CN105199446B

CN105199446B - 纳米二氧化钛功能涂料、其制备方法、由其制备的基材以及所述基材的制备方法

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Publication number: CN105199446B
Application number: CN201510680640.6A
Authority: CN
Inventors: 成慧君; 谷金亮; 成慧聪; 于义龙; 徐瑞芬
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-10-20
Filing date: 2015-10-20
Publication date: 2017-07-28
Anticipated expiration: 2035-10-20
Also published as: HK1217507A1; CN105199446A

Abstract

本发明涉及纳米二氧化钛功能涂料，基于其总重量，包含如下组分：纳米二氧化钛1‑5重量％；高粘度粘土3‑10重量％；陶瓷涂料1‑10重量％；乙醇50‑90重量％；偶联剂5‑15重量％；乙酰丙酮0.1‑0.5重量％；乳化剂0.1‑0.5重量％；和颜料0‑0.3重量％；其中各组分之和为100重量％。本发明还涉及制备所述纳米二氧化钛功能涂料的方法，以及涂有陶瓷涂料涂层和纳米二氧化钛功能涂料涂层的基材及其制备方法。在所述涂有陶瓷涂料涂层和纳米二氧化钛功能涂料涂层的基材中，纳米二氧化钛功能涂料涂层与陶瓷涂料涂层有效地粘结在一起，所述基材在保留陶瓷涂料涂层诸多特点的同时，还能有效降解空气中的有毒有害物质。

Description

纳米二氧化钛功能涂料、其制备方法、由其制备的基材以及所述基材的制备方法

技术领域

本发明涉及纳米二氧化钛功能涂料及其制备方法，以及涂有陶瓷涂料涂层和纳米二氧化钛功能涂料涂层的基材及其制备方法。

背景技术

在现代社会生活中，房屋越来越离不开装修，而所有“问题房屋”都或多或少地存在着苯系物的污染，这些苯系物主要来源于室内装饰装修材料中有机物的释放。例如，一些“问题宾馆”在完成装修2-5年之后，其室内仍存在高苯系物水平，导致居室内人员头疼，精神萎靡不振，甚至引起白血病等恶性疾病，严重危害人员的身体健康。目前，这些室内环境污染问题已不容忽视。

作为一种新型装饰装修材料，表面涂有陶瓷涂料涂层的铝板具有重量轻、刚性好、强度高、耐久性和耐腐蚀性优良、便于清洁保养、施工安装快捷方便、可回收再利用、环保等特点，已广泛应用于宾馆、医院、写字楼、会展中心、会议厅、机场、车站、住宅阳台等建筑物。

纳米二氧化钛安全无毒、稳定、使用寿命长。同时，纳米二氧化钛还具有很好的光催化性能，可吸收紫外光和可见光，并激发产生电子-空穴，电子-空穴迁移到其表面并与存在于纳米二氧化钛表面上的水和氧气相互作用而产生具有强氧化性的·OH和强还原性的·O₂ ^-，这些活性基团可将吸附在纳米二氧化钛表面上的有毒有害气体如甲醛、苯和甲苯等彻底降解为无害的小分子化合物。此外，纳米二氧化钛对细菌也具有很强的杀灭作用。

目前，现有技术中还不存在将具有光催化作用的纳米二氧化钛与陶瓷涂料有效复合在一起的功能性装饰装修材料。

发明内容

鉴于上述现有技术状况，本申请发明人在陶瓷涂料和纳米二氧化钛功能涂料领域进行了广泛深入的研究，以期将纳米二氧化钛与陶瓷涂料有效地复合在一起，并获得一种新型的功能性装饰装修材料，所述材料在保留陶瓷涂料涂层诸多特点的同时，还能有效降解空气中的有毒有害物质。结果发现，在基底材料上依次涂覆陶瓷涂料与包含纳米二氧化钛、高粘度粘土、陶瓷涂料和乙醇的纳米二氧化钛功能涂料，然后固化，即可获得满足上述要求的涂有陶瓷涂料涂层和纳米二氧化钛功能涂料涂层的基材。本发明正是基于上述发现得以完成。

本发明一方面提供了纳米二氧化钛功能涂料。

本发明另一方面提供了制备所述纳米二氧化钛功能涂料的方法。

本发明再一方面提供了涂有陶瓷涂料涂层和本发明纳米二氧化钛功能涂料涂层的基材。

本发明又一方面提供了制备所述涂有陶瓷涂料涂层和纳米二氧化钛功能涂料涂层的基材的方法。

可将实现本发明目的的实施方案归纳列举如下：

1.纳米二氧化钛功能涂料，基于其总重量，包含如下组分：

其中各组分之和为100重量％。

2.第1项的纳米二氧化钛功能涂料，其中纳米二氧化钛的平均粒径小于30nm。

3.第1或2项的纳米二氧化钛功能涂料，其中高粘度粘土为经过煅烧处理的高岭土，偶联剂为钛酸酯，乳化剂为烷基酚聚氧乙烯醚。

4.制备第1-3中任一项的纳米二氧化钛功能涂料的方法，包括：

将所需量的纳米二氧化钛、高粘度粘土和乙醇混合并研磨，接着加入所需量的陶瓷涂料、偶联剂、乙酰丙酮、乳化剂和颜料，研磨或搅拌，获得所述纳米二氧化钛功能涂料。

5.涂有陶瓷涂料涂层和纳米二氧化钛功能涂料涂层的基材，包括：

基底材料；

涂覆在所述基底材料至少一个表面上的至少一个陶瓷涂料涂层；和

涂覆在所述陶瓷涂料涂层上的至少一个纳米二氧化钛功能涂料涂层；

其中所述纳米二氧化钛功能涂料涂层由权利要求1-3中任一项的纳米二氧化钛功能涂料形成。

6.第5项的涂有陶瓷涂料涂层和纳米二氧化钛功能涂料涂层的基材，其中基底材料为铝或铝合金板材，铝或铝合金带材，或者铝或铝合金单板。

7.第5或6项的涂有陶瓷涂料涂层和纳米二氧化钛功能涂料涂层的基材，其中陶瓷涂料涂层的厚度为20-40μm，纳米二氧化钛功能涂料涂层的厚度为5-20μm。

8.制备第5-7中任一项的涂有陶瓷涂料涂层和纳米二氧化钛功能涂料涂层的基材的方法，包括：

在基底材料至少一个表面上涂覆至少一层陶瓷涂料；

在所述陶瓷涂料没有或没有完全固化之前，在陶瓷涂料上涂覆至少一层根据第1-3中任一项的纳米二氧化钛功能涂料；和

固化获得涂有陶瓷涂料涂层和纳米二氧化钛功能涂料涂层的基材。

9.第8项的方法，其中通过喷涂涂覆陶瓷涂料和纳米二氧化钛功能涂料。

10.第8或9项的方法，其中固化温度为150-250℃，固化时间为10-60分钟。

本发明纳米二氧化钛功能涂料能与陶瓷涂料有效地复合在一起。相应地，在本发明涂有陶瓷涂料涂层和纳米二氧化钛功能涂料涂层的基材中，纳米二氧化钛功能涂料涂层与陶瓷涂料涂层有效地粘结在一起，所述基材在保留陶瓷涂料涂层诸多特点的同时，还能有效降解空气中的有毒有害物质。

本发明的这些和其它目的、特征和优点在整体考虑本发明后，将易于为本领域技术人员所明白。

具体实施方式

如上所述，本申请发明人设想将纳米二氧化钛与陶瓷涂料有效地复合在一起，以期获得一种不仅具有陶瓷涂料涂层诸多特点，而且还能有效降解空气中有毒有害物质的新型功能性装饰装修材料。然而，发明人发现现有陶瓷涂料配方成熟，其中所用各组分形成完善且稳定的体系，如果再向其中加入纳米二氧化钛等材料，将会破坏陶瓷涂料的稳定性，进而损害其性能。为此，发明人进一步设想以分层的方式通过依次涂覆陶瓷涂料和纳米二氧化钛功能涂料而将纳米二氧化钛与陶瓷涂料有效地复合在一起。

相应地，本发明首先提供了一种纳米二氧化钛功能涂料。当将其应用于陶瓷涂料上时，所述纳米二氧化钛功能涂料能有效地与陶瓷涂料复合在一起。

基于其总重量，所述纳米二氧化钛功能涂料包含如下组分：

其中各组分之和为100重量％。

纳米二氧化钛是市售的，例如赢创德固赛的市售产品P25；当然，其也可通过本领域技术人员已知的方法制备。优选纳米二氧化钛的平均粒径小于30nm。

为了改善与增强纳米二氧化钛功能涂料涂层与陶瓷涂料涂层之间的粘结，在本发明纳米二氧化钛功能涂料中使用高粘度粘土。优选高粘度粘土为经过煅烧处理的高岭土。

为了改善纳米二氧化钛功能涂料涂层与陶瓷涂料涂层之间的相容性，进而增强二者之间的粘结，在本发明纳米二氧化钛功能涂料中使用陶瓷涂料。在纳米二氧化钛功能涂料中使用的陶瓷涂料可以与如下所述用于涂覆基底材料的陶瓷涂料相同或不同，优选相同。陶瓷涂料是市售的，例如来自上海金立泰化工股份有限公司的QR-RT 0100，也可通过本领域技术人员已知的配方和方法制备。

为了改善与增强纳米二氧化钛功能涂料涂层与陶瓷涂料涂层之间的粘结，在本发明纳米二氧化钛功能涂料中使用润湿和渗透能力均很强的乙醇作为溶剂。

偶联剂可为任何合适的偶联剂，优选钛酸酯。合适的钛酸酯例如包括钛酸四异丙基酯、钛酸四丁基酯、异丙基三硬脂酰钛酸酯(TTS)、异丙基三(十二烷基苯磺酰)钛酸酯(TTBS-9)和异丙基三(二辛基焦磷酸酯)钛酸酯(TTOPP-38)，优选钛酸四丁基酯。

乳化剂可为任何合适的乳化剂，优选烷基酚聚氧乙烯醚，包括但不限于辛基酚聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚或二者的混合物。作为辛基酚聚氧乙烯醚的实例，可提及OP-4、OP-6、OP-7、OP-9、OP-10、OP-15和OP-20。作为壬基酚聚氧乙烯醚的实例，可提及NP-9、NP-10、NP-15、NP-20、NP-21、NP-30和NP-40。辛基酚聚氧乙烯醚和壬基酚聚氧乙烯醚的混合物例如包括TX-4、TX-6、TX-7、TX-9、TX-10、TX-15、TX-20、TX-21、TX-30和TX-40。优选乳化剂为壬基酚聚氧乙烯醚(10)(NP-10)。

为了赋予本发明纳米二氧化钛功能涂料颜色，以满足具体使用要求，可在纳米二氧化钛功能涂料中使用颜料。合适的颜料为本领域技术人员所知或可由其确定。

本发明还提供了制备所述纳米二氧化钛功能涂料的方法，所述方法包括：将所需量的纳米二氧化钛、高粘度粘土和乙醇混合并研磨，接着加入所需量的陶瓷涂料、偶联剂、乙酰丙酮、乳化剂和颜料，研磨或搅拌例如约30分钟，获得所述纳米二氧化钛功能涂料。

基于上述纳米二氧化钛功能涂料，本发明进一步提供了涂有陶瓷涂料涂层和纳米二氧化钛功能涂料涂层的基材，所述基材包括：基底材料；涂覆在所述基底材料至少一个表面上的至少一个陶瓷涂料涂层；和涂覆在所述陶瓷涂料涂层上的至少一个纳米二氧化钛功能涂料涂层；其中所述纳米二氧化钛功能涂料涂层由上述纳米二氧化钛功能涂料形成。

作为基底材料，可使用任何合适材质的装饰装修材料，尤其是金属材质。优选基底材料为铝或铝合金板材，铝或铝合金带材，或者铝或铝合金单板。作为铝板材的具体实例，尤其可提及1100-H24铝板。

陶瓷涂料是市售的，例如前文提到的QR-RT 0100，也可通过本领域技术人员已知的配方和方法制备。

在本发明涂有陶瓷涂料涂层和纳米二氧化钛功能涂料涂层的基材中，陶瓷涂料涂层的厚度为20-40μm，纳米二氧化钛功能涂料涂层的厚度为5-20μm。

本发明还提供了制备所述涂有陶瓷涂料涂层和纳米二氧化钛功能涂料涂层的基材的方法，所述方法包括：在基底材料至少一个表面上涂覆至少一层陶瓷涂料；在所述陶瓷涂料没有或没有完全固化之前，在陶瓷涂料上涂覆至少一层上述纳米二氧化钛功能涂料；和固化获得涂有陶瓷涂料涂层和纳米二氧化钛功能涂料涂层的基材。

需要注意的是，为了将纳米二氧化钛功能涂料涂层与陶瓷涂料涂层有效地粘结在一起，优选在陶瓷涂料没有或没有完全固化之前，更优选在陶瓷涂料没有固化之前，在陶瓷涂料上涂覆纳米二氧化钛功能涂料。

涂覆陶瓷涂料和纳米二氧化钛功能涂料的方法为本领域技术人员所知，例如辊涂、刷涂、喷涂、浸涂和印刷，优选喷涂。喷涂通常在空气压力为约0.4mPa的条件下使用空气喷枪匀速进行。

根据所需陶瓷涂料涂层的厚度，本领域技术人员可确定陶瓷涂料的应用量。在基底材料上涂覆陶瓷涂料后，优选自然流平例如约15分钟，而无需进行固化。

同样地，根据所需纳米二氧化钛功能涂料涂层的厚度，本领域技术人员可确定纳米二氧化钛功能涂料的应用量。例如为了获得5-10μm的涂层厚度，可以80ml/m²的用量喷涂纳米二氧化钛功能涂料。

依次在基底材料上涂覆陶瓷涂料和纳米二氧化钛功能涂料后，固化和冷却，获得本发明涂有陶瓷涂料涂层和纳米二氧化钛功能涂料涂层的基材。固化通常在150-250℃的温度下进行10-60分钟，例如在180℃下20分钟。冷却一般为自然冷却。

实施例

下文通过参考实施例对本发明进行具体描述，但所述实施例并不对本发明范围构成任何限制。

本发明涂有陶瓷涂料涂层和纳米二氧化钛功能涂料涂层的基材的外观质量、膜厚、光泽度偏差、附着力(干式、湿式和沸水煮)、铅笔硬度、耐盐酸、耐硝酸、耐砂浆性、耐溶剂性、耐磨性和耐冲击性根据GB/T23443-2009《建筑装饰用铝单板》检测；燃烧性能根据GB8624-2012《建筑材料及制品燃烧性能分级》中的平板状建筑材料及制品的燃烧性能等级和分级判据A(A1)级技术指标检测；甲苯净化效率、苯净化效率和甲醛净化效率根据JC/T1704-2008《室内空气净化功能涂覆材料净化性能》中的“I类材料”技术指标检测；抗霉菌性能和抗细菌性能根据HG/T 3950-2007《抗菌涂料》检测。

实施例1

用于装饰宾馆墙壁的铝单板的加工和处理

(1)确定实际用料尺寸：根据宾馆实际使用要求等因素确定所需铝单板的尺寸，绘制加工展开图，并将实际用料尺寸确定为300mm*300mm，厚度为2.0mm；(2)钣金加工：根据实际用料尺寸剪切1100-H24铝板(来自郑州市中州铝业有限公司)，剪切好的铝板依照冲切程序进行冲切，冲切好的工件表面打磨3遍(台湾海力牌气动抛光机，鸽牌180目拉绒抛光片)。

(3)表面除油和钝化：将抛光后的工件浸泡在清洗液(P3-ALMECO AC，来自广州汉高表面技术有限公司)中5分钟，水洗以去除清洗液，然后在钝化液(ALODING 5200R，来自汉高股份有限公司)中浸泡3分钟，水洗，在35℃下干燥2.5小时至表面水分完全蒸发，获得铝单板。

涂覆陶瓷涂料

在空气压力为0.4mPa的条件下使用空气喷枪匀速地将陶瓷涂料金立泰QR-RT0100喷涂到铝单板上，厚度为20-40μm，自然流平15分钟。

纳米二氧化钛功能涂料的组成

纳米二氧化钛功能涂料，基于其总重量，包含如下组分：

其中纳米二氧化钛P25为赢创德固赛市售产品，平均粒径为21nm；将经过煅烧处理的高岭土用作高粘度粘土，其来自河北行唐县鑫磊矿物粉体加工厂；将NP-10用作乳化剂，其来自河北邢台蓝星助剂厂。

纳米二氧化钛功能涂料的制备

将所示量的纳米二氧化钛P25、涂料用经过煅烧处理的高岭土和乙醇混合并研磨，接着加入陶瓷涂料、钛酸四丁基酯、乙酰丙酮和NP-10，研磨约30分钟，得到纳米二氧化钛功能涂料。

涂覆纳米二氧化钛功能涂料

在已涂有陶瓷涂料的铝单板上，以80ml/m²的用量喷涂纳米二氧化钛功能涂料，以使厚度为5-10μm。喷涂结束后进行固化，固化温度为180℃，固化时间为20分钟。自然冷却，获得本发明涂有陶瓷涂料涂层和纳米二氧化钛功能涂料涂层的铝单板。

性能检测

根据上文所列标准对涂有陶瓷涂料涂层和纳米二氧化钛功能涂料涂层的铝单板进行相关项目的检测，所得结果如下表所示：

实施例2

重复实施例1，不同之处在于纳米二氧化钛功能涂料，基于其总重量，包含如下组分：

检测表明所得涂有陶瓷涂料涂层和纳米二氧化钛功能涂料涂层的铝单板的甲苯净化效率为46％，苯净化效率为43％。

实施例3

检测表明所得涂有陶瓷涂料涂层和纳米二氧化钛功能涂料涂层的铝单板的甲苯净化效率为47％，苯净化效率为45％。

对比实施例1

铝单板的加工和处理

铝单板的加工和处理同实施例1。

涂覆陶瓷涂料

在空气压力为0.4mPa的条件下使用空气喷枪匀速地将陶瓷涂料QR-RT 0100喷涂到铝单板上，厚度为30-40μm。喷涂结束后进行固化，固化温度为180℃，固化时间为20分钟。自然冷却，获得仅涂有陶瓷涂料涂层的铝单板。

检测表明所述涂有陶瓷涂料涂层的铝单板不具备净化甲苯和苯的功能。

Claims

1.纳米二氧化钛功能涂料，基于其总重量，包含如下组分：

其中纳米二氧化钛的平均粒径小于30nm。

2.权利要求1的纳米二氧化钛功能涂料，其中高粘度粘土为经过煅烧处理的高岭土，偶联剂为钛酸酯，乳化剂为烷基酚聚氧乙烯醚。

3.制备权利要求1或2的纳米二氧化钛功能涂料的方法，包括：

4.涂有陶瓷涂料涂层和纳米二氧化钛功能涂料涂层的基材，包括：

基底材料；

其中所述纳米二氧化钛功能涂料涂层由权利要求1或2的纳米二氧化钛功能涂料形成。

5.权利要求4的涂有陶瓷涂料涂层和纳米二氧化钛功能涂料涂层的基材，其中基底材料为铝或铝合金板材，铝或铝合金带材，或者铝或铝合金单板。

6.权利要求4或5的涂有陶瓷涂料涂层和纳米二氧化钛功能涂料涂层的基材，其中陶瓷涂料涂层的厚度为20-40μm，纳米二氧化钛功能涂料涂层的厚度为5-20μm。

7.制备权利要求4-6中任一项的涂有陶瓷涂料涂层和纳米二氧化钛功能涂料涂层的基材的方法，包括：

在基底材料至少一个表面上涂覆至少一层陶瓷涂料；

在所述陶瓷涂料没有或没有完全固化之前，在陶瓷涂料上涂覆至少一层根据权利要求1或2的纳米二氧化钛功能涂料；和

8.权利要求7的方法，其中通过喷涂涂覆陶瓷涂料和纳米二氧化钛功能涂料。

9.权利要求7或8的方法，其中固化温度为150-250℃，固化时间为10-60分钟。