CN112980268A - 一种空气净化功能水性漆涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种空气净化功能水性漆涂料,包括如下重量份数比的各组分:第一空气净化功能组分10‑20份,第二空气净化功能组分8‑14份,钛酸酯偶联剂5‑10份,水性树脂90‑150份,水30‑50份,消泡剂0.5‑1份,分散剂0.5‑1.5份;所述第一空气净化功能组分包括三维网状石墨烯8‑10份、纳米二氧化硅1‑3份、纳米二氧化钛1‑3份、纳米二氧化锰0.3‑0.5份、无水乙醇10‑20份;所述第二空气净化功能组分包括贝壳粉5‑8份、电气石0.8‑1.5份、海泡石0.2‑0.5份。本发明制备得到的水性漆涂料负载充分、结合牢固、净化性能高且持久,能够更好对空气进行净化,更广泛应用于装饰装修材料中。
Description
技术领域
本发明涉及水性漆涂料制备技术领域,具体涉及一种空气净化功能水性漆涂料及其制备方法。
背景技术
漆料作为装饰装潢中一种必不可少的材料,其环保和安全性越发重要。水性漆是以水为稀释剂的涂料,具有不含苯、甲苯、二甲苯、甲醛、游离TDI有毒重金属,无毒无刺激气味,对人体无害,不污染环境,漆膜丰满、晶莹透亮、柔韧性好、干燥快、使用方便等特点,备受人们关注。
室内装修材料等会释放甲醛、苯、二甲苯等有害物质,致使人们的呼吸***和神经***受到损伤,降低人体免疫力,降低生活质量,严重威胁着人们的身体健康。有调查表明,在室内环境污染物中,甲醛、氨、苯(系物)和放射性物质等四类是普遍存在,已成为影响人们身体健康的最大危害源。人们往往会采用物理吸附或者化学分解的方法来净化空气,通常的物理吸附材料主要有活性炭,活性炭因具有大的比表面积,很容易吸收空气中的有害气体,但其吸附量有限,且仅为吸附并未将有害物质分解;在利用化学分解的研究中,往往参照分解量有限、分解速度慢的特点,有的还需要光照、PH值等外加条件,且净化性能不能持久,例如专利CN1021101008A公开了用无机吸附材料浸泡在5~20%无机氧化剂水溶液中18~36h后烘干具有改进净化效果的作用;但仅以浸泡方式负载氧化剂,负载不充分、不牢固,表现出的净化性不能持久。
负离子是环境的保护神,负离子空气被人称为“长寿素”或“空气维 生素”。负离子具有改善人体血液循环、抑制病菌、提高肌体免疫力和活力的保健功能。将负离子应用于涂料中,能从根源上改变涂料对人体健康的影响。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中水性漆涂料在净化空气方面存在的上述不足,提供一种具有负载充分、结合牢固、净化性能高且持久的新型水性漆涂料,能够更好对空气进行净化,更广泛应用于装饰装修材料中。
为了实现上述目的,本申请采用如下技术方案:
一种空气净化功能水性漆涂料,包括如下重量份数比的各组分:第一空气净化功能组分10-20份,第二空气净化功能组分8-14份,钛酸酯偶联剂5-10份,水性树脂90-150份,水30-50份,消泡剂0.5-1份,分散剂0.5-1.5份。
优选的,所述第一空气净化功能组分包括三维网状石墨烯8-10份、纳米二氧化硅1-3份、纳米二氧化钛1-3份、纳米二氧化锰0.3-0.5份、无水乙醇10-20份;所述第二空气净化功能组分包括贝壳粉5-8份、电气石0.8-1.5份、海泡石0.2-0.5份、无水乙醇30-50份。
优选的,所述水性树脂为水性丙烯酸树脂或水性聚氨酯;所述消泡剂为毕克化学的BYK-028,所述分散剂为聚乙二醇。
上述空气净化功能水性漆涂料的制备方法,包括如下步骤:
S1:将超声处理后的氧化石墨烯分散液加入反应釜中,以温度5-10℃/min升温至150-250℃,在2000-3000w功率下微波反应3-6h,得三维网状结构石墨烯;
S2:将步骤S1所得三维网状结构石墨烯8-10份、纳米二氧化硅1-3份、纳米二氧化钛1-3份、纳米二氧化锰0.3-0.5份、无水乙醇10-20份加入反应釜中,在温度100-120℃,以速率500-800r/min搅拌反应2-4h,得第一空气净化功能组分;
S3:将贝壳粉5-8份、电气石0.8-1.5份、海泡石0.2-0.5份、无水乙醇30-50份加入反应釜中,在温度120-150℃下,以速率800-1000r/min搅拌反应1-3h,得第二空气净化功能组分;
S4:将步骤S2所得第一功能净化组分10-20份、步骤S3所得第二功能净化组分8-14份、钛酸酯偶联剂5-10份,水性树脂90-150份加入反应釜中,以速率2-4℃/min升温至120-150℃,继续搅拌反应2-5h;
S5:降温至80-90℃,向步骤S4中加入水30-50份、消泡剂0.5-1份、分散剂0.5-1.5份,持续反应1-3h,即可得到所述空气净化功能水性漆涂料。
优选的,步骤S1中所述以温度8℃/min升温至240℃,在2500w功率下微波反应4.5h。
优选的,步骤S2中所述在温度110℃,以速率700r/min搅拌反应3.5h。
优选的,步骤S3中所述在温度135℃,以速率950r/min搅拌反应2.5h。
优选的,步骤S4中所述以速率3℃/min升温至135℃,继续搅拌反应3.5h。
优选的,步骤S5中所述降温至85℃,加入混合物后持续反应2h。
有益效果:
1. 本发明通过控制升温速率、反应温度、反应时间,通过石墨烯片层间化学键和范德华力共同作用,得到结构稳定的三维网状层次孔结构的石墨烯,其孔径分布均匀,具备大孔和中孔两种孔径随机分布;大孔用于负载二氧化锰颗粒;中孔用于负载纳米二氧化钛和二氧化硅,制备得到了第一功能净化组。该组分在石墨烯和二氧化锰的共同作用下,导电性显著增强,使得纳米二氧化钛和二氧化硅在无光、弱光下即可发生光触化反应,进而有效降空气中的有害物质;净化效率高、阻力小。
2. 本发明将贝壳粉、电气石、海泡石混合,利用贝壳粉质地轻、白度好、细度高且为多孔状结,负载电气石和海泡石,得到第二空气净化功能组分;利用海泡石和电气石的协同增效作用,释放的负氧离子倍增,对空气中存在的有害挥发物的吸附沉积效果更佳。
3. 随后将第一空气净化性能组分和第二空气净化功能组分、以及水性树脂通过钛酸酯偶联剂交联,利用石墨烯表面基团和贝壳粉表面的羟基等,发生交联反应,形成光触媒降解成分和负氧离子降尘成分相互交联、彼此缠绕的网状结构;光触化基团还能进一步对负氧离子降尘的有机物进行进一步降解,降解效率和程度更深、更彻底。同时,也增加与水性树脂的相容性和结合力,使水性漆涂料膜层更为紧致、平滑,无需成膜助剂即可达到效果。
具体实施方式
以下结合下述实施方式进一步说明本发明,下述实施方式仅用于说明本发明,而非限制本发明。
实施例1
S1:将超声处理后的氧化石墨烯分散液加入反应釜中,以温度5℃/min升温至150℃,在2000w功率下微波反应3h,得三维网状结构石墨烯;
S2:将步骤S1所得三维网状石墨烯8份、纳米二氧化硅1份、纳米二氧化钛1份、纳米二氧化锰0.3份、无水乙醇10份加入反应釜中,在温度100℃,以速率500r/min搅拌反应2h,得第一空气净化功能组分;
S3:将贝壳粉5份、电气石0.8份、海泡石0.2份、无水乙醇30份加入反应釜中,在温度120℃,以速率800r/min搅拌反应1h,得第二空气净化功能组分;
S4:将步骤S2所得第一功能净化组分10份、第二功能净化组分8份、钛酸酯偶联剂5份,水性丙烯酸树脂90份加入反应釜中,以速率2℃/min升温至120℃,继续搅拌反应2h;
S5:降温至80℃,向步骤S4中加入水30份、消泡剂0.5份、分散剂0.5份,持续反应1h,即可得到所述空气净化功能水性漆涂料。
实施例2
S1:将超声处理后的氧化石墨烯分散液加入反应釜中,以温度10℃/min升温至250℃,在3000w功率下微波反应6h,得三维网状结构石墨烯;
S2:将步骤S1所得三维网状石墨烯10份、纳米二氧化硅3份、纳米二氧化钛3份、纳米二氧化锰0.5份、无水乙醇20份加入反应釜中,在温度120℃,以速率800r/min搅拌反应4h,得第一空气净化功能组分;
S3:将贝壳粉8份、电气石1.5份、海泡石0.5份、无水乙醇50份加入反应釜中,在温度150℃,以速率1000r/min搅拌反应3h,得第二空气净化功能组分;
S4:将步骤S2所得第一功能净化组分20份、第二功能净化组分14份、钛酸酯偶联剂10份,水性聚氨酯150份加入反应釜中,以速率4℃/min升温至150℃,继续搅拌反应5h;
S5:降温至90℃,向步骤S4中加入水50份、消泡剂1份、分散剂1.5份,持续反应3h,即可得到所述空气净化功能水性漆涂料。
实施例3
S1:将超声处理后的氧化石墨烯分散液加入反应釜中,以温度8℃/min升温至240℃,在2500w功率下微波反应4.5h,得三维网状结构石墨烯;
S2:将步骤S1所得三维网状石墨烯9份、纳米二氧化硅2份、纳米二氧化钛2份、纳米二氧化锰0.4份、无水乙醇17份加入反应釜中,在温度110℃,以速率700r/min搅拌反应3.5h,得第一空气净化功能组分;
S3:将贝壳粉7份、电气石1.2份、海泡石0.4份、无水乙醇45份加入反应釜中,在温度135℃,以速率950r/min搅拌反应2.5h,得第二空气净化功能组分;
S4:将步骤S2所得第一功能净化组分15份、第二功能净化组分12份、钛酸酯偶联剂7份,水性丙烯酸树脂130份加入反应釜中,以速率3℃/min升温至135℃,继续搅拌反应3.5h;
S5:降温至85℃,向步骤S4中加入水35份、消泡剂0.8份、分散剂1份,持续反应2h,即可得到所述空气净化功能水性漆涂料。
对比例1
与实施例1的区别在于省去步骤S1中制备三维网状层次孔结构的石墨烯,在步骤S2中直接加入石墨烯,其他步骤和条件不变。
比照对比例1和实施例1性能数据可知,将石墨烯直接与纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米二氧化锰进行负载,未形成三维网状层次孔结构,导致负载成分层次不均、载体和负载成分之间结合力弱,使制得的第一空气净化功能组分净化效果降低,光触化反应效果欠佳。
对比例2
与实施例1的区别在于步骤S2中不加入二氧化锰,其他步骤和条件不变。
比照对比例2和实施例1性能数据可知,由于在石墨烯层次孔内缺少二氧化锰填充,狭小空间内导电性性能有所下降,导致纳米二氧化钛和二氧化硅在无光、弱光下的光触化反应欠佳,有机物降解效果下降。
对比例3
与实施例1的区别在于,步骤S3中仅使用电气石,其他步骤和条件不变。
对比例4
与实施例1的区别在于,步骤S3中仅使用海泡石,其他步骤和条件不变。
比照对比例3和对比例4性能数据可知,单使用电气石或海泡石时,其负离子释放效果均有不同程度的下降,在两者同时存在时,由于两者在贝壳粉孔道中的协同增效作用,大幅度提高了负离子释放效果,空气中有害挥发物的吸附沉积效果显著增强。
对比例5
与实施例1的区别在于,步骤S4中不加入钛酸酯偶联剂,其他步骤和条件不变。
比照对比例5和实施例1性能数据可知,由于缺少钛酸酯偶联剂的存在,第一空气功能净化组分、第二空气功能净化组分、水性树脂之间未发生交联反应,未形成光触化降解和负离子沉降成分的相互交织缠绕的网状结构,净化空气的效果显著下降,且由于相容性和结合力减弱。
性能测试方法:
依据GB6566-86,采用静态测定法,用ITC-20IA空气负离子测定 仪对不同实施例进行负离子数的测定;其中,大气压130kpa,温度 25℃,湿度75%RH,涂板标准(面积)为150mm*450mm,测定时间为10s。涂层附着力采用百格测试按照标准GBT9286-1998;
空气净化测试:将25cm×25cm的从市场上购入的人造板(七厘板)二块分别放入20升的密闭容器中,24小时后用仪器测出各密闭容器中的苯、VOC、甲醛浓度值,并记录这一数值。然后取出人造板分别涂刷本发明实施例和对比例所述配方的制成品,每隔1小时刷一遍,共刷三遍,24小时彻底干燥后再放入密闭容器中。密闭24小时后再用仪器测出苯、VOC、甲醛浓度值,并记录这一数值。
对上述各实施例和对比例进行测试,结果如下:
以上所述仅为本发明的较佳实施方式,本发明的保护范围并不以上述实施方式为限,但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化,皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。
Claims (9)
1.一种空气净化功能水性漆涂料,其特征在于,包括如下重量份数比的各组分:第一空气净化功能组分10-20份,第二空气净化功能组分8-14份,钛酸酯偶联剂5-10份,水性树脂90-150份,水30-50份,消泡剂0.5-1份,分散剂0.5-1.5份。
2.根据权利要求1所述的一种空气净化功能水性漆涂料,其特征在于,所述第一空气净化功能组分包括三维网状石墨烯8-10份、纳米二氧化硅1-3份、纳米二氧化钛1-3份、纳米二氧化锰0.3-0.5份、无水乙醇10-20份;所述第二空气净化功能组分包括贝壳粉5-8份、电气石0.8-1.5份、海泡石0.2-0.5份、无水乙醇30-50份。
3.根据权利要求1或2所述的一种空气净化功能水性漆涂料,其特征在于,所述水性树脂为水性丙烯酸树脂或水性聚氨酯;所述消泡剂为毕克化学的BYK-028,所述分散剂为聚乙二醇。
4.一种空气净化功能水性漆涂料的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1:将超声处理后的氧化石墨烯分散液加入反应釜中,以温度5-10℃/min升温至150-250℃,在2000-3000w功率下微波反应3-6h,得三维网状结构石墨烯;
S2:将步骤S1所得三维网状结构石墨烯8-10份、纳米二氧化硅1-3份、纳米二氧化钛1-3份、纳米二氧化锰0.3-0.5份、无水乙醇10-20份加入反应釜中,在温度100-120℃,以速率500-800r/min搅拌反应2-4h,得第一空气净化功能组分;
S3:将贝壳粉5-8份、电气石0.8-1.5份、海泡石0.2-0.5份、无水乙醇30-50份加入反应釜中,在温度120-150℃下,以速率800-1000r/min搅拌反应1-3h,得第二空气净化功能组分;
S4:将步骤S2所得第一功能净化组分10-20份、步骤S3所得第二功能净化组分8-14份、钛酸酯偶联剂5-10份,水性树脂90-150份加入反应釜中,以速率2-4℃/min升温至120-150℃,继续搅拌反应2-5h;
S5:降温至80-90℃,向步骤S4中加入水30-50份、消泡剂0.5-1份、分散剂0.5-1.5份,持续反应1-3h,即可得到所述空气净化功能水性漆涂料。
5.根据权利要求4所述的一种空气净化功能水性漆涂料的制备方法,其特征在于,步骤S1中所述以温度8℃/min升温至240℃,在2500w功率下微波反应4.5h。
6.根据权利要求4所述的一种空气净化功能水性漆涂料的制备方法,其特征在于,步骤S2中所述在温度110℃,以速率700r/min搅拌反应3.5h。
7.根据权利要求4所述的一种空气净化功能水性漆涂料的制备方法,其特征在于,步骤S3中所述在温度135℃,以速率950r/min搅拌反应2.5h。
8.根据权利要求4所述的一种空气净化功能水性漆涂料的制备方法,其特征在于,步骤S4中所述以速率3℃/min升温至135℃,继续搅拌反应3.5h。
9.根据权利要求4所述的一种空气净化功能水性漆涂料的制备方法,其特征在于,步骤S5中所述降温至85℃,加入混合物后持续反应2h。
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