CN103992733A - 一种具有消毒抗菌、除voc净化功能的水性木器漆 - Google Patents

一种具有消毒抗菌、除voc净化功能的水性木器漆 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种具有消毒抗菌、除VOC净化功能的水性木器漆及其制备方法，原料组分及质量份数为：氮掺杂纳米二氧化钛：1-7份、漆主剂：55-90份、去离子水：10-30份、分散剂：0.1-0.5份、增稠剂：0.3-2份、消泡剂：0.1-1份、流平剂：0.1-0.5份、成膜助剂：0.1-10份。本发明的氮掺杂纳米二氧化钛，解决了二氧化钛只能在紫外光照射下才具备光催化活性的缺点，在只有可见光的室内也能分解硫氧化物、氮氧化物以及醛、苯等挥发性有机物；同时，纳米级的二氧化钛颗粒可均匀分布在漆中，对漆膜的各项性能及美观度影响小；此外，制备二氧化钛的原料廉价易得，制备方法简单易行，无除杂处理，大大降低生产成本，易于产业化。

Description

一种具有消毒抗菌、除VOC净化功能的水性木器漆
技术领域
本发明属于化工涂料技术领域，具体涉及一种具有消毒抗菌、除VOC净化功能的水性木器漆及其制备方法。
背景技术
VOC（Volatile Organic Compounds）即是挥发性有机化合物。常见的有害VOC有甲醛、苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、三氯乙烯、三氯甲烷、三氯乙烷、二异氰酸酯、二异氰甲苯酯等。室内的有害VOC主要来源有墙纸、涂料、地板或各类胶合板、粘结剂等装修材料。
当有害VOC浓度过高时，会使人感觉头痛、恶心、乏力，严重时会出现呕吐、抽搐、昏迷等症状。在环境相对封闭、空气流通较差的室内，长期吸入有害VOC会伤害到人的肝脏、肾脏、大脑和神经***，甚至引发白血病和癌症。
所以，一种优质的环保型涂料，仅仅自身不含有害VOC是不够的，最好具有长效消毒抗菌、除VOC、净化空气等功能。
二氧化钛是一种n型半导体催化剂，在光照条件下，能吸收带隙能量以下的光能，产生电子与空穴。这些电子与空穴氧化还原氧气和水蒸汽，生成具有极强氧化性的(·O)和(·OH)，这种极强的氧化性几乎能破坏所有的共价键，从而可以氧化分解各种有机化合物和部分无机化合物，起到分解空气中有害VOC的作用。同时，这种强氧化性还能分解病毒的蛋白质结构、破坏细菌的细胞膜，起到消毒杀菌的作用。
但是，单纯的二氧化钛禁带能隙为3.2eV，只有在紫外光照射下才显示光催化活性，在几乎没有紫外光的室内，催化作用不明显，所以需要对二氧化钛细化、掺杂，使其在可见光下依旧具有优异的催化性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有消毒抗菌、除VOC净化功能的水性木器漆及其制备方法，对二氧化钛进行氮掺杂并纳米化，降低其禁带能隙，大大提高了二氧化钛对可见光的利用率，使漆膜在可见光照射下就能消毒杀菌、净化空气。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种具有消毒抗菌、除VOC净化功能的水性木器漆的原料组分及质量份数为：
氮掺杂纳米二氧化钛：1-7份
漆主剂：55-90份
去离子水：10-30 份
分散剂：0.1-0.5 份
增稠剂：0.3-2 份
消泡剂：0.1-1 份
流平剂：0.1-0.5 份
成膜助剂：0.1-10 份。
所述的氮掺杂纳米二氧化钛制备方法为：在氮化钛中加入无机酸，使H+含量为5 mol/L，搅拌均匀后在高温高压下反应，产物用去离子水洗至中性，干燥即得产品；根据无机酸种类、反应时间、温度的不同制得金红石型二氧化钛、锐钛矿型二氧化钛、金红石和锐钛矿混晶型二氧化钛中的一种，粒径为10-30nm。
所述的漆主剂为水性聚氨酯分散体、丙烯酸乳液、水性聚氨酯与丙烯酸混合的双组份乳液中的一种。
所述的分散剂为聚丙烯酸胺盐类分散剂中的一种或多种。
所述的增稠剂为聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯乳液中的一种或多种。
所述的消泡剂为有机聚硅氧烷类消泡剂中的一种或多种。
所述的流平剂为丙烯酸酯类流平剂中的一种或多种。
所述的成膜助剂为醇酯类成膜助剂、醇醚类成膜助剂中的一种或多种。
将氮掺杂纳米二氧化钛、分散剂、增稠剂、流平剂、成膜助剂依次加入去离子水中，高速搅拌，使其分散成浆体；在低速搅拌的状态下，在浆体中缓慢加入漆主剂和消泡剂，搅拌均匀后，即得水性木器漆。
本发明的显著优点在于：
（1）原料常见易得，且对纯度要求不高，制备工艺简单，因此生产成本低廉。
（2）反应时，可人为调控无机酸的种类、反应时间及反应温度，使生成的二氧化钛为金红石型、锐钛矿型或金红石和锐钛矿混晶型。
（3）反应物氮化钛中钛元素氧化为二氧化钛、氮元素作为掺杂物修饰在二氧化钛上，反应几乎不会带进杂质，而过量加入的无机酸可以通过水洗、干燥去除。因此，在大规模生产中，不用特别进行除杂处理，降低生产成本。
（4）所得氮掺杂二氧化钛的粒径为10-30nm，可均匀分布在涂料中，对漆膜的各项力学性能及美观度几乎没有影响。
具体实施方式
下面以具体实施例来对本发明做进一步说明，但本发明的保护范围不限于此。
本发明中的漆主剂为水性聚氨酯分散体或丙烯酸乳液或水性聚氨酯与丙烯酸混合的双组份乳液，本身并不含有害VOC，绿色环保。
本发明中的纳米二氧化钛为自行制备，其制备方法为：
在氮化钛中加入略过量的无机酸，无机酸的H+含量为5 mol/L，搅拌均匀后在高温高压下反应一段时间后，将产物用去离子水洗成中性，干燥即得。
将所制得的氮掺杂纳米二氧化钛样品进行如下测定：
（1）晶型表征方法：X射线衍射。
（2）可见光光催化效率表征方法：将氮掺杂纳米二氧化钛加入甲基橙溶液中，在仅有可见光照射的环境下搅拌反应。定时抽取悬浊液，离心后取上层清液测其吸光度，计算出甲基橙的降解率，以此表征氮掺杂纳米二氧化钛的可见光光催化效率。
由于金红石型二氧化钛、锐钛矿型二氧化钛以及混晶型二氧化钛在各项性能上各有优劣，在实际生产中，可根据需求人为控制所得二氧化钛的晶型。
实施例1
将氮掺杂纳米二氧化钛1g、聚丙烯酸胺分散剂0.3g、聚丙烯酰胺增稠剂0.1g、丙烯酸酯流平剂0.2g、二乙二醇丁醚成膜助剂7g、去离子水20g加入分散机中，以2000转/分的高速进行分散，制成浆体。
将以上浆体加入速度为300转/分的搅拌机中，缓慢加入聚氨酯与丙烯酸混合的双组份乳液80g，再加入有机聚硅氧烷消泡剂0.5g，搅拌40分钟。
实施例2
将氮掺杂纳米二氧化钛3g、聚丙烯酸胺分散剂0.3g、聚丙烯酰胺增稠剂0.1g、丙烯酸酯流平剂0.2g、二乙二醇丁醚成膜助剂7g、去离子水20g加入分散机中，以2000转/分的高速进行分散，制成浆体。
将以上浆体加入速度为300转/分的搅拌机中，缓慢加入聚氨酯与丙烯酸混合的双组份乳液80g，再加入有机聚硅氧烷消泡剂0.5g，搅拌40分钟。
实施例3
将氮掺杂纳米二氧化钛5g、聚丙烯酸胺分散剂0.3g、聚丙烯酰胺增稠剂0.1g、丙烯酸酯流平剂0.2g、二乙二醇丁醚成膜助剂7g、去离子水20g加入分散机中，以2000转/分的高速进行分散，制成浆体。
将以上浆体加入速度为300转/分的搅拌机中，缓慢加入聚氨酯与丙烯酸混合的双组份乳液80g，再加入有机聚硅氧烷消泡剂0.5g，搅拌40分钟。
实施例4
将氮掺杂纳米二氧化钛7g、聚丙烯酸胺分散剂0.3g、聚丙烯酰胺增稠剂0.1g、丙烯酸酯流平剂0.2g、二乙二醇丁醚成膜助剂7g、去离子水20g加入分散机中，以2000转/分的高速进行分散，制成浆体。
将以上浆体加入速度为300转/分的搅拌机中，缓慢加入聚氨酯与丙烯酸混合的双组份乳液80g，再加入有机聚硅氧烷消泡剂0.5g，搅拌40分钟。
性能测试
1. 漆膜硬度
    根据GB/T 6739-2006《色漆和清漆 铅笔法测定漆膜硬度》测定。测试仪器为天津永利达材料试验机有限公司生产的QHQ-A型铅笔划痕试验仪，荷重为1000g。
2. 漆膜附着力
    根据GB/T 1720-1979《漆膜附着力测定法》测定。测试仪器为天津永利达材料试验机有限公司生产的QFD型电动漆膜附着力试验仪。
3. 漆膜光泽度
    根据GB/T 9754-2007《色漆和清漆 不含金属颜料的色漆漆膜的20°、60°和85°镜面光泽的测定》测定。测试仪器为天津永利达材料试验机有限公司生产的KGZ-3D型光泽度仪。投射角度为60°。
4. 漆膜耐冲击性
根据GB/T 1732-1993《漆膜耐冲击测定法》测定。测试仪器为天津东亚材料试验机有限公司生产的QCJ型漆膜冲击器。重锤为1000g。
5. 漆膜干燥时间
根据GB/T 1728-1979《漆膜 腻子膜干燥时间测定法》测定。测试仪器为天津永利达材料试验机有限公司生产的QGZ型漆膜干燥时间测定仪。
6. 漆液黏度
    根据GB/T 22235-2008《液体黏度的测定》测定。测试仪器为上海昌吉地质仪器有限公司生产的NDJ-79A型数字旋转黏度计。
7. 可见光条件下降解甲醛
根据GB/T 1727-1992《漆膜一般制备法》制备60mm×60 mm的漆膜。
将完全干燥的漆膜放置于密闭容器内，密闭容器上方装有500W氙灯，在光源和漆膜间放置截止紫外线玻璃，滤掉紫外光。在密闭容器中通入甲醛，甲醛起始浓度为80mg/m3。打开氙灯照射72小时后，测定密闭容器中的甲醛浓度。甲醛浓度的测定方法为乙酰丙酮比色法。
根据甲醛的始末浓度计算出甲醛降解率。
注：“空白对比”为未添加氮掺杂纳米二氧化钛、其余制法与实施例完全相同的漆。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (9)

1.一种具有消毒抗菌、除VOC净化功能的水性木器漆，其特征在于：原料组分及质量份数为：
氮掺杂纳米二氧化钛：1-7份
漆主剂：55-90份
去离子水：10-30 份
分散剂：0.1-0.5 份
增稠剂：0.3-2 份
消泡剂：0.1-1 份
流平剂：0.1-0.5 份
成膜助剂：0.1-10 份。
2.根据权利要求1所述的具有消毒抗菌、除VOC净化功能的水性木器漆，其特征在于：所述的氮掺杂纳米二氧化钛制备方法为：在氮化钛中加入无机酸，使H+含量为5 mol/L，搅拌均匀后在高温高压下反应，产物用去离子水洗至中性，干燥即得产品；根据无机酸种类、反应时间、温度的不同制得金红石型二氧化钛、锐钛矿型二氧化钛、金红石和锐钛矿混晶型二氧化钛中的一种，粒径为10-30nm。
3.根据权利要求1所述的具有消毒抗菌、除VOC净化功能的水性木器漆，其特征在于：所述的漆主剂为水性聚氨酯分散体、丙烯酸乳液、水性聚氨酯与丙烯酸混合的双组份乳液中的一种。
4.根据权利要求1所述的具有消毒抗菌、除VOC净化功能的水性木器漆，其特征在于：所述的分散剂为聚丙烯酸胺盐类分散剂中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的具有消毒抗菌、除VOC净化功能的水性木器漆，其特征在于：所述的增稠剂为聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯乳液中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的具有消毒抗菌、除VOC净化功能的水性木器漆，其特征在于：所述的消泡剂为有机聚硅氧烷类消泡剂中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的具有消毒抗菌、除VOC净化功能的水性木器漆，其特征在于：所述的流平剂为丙烯酸酯类流平剂中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的具有消毒抗菌、除VOC净化功能的水性木器漆，其特征在于：所述的成膜助剂为醇酯类成膜助剂、醇醚类成膜助剂中的一种或多种。
9.一种制备如权利要求1所述的具有消毒抗菌、除VOC净化功能的水性木器漆的方法，其特征在于：将氮掺杂纳米二氧化钛、分散剂、增稠剂、流平剂、成膜助剂依次加入去离子水中，高速搅拌，使其分散成浆体；在低速搅拌的状态下，在浆体中缓慢加入漆主剂和消泡剂，搅拌均匀后，即得水性木器漆。
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