CN116554747B - 抗甲醛的贝壳无机功能涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗甲醛的贝壳无机功能涂料及其制备方法。由下述原料按质量百分比组成：功能性去甲醛乳液：10‑30%；贝壳粉：30‑50%；钛白粉：12‑24%；余量为水；所述功能性去甲醛乳液，包括单体和功能性单体，所述单体为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯和丙烯酸丁酯中的至少一种；所述功能性单体为丙烯酰胺和甲基丙烯酰肼中的至少一种。本发明提供的抗甲醛的贝壳无机功能涂料及其制备方法，之本工艺简单，原料易得，涂料对甲醛的去除效果明显。
Description
技术领域
本发明涉及一种涂料，尤其涉及一种抗甲醛的贝壳无机功能涂料及其制备方法。
背景技术
涂料是一种用于保护、装饰和美化表面的涂层，通常由溶剂、树脂、添加剂和颜料等成分组成。涂料种类众多，广泛应用于建筑、汽车、工业和家居装饰等领域。
常见涂料包括以下几类：
建筑涂料：主要用于室内外建筑表面的保护和美化，如墙面漆、木器漆、金属漆和屋顶涂料等。这些涂料具有良好的附着力、耐久性和防水性能。
汽车涂料：一般为高性能涂料，能在各种环境条件下提供保护和美化效果。汽车涂料可分为基础漆和面漆。基础漆主要提供色彩和涂层保护，而面漆则用于增强外观效果。
工业涂料：这类涂料通常具有高性能，可在恶劣的工业环境下提供保护和防腐功能。常见的工业涂料有船舶涂料、管道涂料和钢结构涂料等。
木器涂料：主要用于保护和美化木制品表面，如家具、门窗等。这些涂料具有较高的耐久性和抗污性能。
甲醛是一种无色刺激性气体，具有浓烈刺鼻气味。长时间暴露在甲醛环境中可能导致头痛、咽喉不适、皮肤过敏、眼部刺激等不良反应。持续暴露在高浓度甲醛环境下，人体可能面临更严重的健康风险，如慢性呼吸道疾病、免疫***紊乱，甚至癌症等。
为改善室内空气质量，去甲醛涂料应用于室内装修领域。这类涂料具有吸附和分解甲醛等有害物质的功能，能显著提高室内空气质量。去甲醛涂料主要分为活性炭型、纳米氧化物型和复合型三类。活性炭型具有较高的吸附能力和催化分解能力，但可能存在脱附现象，需要定期更换。纳米氧化物型，以纳米氧化物（如氧化锌、氧化钛等）为主要吸附剂，具有较好的光催化性能，但吸附能力相对较低。复合型涂料则将活性炭和纳米氧化物等多种功能性材料结合，以提高涂料的整体去甲醛效果。
在现有技术中，尚未公开一种含贝壳的去甲醛涂料。贝壳具有良好的吸附性能，可探讨将贝壳粉末作为一种新型吸附剂添加到去甲醛涂料中，以进一步提高其去除甲醛的效果。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明所要解决的技术问题是：一种抗甲醛的贝壳无机功能涂料及其制备方法。
一种抗甲醛的贝壳无机功能涂料，由下述原料按质量百分比组成：
功能性去甲醛乳液：10-30%；
贝壳粉：30-50%；
钛白粉：12-24%；
余量为水。
优选地，一种抗甲醛的贝壳无机功能涂料，由下述原料按质量百分比组成：
功能性去甲醛乳液：15-25%；
贝壳粉：35-45%；
钛白粉：16-22%；
余量为水。
在本发明中：
功能性去甲醛乳液：作为涂料的主要功能性原料，具有显著的除甲醛效果，能够有效地降低室内甲醛的浓度，改善室内空气质量。此外，功能性去甲醛乳液还具有较好的附着力和涂料稳定性，能够保证涂料的使用寿命和效果。
贝壳粉在本发明涂料配方中的作用主要有以下几点：
（1）填料：贝壳粉可以作为一种天然的无机填料，为涂料提供良好的填充效果，有助于提高涂料的耐磨性、硬度和抗渗透性。
（2）良好的粘结性：贝壳粉具有较好的粘结性，可以与涂料中的其他成分形成均匀的混合物。这有助于涂料在施工过程中更均匀地分布在被涂表面上。
（3）增加涂膜厚度：贝壳粉可以提高涂料的涂膜厚度，使涂膜具有较好的遮盖力和耐磨性。
（4）环保：贝壳粉是一种环保无污染的天然材料，可替代部分化学合成填料，降低涂料对环境的影响。
（5）改善涂料性能：贝壳粉可以影响涂料的光泽度、流平性、硬度等性能，使涂料更适应不同的应用场合。
（6）消除甲醛：贝壳粉具有一定的消除甲醛的功能，它可以吸附和中和空气中的甲醛，从而改善室内空气质量。
总之，在本发明的涂料配方中贝壳粉具有多种作用，可以提高涂料的性能特别是去甲醛性能和降低涂料对环境的影响。
钛白粉是一种高性能无机颜料，具有良好的遮盖力、颜色稳定性和抗紫外线性能。钛白粉通常用于高质量涂料，可以提高涂料的耐候性和美观性。
水作为涂料的稀释剂和溶剂，可以调节涂料的浓度和粘度，并促进涂料中各种原料的分散和溶解。此外，水还具有较好的挥发性和安全性，不会对人体和环境造成危害。
显然在涂料配方中可以适应性增加分散剂、增稠剂、消泡剂和防腐剂，以实现其对应的基本功能。例如：分散剂是一种助剂，可以增强涂料中固体颗粒的分散性，避免颗粒聚集和沉淀，提高涂料的稳定性和使用寿命；增稠剂是一种助剂，可以增加涂料的粘度和黏稠度，提高涂料的遮盖力和附着力，使其更容易涂覆在墙面或其他基材上；消泡剂是一种助剂，可以降低涂料中的泡沫和气泡，避免在涂覆过程中产生气泡，影响涂料的外观和质量；防腐剂是一种助剂，用于防止涂料中的微生物生长和腐败。由于涂料常常受到潮湿和高温等环境因素的影响，这些因素会创造适宜微生物繁殖的条件，导致涂料变质、发霉、产生异味等问题。添加防腐剂可以延长涂料的使用寿命和质量，避免出现这些问题，同时保护墙面或其他基材不受损坏。如果不添加该助剂，其相对应的功能也随之消失。
本发明的抗甲醛的贝壳无机功能涂料可以采用本行业常规方法制备而成，例如将贝壳粉和钛白粉、功能性去甲醛乳液和水，搅拌混合均匀，直到涂料均匀稠密。显然本发明的核心在于抗甲醛的贝壳无机功能涂料配方中各原料的优选，从而有效实现抗甲醛的功效。
优选地，一种功能性去甲醛乳液，包括单体、功能性单体：
所述单体为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯和丙烯酸丁酯中的至少一种；
所述功能性单体为丙烯酰胺和甲基丙烯酰肼中的至少一种。
优选地，一种功能性去甲醛乳液，包括单体、功能性单体、表面活性剂和引发剂：
所述单体为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯和丙烯酸丁酯中的至少一种；
所述功能性单体为丙烯酰胺和甲基丙烯酰肼中的至少一种。
优选地， 所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠。
优选地，所述引发剂为过氧化苯甲酰。
进一步优选地，本发明配方中的功能性去甲醛乳液，由下述原料按质量百分比组成：
丙烯酸甲酯20-30%；
丙烯酸乙酯5-15%；
丙烯酸丁酯5-15%；
丙烯酰胺和/或甲基丙烯酰肼5-15%；
十二烷基苯磺酸钠1-3%；
过氧化苯甲酰0.1-0.5%；
余量为水。
显然在功能性去甲醛乳液配方中还可以添加助剂，例如考虑在配方中加入适量的防腐剂、抗沉降剂、分散剂等助剂，以提高乳液的稳定性和储存期。这些助剂的总量通常应控制在1-3%（重量）以内。
丙烯酸甲酯：丙烯酸甲酯是一种具有高分子结构的单体，具有较好的聚合性和交联性，可以用作功能性去甲醛乳液的主要成分之一。丙烯酸甲酯能够与其他丙烯酸酯类单体进行自由基聚合反应，形成高分子链，从而形成乳液的基质结构，使乳液具有良好的稳定性和流变性。丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯：丙烯酸乙酯和丙烯酸丁酯是另外两种丙烯酸酯类单体，也能够参与到乳液的聚合反应中，从而增强乳液的稳定性和黏度。同时，丙烯酸乙酯和丙烯酸丁酯的添加可以调节功能性去甲醛乳液的性能和应用范围，使乳液具有更好的适应性和使用性能。
在本发明功能性去甲醛乳液配方中使用丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯和丙烯酸丁酯三种丙烯酸酯类共聚单体，相对于采用单一丙烯酸酯类共聚单体，可以改善涂料的柔韧性、耐候性和附着力等性能。
丙烯酰胺、甲基丙烯酰肼：丙烯酰胺（CAS No.：79-06-1）和甲基丙烯酰肼（CASNo.：2388-01-4）是功能性单体，可以增强涂料的耐污染性、附着力和耐磨性等。
特别的，丙烯酰胺和甲基丙烯酰肼结构中的氮原子还可以与甲醛反应生成稳定的化合物，能够有效地吸收游离甲醛。这两种反应都能有效地吸收甲醛，并将其转化为稳定的有机化合物，从而降低空气中的甲醛含量。丙烯酰胺和甲基丙烯酰肼结构中的氮原子对甲醛具有很强的亲和力，可以与甲醛反应生成稳定的化合物，能够有效地吸收游离甲醛。
在涂料中加入丙烯酰胺和甲基丙烯酰肼这些功能单体可以提高涂料对甲醛的吸附能力。通过在乳液合成阶段在主链大分子上接枝这些具备吸醛功能的单体，乳液制成涂料后，涂料成膜后功能单体能与空气中的甲醛反应，从而降低空气中的甲醛含量，达到降醛效果。
进一步的，发明人通过实验发现丙烯酰胺和甲基丙烯酰肼在去甲醛性能上的具有协同增效作用，优选地丙烯酰胺和甲基丙烯酰肼质量比为（1-3）:（1-3）。发明人进一步探索其可能的协同作用机理：
（1）反应速率的影响：丙烯酰胺和甲基丙烯酰肼的反应活性不同，这意味着它们与甲醛的反应速率有差异。当这两种功能单体同时存在时，它们可以针对不同速率的反应进行互补，从而实现更高的甲醛去除效果。
（2）产物稳定性：羟甲基化合物和亚甲基化合物具有不同的稳定性，这意味着它们对甲醛的吸附能力和稳定性有所不同。当这两种产物共同存在时，它们可以共同吸附甲醛，增加其在涂料表面的稳定性。
（3）分子间作用：丙烯酰胺和甲基丙烯酰肼生成的产物可能在分子间发生相互作用。这种相互作用可能导致产物结构的改变，从而提高它们对甲醛的吸附能力。
（4）多功能性：在涂料中同时存在丙烯酰胺和甲基丙烯酰肼可能增加了涂料对甲醛的吸附位点，从而提高了涂料的去甲醛效果。
十二烷基苯磺酸钠：十二烷基苯磺酸钠是一种离子型表面活性剂，可以降低功能性去甲醛乳液中的表面张力，增加液体间的相容性，从而提高涂料的分散性和稳定性。
过氧化苯甲酰：一种过氧化物类引发剂，又称引发剂BPO ，CAS号：94-36-0，在聚合反应中可以快速分解，产生大量的自由基，从而引发单体的聚合反应。
水是功能性去甲醛乳液的稀释剂和溶剂，可以调节乳液的浓度和粘度，并促进液体中各种原料的分散和溶解。此外，水还可以降低涂料的成本和毒性，提高涂料的环保性能和安全性。
总的来说，功能性去甲醛乳液中的各种原料相互作用，共同发挥涂料的特殊功能和性能，使其具有除甲醛、防污染、附着力强等优良性能。
上述功能性去甲醛乳液的制备方法，包括下述步骤：
（1）乳化：将乳化剂十二烷基苯磺酸钠加入水中，搅拌均匀，形成稳定的乳化液；
（2）聚合反应：将单体丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯和丙烯酸丁酯以及功能单体丙烯酰胺和/或甲基丙烯酰肼加入乳化液中，再加入引发剂过氧化苯甲酰，搅拌均匀，在恒温水浴中加热至60-80℃，并在此温度下维持4-6小时以进行自由基聚合反应。在反应过程中，单体丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯和丙烯酸丁酯在主链大分子上接枝。
（3）冷却与稳定：聚合反应完成后，将乳液冷却至室温，得到本发明功能性去甲醛乳液。
本发明还公开了上述功能性去甲醛乳液在制备去甲醛涂料中的应用。
相对于现有技术，本发明提供的抗甲醛的贝壳无机功能涂料及其制备方法，之本工艺简单，原料易得，涂料对甲醛的去除效果明显。
具体实施方式
贝壳粉：河北灵寿产，品牌-怡然，煅烧级，1250目，贝壳粉。
钛白粉：河北磊彩公司，品牌-磊彩，规格R-996+，金红石型钛白粉。
实施例1
一种功能性去甲醛乳液，由下述原料按质量百分比组成：
丙烯酸甲酯25%；
丙烯酸乙酯10%；
丙烯酸丁酯10%；
丙烯酰胺10%；
十二烷基苯磺酸钠2%；
过氧化苯甲酰0.3%；
余量为水。
所述功能性去甲醛乳液制备方法，包括下述步骤：
（1）乳化：将十二烷基苯磺酸钠加入水中，搅拌均匀，形成稳定的乳化液；
（2）聚合反应：将丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯和丙烯酸丁酯、丙烯酰胺加入乳化液中，再加入过氧化苯甲酰，搅拌均匀，在恒温水浴中加热至75℃，并在此温度下维持5小时反应。
（3）冷却与稳定：聚合反应完成后，将乳液冷却至室温，得到本发明功能性去甲醛乳液。
实施例2
一种功能性去甲醛乳液，由下述原料按质量百分比组成：
丙烯酸甲酯25%；
丙烯酸乙酯10%；
丙烯酸丁酯10%；
甲基丙烯酰肼10%；
十二烷基苯磺酸钠2%；
过氧化苯甲酰0.3%；
余量为水。
所述功能性去甲醛乳液制备方法，包括下述步骤：
（1）乳化：将十二烷基苯磺酸钠加入水中，搅拌均匀，形成稳定的乳化液；
（2）聚合反应：将丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯和丙烯酸丁酯、甲基丙烯酰肼加入乳化液中，再加入过氧化苯甲酰，搅拌均匀，在恒温水浴中加热至75℃，并在此温度下维持5小时反应。
（3）冷却与稳定：聚合反应完成后，将乳液冷却至室温，得到本发明功能性去甲醛乳液。
实施例3
一种功能性去甲醛乳液，由下述原料按质量百分比组成：
丙烯酸甲酯25%；
丙烯酸乙酯10%；
丙烯酸丁酯10%；
丙烯酰胺5%；
甲基丙烯酰肼5%；
十二烷基苯磺酸钠2%；
过氧化苯甲酰0.3%；
余量为水。
所述功能性去甲醛乳液制备方法，包括下述步骤：
（1）乳化：将十二烷基苯磺酸钠加入水中，搅拌均匀，形成稳定的乳化液；
（2）聚合反应：将丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯和丙烯酸丁酯、丙烯酰胺和甲基丙烯酰肼加入乳化液中，再加入过氧化苯甲酰，搅拌均匀，在恒温水浴中加热至75℃，并在此温度下维持5小时反应。
（3）冷却与稳定：聚合反应完成后，将乳液冷却至室温，得到本发明功能性去甲醛乳液。
实施例4
一种抗甲醛的贝壳无机功能涂料，由下述原料按质量百分比组成：
实施例1制备的功能性去甲醛乳液：20%；
贝壳粉：40%；
钛白粉：20%；
余量为水。
50℃温度下，将贝壳粉和钛白粉、功能性去甲醛乳液和水，搅拌混合均匀，制得本发明的抗甲醛的贝壳无机功能涂料。
实施例5
一种抗甲醛的贝壳无机功能涂料，由下述原料按质量百分比组成：
实施例2制备的功能性去甲醛乳液：20%；
贝壳粉：40%；
钛白粉：20%；
余量为水。
50℃温度下，将贝壳粉和钛白粉、功能性去甲醛乳液和水，搅拌混合均匀，制得本发明的抗甲醛的贝壳无机功能涂料。
实施例6
一种抗甲醛的贝壳无机功能涂料，由下述原料按质量百分比组成：
实施例3制备的功能性去甲醛乳液：20%；
贝壳粉：40%；
钛白粉：20%；
余量为水。
50℃温度下，将贝壳粉和钛白粉、功能性去甲醛乳液和水，搅拌混合均匀，制得本发明的抗甲醛的贝壳无机功能涂料。
对比例1
一种抗甲醛的贝壳无机功能涂料，由下述原料按质量百分比组成：
树脂乳液：20%；
贝壳粉：40%；
钛白粉：20%；
余量为水。
50℃温度下，将贝壳粉和钛白粉、树脂乳液和水，搅拌混合均匀，制得本发明的抗甲醛的贝壳无机功能涂料。
上述树脂乳液，由下述原料按质量百分比组成：
丙烯酸甲酯35%；
丙烯酸乙酯10%；
丙烯酸丁酯10%；
十二烷基苯磺酸钠2%；
过氧化苯甲酰0.3%；
余量为水。
所述树脂乳液制备方法，包括下述步骤：
（1）乳化：将十二烷基苯磺酸钠加入水中，搅拌均匀，形成稳定的乳化液；
（2）聚合反应：将丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯和丙烯酸丁酯加入乳化液中，再加入过氧化苯甲酰，搅拌均匀，在恒温水浴中加热至75℃，并在此温度下维持5小时反应。
（3）冷却与稳定：聚合反应完成后，将乳液冷却至室温，得到所述树脂乳液。
测试例：
参考现有技术中的测试方法，涂料去甲醛性能测试步骤如下：
将涂料均匀涂于0.4m2的玻璃板表面，涂覆密度为50克涂料/m2，室内室温放置5天。
然后将玻璃板放入1m3玻璃舱中注射3μL分析纯甲醛（37％），密闭鼓风1小时后参照GB/T16129-1995《居住区大气中甲醛卫生检验标准方法 分光光度法》进行空气中甲醛含量测量，平行10组，取平均值。
表1环保去甲醛涂料的甲醛去除率
| 甲醛去除率（%） | |
| 实施例4 | 91.6 |
| 实施例5 | 95.3 |
| 实施例6 | 98.5 |
| 对比例1 | 33.9 |
当然，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并非来限制本发明实施范围，凡依本发明申请专利范围所述构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本发明申请专利范围内。
Claims (3)
1.一种抗甲醛的贝壳无机功能涂料，由下述原料按质量百分比组成：
功能性去甲醛乳液：10-30％；
贝壳粉：30-50％；
钛白粉：12-24％；
余量为水；
所述功能性去甲醛乳液，由下述原料按质量百分比组成：
丙烯酸甲酯20-30％；
丙烯酸乙酯5-15％；
丙烯酸丁酯5-15％；
丙烯酰胺和甲基丙烯酰肼5-15％；
十二烷基苯磺酸钠1-3％；
过氧化苯甲酰0.1-0.5％；
余量为水；
所述丙烯酰胺和甲基丙烯酰肼质量比为(1-3):(1-3)。
2.如权利要求1所述的抗甲醛的贝壳无机功能涂料，由下述原料按质量百分比组成：
功能性去甲醛乳液：15-25％；
贝壳粉：35-45％；
钛白粉：16-22％；
余量为水。
3.如权利要求1或2所述的抗甲醛的贝壳无机功能涂料的制备方法，其特征在于：将贝壳粉和钛白粉、功能性去甲醛乳液和水，搅拌混合均匀。
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