，因而展现出许多特殊的性质。当把这些材料加入传统的涂料之中，就能产生良好的效果，如长效抗菌性能，紫外屏蔽性能，光催化性能等，并同时增加涂料的一些固有性质，如涂膜柔韧性，涂层硬度，附着力，耐汽油性，抗碱性等性能等等。
纳米粒子本身并非一个精确定义的物理概念，一般说来，粒子的平均尺寸在几百纳米以下，都可称之为纳米粒子。而最有效的测试手段就是能过电子显微镜来进行较大范围的统计和观察。不同粒径范围和不同形态的纳米粒子别很大，并且在使用中有极大的区别。而判断一个纳米粒子改性的传统涂料是否具有创新性，一般可以从以下两个方面作判断：1、加入涂料中的纳米粒子是否能以特定的状态存在；2、涂料成膜后的性质是否得到根本性的提高和改变。
单独在涂料中加入市售的纳米粒子是无需创造性的，因为有关纳米粒子可以用于涂料这一信息已是公知技术。可用于涂料中的纳米粒子包括ZnO、SiO2、TiO2、CaCO3以及金刚石粉等多种，而中国期刊文献《纳米粒子及其改性涂料》(精细与专用化学品，2000年第2期，p13-14、6)就讲述了有关纳米粒子在涂料方面的应用及一般原理。其中，改性后的涂料有抗菌防污涂料、随角异色效应涂料、紫外线防护涂料、吸波隐身涂料等等。
中国发明专利CN1061670C就公开了一种含纳米金属粉的底漆和罩光清漆配方。然而此专利目的主要在于提高涂料的力学和耐老化性能。并且从此专利中，我们无法了解其配方中所加入的纳米金属粉的种类、粒径范围及形态，也无法了解其加入涂料中以怎样的状态和方式使性能得到大幅度提高。同时，在实施例中，由于无法了解其中纳米金属粉是何种金属或其来源、制备方法，因而难于实施。
发明CN1216775A也公开了一种能量活性内墙涂料及其制备方法，其本质的特征在于采用纳米级硅粉和亚纳米级长石粉加入涂料之中，使涂料有吸附、净化空气和散射能量波的功效。然而，由于纳米级硅粉不具备催化降解有机物的能力，因此吸附、净化空气的能力会因为饱和而失效。另外涂料限定为双组分的PVA涂料，涂料性能和施工均受很大限制。
由于纳米材料价格昂贵、特性复杂，因此当其应用于涂料性能提高时，需要从对材料的组分、界面结构和存在状态的合理设计来保障纳米材料的特性得到充分和正确的体现。对于利用纳米材料的吸附和光催化特性来净化气体和液体时，这一点尤为重要。从微观角度看，纳米材料的吸附和光催化特性基本上在纳米材料的表面体现，因此在涂料中如成膜物质紧密包裹在纳米材料表面，则会对其吸附和光催化特性产生很大的不利影响。宏观来看，则有立体催化与表面催化的问题，涂料成膜后，由于成膜物质的作用，存在于膜内的纳米粒子由于被致密的成膜物质所阻挡，而使涂料外的物质无法渗透进去，导致催化不足的现象，即只有涂层表面很少的一部分纳米材料起到了吸附和催化的作用。另外，纳米材料在涂料中易出现的团聚问题也会削弱其特性发挥。总之，对材料的组分、界面结构和存在状态缺乏合理设计导致固化后的涂料性能只有很小提高，并不能展现出真正的纳米特性。现有已公开的资料和技术对此尚无确切的解决方案。
发明内容
为了克服上述技术的缺点，本发明提供了一种新的纳米涂料组合物，可以在涂层中形成微孔通道，防止纳米粒子团聚，充分发挥纳米材料的吸附、催化和杀菌的功效。
本发明是通过以下技术方案来实现的。其组合物包含以下组分：
(1)纳米粒子，含量为0.1-60％，优选为名0.2-30％，再优选为0.5-6％。其中所述的纳米粒子，为金属纳米粉体、化合物纳米粉体中任意一种或它们的组合；优选为氧化锌、氧化钛、银或铜的任意一种或它们的组合。其粒径范围在0.5-300nm之间。优选为1-100nm之间。
(2)多孔隙材料，含量为1-60％，所述的多孔隙材料，可以是活性碳、多孔硅酸盐等任何一种或它们的组合，其中，优选多孔硅酸盐任意一种或它们的组合，再优选沸石、硅藻土中的任意一种或它们的组合，再优选为沸石；含量优选为10-30％。
(3)成膜物质，含量为5-98.9％，其中所述的成膜物质，可以是有机树脂或无机胶体的任何一种或它们的组合，优选为硅丙乳、有机硅乳或硅溶胶的任意一种或其组合，含量优选为20-40％。
从以上可以看出，本组合物的主要组分含量为(1)纳米粒子，含量为0.1-60％(占整个涂料组合物的重量比)；(2)多孔隙材料，含量为1-60％；(3)成膜物质，含量为5-98.9％。
更好的用量为(1)纳米粒子，含量为0.2-30％(占整个涂料组合物的重量比)；(2)多孔隙材料，含量为10-30％；(3)成膜物质，含量为20-40％。余量为常用助剂。
最佳的主要组分含量为(1)纳米粒子为纳米氧化锌、氧化钛、银或铜任意一种或它们的组合，平均粒径范围为1-100nm之间，含量为0.5-6％(占整个涂料组合物的重量比)；(2)多孔隙材料为沸石、硅藻土的任意一种或它们的组合，含量为10-30％；(3)成膜物质为硅丙乳液、有机硅乳液或硅溶胶的任意一种或其组合，含量为20-40％。余量为常用助剂。
本组合物通过多孔隙材料与纳米粒子的组合，使纳米粒子可以容易被多孔物质吸附而不易相互吸附成团。多孔物质的存在，可在涂层内形成有效的微孔通道，使涂膜内部的纳米粒子也可发挥吸附和催化的作用，同时也有利于抗菌物质的有序释放，从而使涂层具有长效吸附降解有害物质和长效抗菌的功效。
具体实施方式
下面通过实施对本发明作进一步的说明。
实施例1：取纳米氧化钛9克，纳米银粉1克，500目4A沸石30克，丙烯酸树脂乳液40克，丙二醇5克，基纤维素2克和水13克，通过强烈的机械搅拌混合均匀，可形成稳定的涂料；涂料成膜后具有较多微孔通道，有长效吸附、催化降解有机有害气体和杀菌性能。
实施例2：取纳米氧化锌12克，纳米镍粉0.5克，纳米铜粉0.5克，450目硅藻土24克，乙二醇单丁醚1.5克，水24克，非离子型分散剂1克，消泡剂0.5克，用球磨机研磨3小时，再加入有机硅树脂乳液35克，通过强烈的机械搅拌混合均匀，可形成稳定的涂料；涂料成膜后具有长效吸附、催化降解有机有害气体、防沾污和杀菌抑藻性能。
实施例3：取纳米铝掺杂氧化锌5克，水13克，分散剂1克，用超声波仪分散20分钟，加入800目酸处理多孔硅灰石30克，弹性苯乙烯8克，用砂磨机研磨成浆，加入硅溶胶43克，机械搅拌混合均匀，可形成稳定的涂料；涂料有机排放少，成膜后具有大量微孔通道，有长效吸附、催化降解有机有害气体和高效杀菌性能。
实施例4：通过气相沉积的方式将纳米氧化锌和氧化银均以5％的比例复合到活性炭中，取该复合粉末32克、可溶性氟树脂38克，置于振动磨中充分研磨，加入有机溶剂二甲基甲酰胺28份，阴离子分散剂2份，通过强烈的机械搅拌混合均匀，可形成稳定的涂料；涂料成膜后力学性能好，有长效吸附、催化降解有机有害气体和杀菌性能，可用于水处理和空气净化。
尽管本发明已作了详细的说明并引证了一些具体实例，但对于本领域技术熟练人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。
Claims (6)
1.一种微孔型纳米复合涂料组合物，其特征在于含有如下组分：
(1)纳米粒子，含量为整个涂料组合物重量比的0.1-60％，其中所述的纳米粒子，为氧化锌、氧化钛、银或铜任意一种或它们的组合，其平均粒径范围在0.5-300nm之间；
(2)多孔隙材料，含量为整个涂料组合物重量比的1-60％，所述的多孔隙材料，是活性碳、多孔硅酸盐的任何一种或它们的组合；
(3)成膜物质，含量为整个涂料组合物重量比的5-98.9％，其中所述的成膜物质，是有机树脂、无机胶体的任何一种或它们的组合。
2.根据权利要求1所述的涂料组合物，其中所述的纳米粒子，平均粒径范围为1-100nm之间。
3.根据权利要求1所述的涂料组合物，其中所述的多孔硅酸盐中为沸石、硅藻土的任意一种或它们的组合。
4、根据权利要求1中所述的涂料组合物，其中(3)中所述的成膜物质为硅丙乳液、有机硅乳液或硅溶胶的任意一种或其组合。
5.根据权利要求1-4任一项所述的涂料组合物，其中所述的纳米粒子含量为0.2-30％，多孔隙材料含量为10-30％，成膜物质含量为20-40％，余量为常用助剂。
6、根据权利要求1-4任一项所述的涂料组合物，其中所述的纳米粒子含量为0.5-6％，多孔隙材料含量为10-30％，成膜物质含量为20-40％，余量为常用助剂。
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