CN1613930A - 低成本水性环保功能涂料 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种低成本的水性环保功能涂料。涉及用于建筑物内、外表面的涂料。涂料中含有如下组分：①光催化剂：晶粒尺寸为100～400nm的锐钛矿型氧化钛粉体，含量为0.1－46％；②水性粘结剂：水溶性的纯丙乳液(丙烯酸酯乳液)、苯丙乳液、硅丙乳液以及它们之间的复合物，总含量为10－75％。它是由于锐钛矿型氧化钛粉体在合适的紫外线的照射下引起光催化作用，使涂料表面以及与其接触的空气或液体中的各种有机物质分解为二氧化碳和水，从而得到良好的抗霉、灭菌、净化空气及自洁的效果；此外，其安全性、即效性、长效性好。更重要的是，由于采用了廉价的锐钛矿型氧化钛粉体作为光催化剂，在保证具有环保功能效果的基础上，大大降低了涂料的成本，提高了性价比。
Description
技术领域：
本发明涉及用于建筑物内、外表面的涂料。
背景技术：
目前，用于建筑物内、外表面的涂料都容易被各种污渍(如：油、烟、果、蔬等)沾染，且污染后难以清除、甚至产生霉斑，既不美观，又会造成有害菌的繁殖。虽然有些涂料中添加了防霉剂、杀菌剂，但由于防霉剂、杀菌剂往往本身带有毒性，使其用量受到限制，而且防霉剂、杀菌剂往往只能杀死有害菌，却不能清除有害菌残留的毒素。另外，当今人们工作生活的室内外环境中的空气污染也日趋严重，由交通工具及工业生产过程排放的氮氧化物(NOx)、一氧化碳(CO)、二氧化硫(SO2)等造成的室外大气污染，家具和装修材料释放出的有毒气体(如：甲醛)、抽烟产生的废气等造成的室内空气污染，都对人们的身体健康产生严重的侵害。
在此之前，已有申请号为02112793.x的“具有自洁、抗霉、灭菌及净化空气作用的水性功能涂料”，可以利用光催化作用对上述污染进行分解，但是因其中的关键原材料纳米锐钛矿型氧化钛的价格高，造成涂料的成本高。
发明内容：
本发明的目的是提供一种低成本的具有抗霉、灭菌、净化空气及自洁功能的水性环保功能涂料。
本发明的解决方案如下：
涂料中含有如下组分：①光催化剂：晶粒尺寸为100～400nm的锐钛矿型氧化钛粉体，含量为0.1-46％；②水性粘结剂：纯丙乳液、苯丙乳液、硅丙乳液以及它们之间的复合物，总含量为10-75％；所述含量为占涂料总量的重量百分比。
也就是说，本发明是将原材料中的光催化剂由纳米尺寸的锐钛矿型氧化钛改为价格低廉的普通尺寸锐钛矿型氧化钛粉体，从而降低涂料的成本。
本发明是基于以下发现而提出的：在研究氧化钛粉体的光催化性能随晶粒大小变化的规律中发现，不仅是晶粒尺寸小于100nm的纳米锐钛矿型氧化钛具有光催化反应，普通的晶粒尺寸为100～400nm的锐钛矿型氧化钛粉体亦具有光催化反应。该锐钛矿型氧化钛粉体由于吸收紫外光后，表面也会激发出较强的活化基团——电子空穴对，使空气中的氧还原和水氧化，在氧化钛表面生成高能量的O2 -1和OH活性基团，其能量足以使涂料表面所沾染的各种有机污渍以及霉菌、细菌等微生物分解为二氧化碳和水。可以对接触到涂料表面的空气中的各种有机物质以及氮氧化物(NOX)、一氧化碳(CO)、二氧化硫(SO2)、家具和装修材料释放出的有毒气体、抽烟产生的废气等起到光催化反应作用，进而对空气进行去污、消毒，达到净化空气的效果。还能够降解涂层上面沾染的各种有机污物，如含油的污垢和灰尘、油墨、有机颜料、果汁等中的有机物等，经过天然的风吹雨淋或人工用水冲刷或擦洗，即可达到清洁效果。因此，利用这样的光催化反应就可以在涂料表面产生一定的灭菌、抗霉、净化空气、自洁的效果。所述紫外线的有效区域为波长λ＜380nm，太阳、日光灯、高压汞灯、紫外灯等均能发出此区域的紫外线。故使用锐钛矿型氧化钛作光催化剂时，只要室内外有阳光或日光灯、高压汞灯等就可有光催化效果，起到“灭菌剂”的作用。对于某些特殊的场所(如医院、地下室、仓库、隧道、涵洞等)可使用紫外灯作为光源，从而得到良好的抗霉、灭菌、净化环境空气和自洁的效果。
光催化剂采用锐钛矿型氧化钛粉体(可采用常规的硫酸法或氯化法自行制备或在市场上购买锐钛矿型钛白粉成品)，含量为0.1-46％(占涂料总量的重量百分比，以下同)；
水性粘结剂采用水溶性的丙烯酸酯系列乳液，包括：纯丙乳液(丙烯酸酯乳液)、苯丙乳液、硅丙乳液(有机硅改性的丙烯酸乳液)等以及它们之间的复合物，即其中的一种或多种混合，作为粘结剂和成膜剂，总含量为10-75％。
除了上述关键的组成物外，颜填料也是涂料中的基本组成物，可采用普通金红石型钛白粉、立德粉、高岭土、氧化锌、碳酸钙、滑石粉、蒙脱石、云母粉、硅灰石、硅藻土等，其中的一种或多种混合，其用量根据光催化剂的用量而作适当调整。所形成的涂料本身为白色，根据市场的需求或用户的要求还可加入适量的有色色浆以调配成所需的颜色，如：氧化铁、酞箐、群青等的水性色浆。色浆的类型和用量视所需的涂料颜色而定。可以做成有色的成品出售，也可用白色的成品和有色色浆现场配制。
在以上配料的基础上，还要添加各种助剂(但并不仅限于以下所述)，以提高涂料的其它性能。助剂可采用通用的防冻剂、润湿剂、分散剂、消泡剂、防腐剂、pH值调节剂、成膜助剂、增稠剂、流平剂等。例如：分散剂的作用是使光催化剂和颜填料有效分散；流平剂可改善涂料的流平性能和均涂性能，消除涂膜的缩孔和“鱼眼”；消泡剂的作用是消除涂料生产、施工、使用过程中所产生的泡沫，以保证涂膜的质量；增稠剂可调整浆料的粘稠度，在涂料的生产、贮存、施工过程中起到增稠、稳定的作用及改善涂料的流变性能；防腐剂的作用是防止涂料贮存、运输过程中的腐化变质；防冻剂可提高涂料的冻融稳定性；pH值调节剂可调节涂料的pH值，以增加涂料体系的稳定性；成膜助剂可使涂料能在较宽的温度范围内成膜、即降低涂料的最低成膜温度。
本发明的制备过程举例如下(但并不仅限于以下所述)：
首先准备好所需的各种原料(均可直接在市场上购得或按常规的方法自制)。光催化剂为晶粒尺寸100～400nm的锐钛矿型氧化钛粉体；水性粘结剂为相应的乳液；颜填料的粒度为800-1250目；各种助剂则根据性能需要进行选用。
将准备好的各种原料在通用的高速分散机上按常规的方法进行分散、混合。操作过程一般为：先将适量的水加入高速分散机的调料桶中，然后在低速(150～500转/分)下依次加入防冻剂、杀菌剂、防霉剂、润湿剂、分散剂、消泡剂等助剂；混合均匀后，再将光催化剂、颜填料慢慢加入分散机叶轮搅起的漩涡中。加入颜填料后不久，调料桶中的浆料渐渐变厚，此时调节叶轮与调漆桶底的距离，使漩涡成浅盆状；加完光催化剂和颜填料后，提高叶轮转速(800～1200转/分)开始进行高速分散。为防止温度上升过多，应停车冷却。随时测定刮片细度，当细度合格时，分散工序完成；此后，在低速下逐渐加入适量的水性粘结剂、消泡剂、成膜助剂、pH值调节剂、流平剂等助剂，用水和/或增稠剂溶液调整粘度(助剂的加入品种和顺序可根据产品的具体配方及工艺进行适当调整，还可加入适量的有色色浆进行调色)，过筛出料，静置，待气泡消失后罐装密封即可。
这种以锐钛矿型氧化钛粉体作为光催化剂的水性功能乳胶涂料可用于各种混凝土质、金属质或木质等建筑物的内、外表面(如：房屋内外墙、围墙、隧道、管道等)，亦可用于家具、办公用具、交通工具等，应用范围广泛。它不仅具有抗霉、灭菌、净化空气及自洁的作用，同时还具有安全性、即效性、长效性好的特点；并且，由于采用了廉价的锐钛矿型氧化钛粉体作为光催化剂，在保证具有环保功能效果的基础上，大大降低了涂料的成本，提高了性价比。
具体实施方式：
实施例1，内墙涂料
1)组成：
光催化剂：锐钛矿型氧化钛粉体540g(采用硫酸法自制，晶粒尺寸为160～280nm)；
水性粘结剂：纯丙乳液525g(美国罗门哈斯公司的PRIMALAC-261)；
颜填料：轻质碳酸钙45g，滑石粉30g(均为市场常见产品，粒度为1250目)；
助剂：分散剂15g(深圳海川公司【简称海川】的SN-5040)，消泡剂4.5g(海川Nopco-8034)，增稠剂7.5g(海川Modicol VD)，杀菌剂(罗门哈斯Kathon LXE)1.5g，防腐剂3g(海川Nopcocide SN-215)，润湿剂7.5g(海川Hyonic PE-100)，流平剂30g(罗门哈斯Acrysol RM-2020NPR)，成膜助剂22.5g(Texanol)、防冻剂7.5g(市售丙二醇)，pH值调节剂0.45g(陶氏公司【简称陶氏】的AMP-95)；水：247.5g。
2)制备过程：
先将五分之四的水加入高速分散机的调料桶中，在低速(200～300转/分)下依次加入防冻剂、防腐剂、润湿剂、分散剂、消泡剂的三分之二混合均匀，然后将光催化剂、轻质碳酸钙、滑石粉慢慢加入调料桶中，此时调料桶中的浆料渐渐变厚，调节叶轮与调料桶底的距离，使叶轮搅起的漩涡成浅盆状；加完光催化剂和颜填料后，应提高叶轮转速(1000～1200转/分)继续进行分散，直至分散工序完成；然后，在低速下逐渐加入纯丙乳液、消泡剂的三分之一、pH值调节剂(使pH值为8～10)、成膜助剂、流平剂，最后用五分之一的水和增稠剂溶液调整粘度。搅拌均匀后，过筛出料，待气泡消失后罐装密封即得成品。
实施例2，内墙涂料
1)组成：
光催化剂：锐钛矿型氧化钛粉体447g(采用硫酸法自制，晶粒尺寸为140～250nm)；
水性粘结剂：纯丙乳液(罗门哈斯，PRIMAL AC-261)130g，硅丙乳液(常州涂料化工研究院生产SA-1502)120g；
颜填料：滑石粉3g，沉淀硫酸钡2g(均为市场常见产品，粒度为1250目)；
助剂：分散剂16g(海川SN-5040)，消泡剂3g(海川Nopco-8034)，增稠剂3g(联碳QP-15000H)，杀菌剂(罗门哈斯Kathon LXE)1g，防腐剂2g(海川NopcocideSN-215)，润湿剂3g(海川Hyonic PE-100)，流平剂10g(罗门哈斯AcrysolRM-2020NPR)，成膜助剂15g(罗门哈斯Texanol)、防冻剂5g(市售丙二醇)，pH值调节剂0.3g(陶氏AMP-95)；
水：213g。
2)制备过程：
先将十分之九的水加入高速分散机的调料桶中，在低速(300～500转/分)下依次加入防冻剂、防腐剂、润湿剂、分散剂、消泡剂的三分之二混合均匀，然后将光催化剂、滑石粉、沉淀硫酸钡慢慢加入调料桶中，此时调料桶中的浆料渐渐变厚，调节叶轮与调料桶底的距离，使叶轮搅起的漩涡成浅盆状；加完光催化剂和颜填料后，提高叶轮转速(1000～1200转/分)开始进行高速分散，直至刮板细度合格，分散工序完成；然后，在低速下逐渐加入纯丙乳液、硅丙乳液、消泡剂的三分之一、pH值调节剂(使pH值为8～10)、成膜助剂、流平剂，最后用十分之一的水和增稠剂溶液调整粘度。搅拌均匀后，浆料再经三辊机再次研磨分散调和，过筛出料，罐装密封即得成品。
实施例3，内墙涂料
1)组成：
光催化剂：锐钛矿型氧化钛粉体192g(采用硫酸法自制，晶粒尺寸为110～230nm)；
水性粘结剂：苯丙乳液(罗门哈斯PRIMAL PR-1058M)320g；
颜填料：滑石粉204g，轻钙232g，重钙232g，高岭土206g(均为市场常见产品，粒度为1250目)；
助剂：分散剂30g(罗门哈斯Orotan 731A)，消泡剂6g(海川Nopco-8034)，增稠剂4g(罗门哈斯Acrysol RM-8W)，防腐剂4g(海川Nopcocide SN-215)，杀菌剂(罗门哈斯Kathon LXE)2g，润湿剂18g(罗门哈斯Triton X-405)，流平剂24g(罗门哈斯Acrysol RM-2020 NPR)，成膜助剂48g(罗门哈斯Texanol)、防冻剂75.2g(市售丙二醇)，pH值调节剂1.6g(陶氏AMP-95)；
水：700g。
2)制备过程：
先将三分之一的水加入高速分散机的调料桶中，在低速(200～300转/分)下依次加入防冻剂、防腐剂、润湿剂、分散剂、消泡剂的三分之二混合均匀，然后将光催化剂、滑石粉、轻钙、重钙、高岭土慢慢加入调料桶中，此时调料桶中的浆料渐渐变厚，调节叶轮与调料桶底的距离，使叶轮搅起的漩涡成浅盆状；加完光催化剂和颜填料后，提高叶轮转速(1000～1200转/分)开始进行高速分散，直至刮板细度合格，分散工序完成；然后，在低速下逐渐加入三分之一的水、苯丙乳液、消泡剂的三分之一、pH值调节剂(使pH值为8～10)、成膜助剂、流平剂，最后用三分之一的水和增稠剂溶液调整粘度。搅拌均匀后，过筛出料，待气泡消失后，罐装密封即得成品。
实施例4，外墙涂料
1)组成：
光催化剂：锐钛矿型氧化钛粉体20g(采用硫酸法自制，晶粒尺寸为105～200nm)；
水性粘结剂：纯丙乳液(罗门哈斯PRIAMLAC-261)1500g；
颜填料：金红石钛白粉160g，高岭土60g，滑石粉60g；
助剂：分散剂12.6g(罗门哈斯Orotan 731A)，消泡剂5g(海川Nopco-8034)，增稠剂6g(联碳QP-15000H)，杀菌剂(罗门哈斯Kathon LXE)1g，防腐剂2g(海川Nopcocide SN-215)，润湿剂6g(罗门哈斯TritonX-405)，流平剂20g(罗门哈斯Acrysol RM-2020 NPR)，成膜助剂50g(罗门哈斯Texanol)、防冻剂10g(市售丙二醇)，pH值调节剂0.8g(陶氏AMP-95)；
水：86g。
2)制备过程：
先将全部水加入高速分散机的调料桶中，在低速(200～300转/分)下依次加入防冻剂、防腐剂、润湿剂、分散剂、消泡剂的三分之二混合均匀，然后将光催化剂、金红石钛白粉、高岭土、滑石粉慢慢加入调料桶中，此时调料桶中的浆料渐渐变厚，调节叶轮与调料桶底的距离，使叶轮搅起的漩涡成浅盆状；加完光催化剂和颜填料后，应提高叶轮转速(1000～1200转/分)继续进行分散，直至分散工序完成；然后，在低速下逐渐加入纯丙乳液、消泡剂的三分之一、pH值调节剂(使pH值为8～10)、成膜助剂、流平剂，最后慢慢加入增稠剂调整粘度。搅拌均匀后，浆料再经三辊机再次研磨分散调和，过筛出料，罐装密封即得成品。
实施例5，外墙涂料
1)组成：
光催化剂：锐钛矿型氧化钛粉体298g(采用硫酸法自制，晶粒尺寸为200～400nm)；
水性粘结剂：硅丙乳液(常州涂料化工研究院生产SA-1502)620g；
颜填料：滑石粉80g，轻钙24g，高岭土80g(均为市场常见产品，粒度为1250目)；
助剂：分散剂16.5g(罗门哈斯Orotan 731A)，消泡剂3.5g(海川Nopco-8034)，增稠剂5.3g(罗门哈斯Acrysol RM-8W)，防腐剂1.7g(海川Nopcocide SN-215)，杀菌剂(罗门哈斯Kathon LXE)0.8g，润湿剂8g(罗门哈斯Triton X-405)，流平剂12.6g(罗门哈斯Acrysol RM-2020 NPR)，成膜助剂30.8g(罗门哈斯Texanol)、防冻剂75.2g(市售丙二醇)，pH值调节剂0.85g(陶氏AMP-95)；
水：160g。
2)制备过程：
先将四分之三的水加入高速分散机的调料桶中，在低速(200～300转/分)下依次加入防冻剂、防腐剂、润湿剂、分散剂、消泡剂的三分之二混合均匀，然后将光催化剂、滑石粉、轻钙、高岭土慢慢加入调料桶中，此时调料桶中的浆料渐渐变厚，调节叶轮与调料桶底的距离，使叶轮搅起的漩涡成浅盆状；加完光催化剂和颜填料后，提高叶轮转速(1000～1200转/分)开始进行高速分散，直至刮板细度合格，分散工序完成；然后，在低速下逐渐加入硅丙乳液、消泡剂的三分之一、pH值调节剂(使pH值为8～9)、成膜助剂、流平剂，最后用四分之一的水和增稠剂溶液调整粘度。搅拌均匀后，待气泡消失后过筛出料，罐装密封即得成品。
实施例6，外墙涂料
1)组成：
光催化剂：锐钛矿型氧化钛粉体115g(采用硫酸法自制，晶粒尺寸为120～250nm)；
水性粘结剂：纯丙乳液(罗门哈斯PRIAMLAC-261)300g，硅丙乳液(常州涂料化工研究院生产SA-1502)600g；
颜填料：滑石粉140g，沉淀硫酸钡208g(均为市场常见产品，粒度为1250目)；
助剂：分散剂15.4g(罗门哈斯Orotan 731A)，消泡剂2.7g(海川Nopco-8034)，增稠剂10g(罗门哈斯Acrysol RM-8W)，防腐剂2g(海川Nopcocide SN-215)，杀菌剂(罗门哈斯Kathon LXE)1g，润湿剂8g(罗门哈斯Triton X-405)，流平剂15g(罗门哈斯Acrysol RM-2020NPR)，成膜助剂36g(罗门哈斯Texanol)、防冻剂28g(市售丙二醇)，pH值调节剂0.8g(陶氏AMP-95)；
水：288g。
2)制备过程：
先将三分之一的水加入高速分散机的调料桶中，在低速(200～300转/分)下依次加入防冻剂、防腐剂、润湿剂、分散剂、消泡剂的三分之二混合均匀，然后将光催化剂、滑石粉、沉淀硫酸钡慢慢加入调料桶中，此时调料桶中的浆料渐渐变厚，调节叶轮与调料桶底的距离，使叶轮搅起的漩涡成浅盆状；加完光催化剂和颜填料后，提高叶轮转速(1000～1200转/分)开始进行高速分散，直至刮板细度合格，分散工序完成；然后，在低速下逐渐加入三分之一的水、纯丙乳液、硅丙乳液、消泡剂的三分之一、pH值调节剂(使pH值为8～10)、成膜助剂、流平剂，最后用三分之一的水和增稠剂溶液调整粘度。搅拌均匀后，过筛出料，待气泡消失后，罐装密封即得成品。
实施例7，外墙涂料
1)组成：
光催化剂：锐钛矿型氧化钛粉体300g(采用硫酸法自制，晶粒尺寸为150～350nm)；
水性粘结剂：硅丙乳液(常州涂料化工研究院生产SA-1502)1300g；
颜填料：金红石钛白粉60g，沉淀硫酸钡40g，高岭土40g(均为市场常见产品，粒度为1250目)；
助剂：分散剂16g(罗门哈斯Orotan 731A)，消泡剂4.2g(海川Nopco-8034)，增稠剂8g(罗门哈斯Acrysol RM-8W)，防腐剂2g(海川Nopcocide SN-215)，杀菌剂(罗门哈斯Kathon LXE)1g，润湿剂10g(罗门哈斯Triton X-405)，流平剂16g(罗门哈斯Acrysol RM-2020 NPR)，成膜助剂48g(罗门哈斯Texanol)、防冻剂60g(市售丙二醇)，pH值调节剂1.2g(陶氏AMP-95)；
水：200g。
2)制备过程：
先将五分之四的水加入高速分散机的调料桶中，在低速(200～300转/分)下依次加入防冻剂、防腐剂、润湿剂、分散剂、消泡剂的三分之二混合均匀，然后将光催化剂、金红石钛白粉、沉淀硫酸钡、高岭土慢慢加入调料桶中，此时调料桶中的浆料渐渐变厚，调节叶轮与调料桶底的距离，使叶轮搅起的漩涡成浅盆状；加完光催化剂和颜填料后，提高叶轮转速(1000～1200转/分)开始进行高速分散，直至刮板细度合格，分散工序完成；然后，在低速下逐渐加入硅丙乳液、消泡剂的三分之一、pH值调节剂(使pH值为8～10)、成膜助剂、流平剂，最后用五分之一的水和增稠剂溶液调整粘度。搅拌均匀后，过筛出料，待气泡消失后，罐装密封即得成品。
Claims (1)
1、一种低成本水性环保功能涂料，其特征在于涂料中含有如下组分：①光催化剂：晶粒尺寸为100nm～400nm的锐钛矿型氧化钛粉体，含量为0.1-46％；②水性粘结剂：水溶性的纯丙乳液、苯丙乳液、硅丙乳液以及它们之间的复合物，总含量为10-75％；所述含量为占涂料总量的重量百分比。
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| CN 200310106211 CN1613930A (zh) | 2003-11-03 | 2003-11-03 | 低成本水性环保功能涂料 |
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