CN1546584A - 一种环保型光催化外墙涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大气净化光催化外墙涂料及其制备方法。属建筑材料制造工艺技术领域。其特征是采用无机/有机复合乳液作为成膜物质，将光催化剂TiO₂以功能填料的形式分散于其中，再辅以助剂及其他功能性添加剂，制备一种常温固化的水性环保涂料。其中光催化剂主要是由单一锐钛矿相组成或是由锐钛矿相和金红石相混合相组成的二氧化钛，表面包覆不同氧化物以满足不同体系的需要，即表面改性的二氧化钛。这种光催化外墙涂料可以有效降解大气中的污染物质，如NO、SO₂等，起到净化大气的功能。

Description

一种环保型光催化外墙涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种大气净化光催化外墙涂料及其制备方法。属建筑材料制造工艺技术领域。

背景技术

二氧化钛光催化剂在波长不小于带隙能量的光波辐照下，产生强还原活性的电子和强氧化活性的空穴，通过氧化-还原活性使与半导体接触的分子类物质分解。这种光催化技术应用于大气净化领域时，用以降解户外空气中的NO、SO₂、氨以及其它有机小分子有毒有害气体等。

中国专利CN1397377文献中提出将钛醇盐溶于醇溶剂中，加入水和碳黑配成涂覆浆料，以浸提法涂在基板上，多次焙烧后获得二氧化钛光催化薄膜。中国专利CN1354042中提出了磁控溅射成膜法，使用纯金属钛靶材和氧气的直接合成，在玻璃、金属、陶瓷等载体上制膜。这种光催化涂层成本高，应用范围局限。日本专利申请公开平4-334552通过加热熔化一种氟化高聚物以粘结光催化剂颗粒；日本专利特开平5-253544是在板状基材表面形成粘合剂层，用喷吹的方法使光催化剂粉体从粘接剂层露出，而后加热至300℃-900℃使粘接剂层熔融，再冷却固化。这两种制备法都涉及基材表面的高温处理，因而对于一些不耐高温的材料如塑料表面难以使用。中国专利1427052A公开了一种纳米光催化聚氨酯涂料的制备方法，该涂料由纳米浆和改性合成树脂构成，但需通过固化剂实现固化，施工不便。国际专利WO97/00134公开了一种光催化载体结构由光催化剂层、载体、中间粘结层，光催化剂层由金属氧化物溶胶或金属氢氧化物溶胶和光催化剂粉末或溶胶组成，但其中间粘结层和光催化剂层必须加热才能固化。中国专利1422920A公开了一种由变价稀土元素和层状纳米结构物质组装而成的光催化材料的制备方法以及含有该材料的空气净化外墙涂料组合物，其光催化材料制备方法繁琐、生产成本高，影响了该种涂料的实用推广。中国专利1424365A公开了一种纳米二氧化钛光催化杀菌降解涂料的制备方法，该涂料以硅酸盐为成膜物质，使用氟硅酸钠为无机固化剂，但需室温固化48小时以上，或用80℃左右的热风固化，不适合大规模外墙涂料施工。中国专利1450129提出将二氧化钛分散在二氧化硅载体中，加入丙烯酸树脂、水以及助剂组成光照射催化涂料，该涂料不能完全遮盖墙体色泽，不适合用作外墙空气净化涂料。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种由耐氧化、耐气候老化的无机、有机复合乳液即(改为“及”)能净化大气的二氧化钛光催化剂为主组成的外墙涂料。本发明的另一个目的是提供一种制备该光催化外墙涂料的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种环保型光催化外墙涂料，主要采用有机树脂乳液、无机粘结剂、光催化剂、颜料、填料、助剂或添加剂等原料制成，其特征在于该光催化外墙涂料的组分及重量百分含量为：

有机乳液      10-35％    硅溶胶        5-15％

光催化剂      2-15％     颜料、填料    10-20％

助剂添加剂    1-2％      溶剂水        20-30％；

其中，有机乳液为：有机氟乳液、有机硅乳液、聚丙烯酸酯乳液的一种或一种以上的混合乳液；

无机粘结剂为：硅溶胶；

光催化剂为：锐钛矿相二氧化钛，或者由锐钛矿相和金红石相混合组成的二氧化钛；或表面改性的二氧化钛；

颜料为钛白粉，填料为重质碳酸钙、滑石粉、高岭图、硅酸铝；

助剂或添加剂有：分散剂聚羧酸盐类，消泡剂聚硅氧烷类，润湿剂改性烷基酚聚氧乙烯醚。

本发明的一种环保型光催化外墙涂料的制造方法，其特征在于，该方法包括以下各工艺步骤和程序：

a.将光催化剂二氧化钛放入砂磨机中，加入水并加入一定量的分散剂聚羧酸盐，混磨制成一定浓度的浆液；光催化剂浆液的浓度为10-40％，最佳为30％；

b.将颜料、填料助剂、添加剂加入高速分散器中，并添加一定量分散剂聚羧酸盐，制成浆料；

c.将有机高分子乳液、硅溶胶、光催化剂及上述浆液，在低剪切下混合，滴加增稠剂致所需粘度后，搅拌1小时即可制成光催化外墙涂料。

在制作过程中，光催化剂的用量以复合乳液质量的30-40％为最佳。

本发明方法制备的光催化外墙涂料，其中光催化剂主要是由单一锐钛矿相组成或是由锐钛矿相和金红石相混合相组成的二氧化钛，若加以表面改性可实现不同体系需要。

本发明的光催化功能涂料涂敷在材料表面，在波长不小于带隙能量的射线辐照下，可有效降解周围大气中污染物质，如汽车尾气NO、SO₂等。用于照射的光源包括太阳光、荧光灯、黑光灯、卤素灯、汞灯等。优选的光源波长是近紫外线的300-400nm。经试验，将涂有按本发明所述方法制备的光催化涂料的玻璃板放入流通管式反应装置内，往反应器中通入浓度为5ppm的SO₂/NO，流量为40ml/min，气体相应停留时间3.75min，接通紫外光源，SO₂/NO平均脱除率在80％左右。

经试验，本发明所述方法制备的光催化功能涂料符合GB/T 9755-2001《合成树脂乳液外墙涂料》主要标准，各种测试及标准如下表所示。

                      表  涂料性能

检验项目	技术指标
		容器中状态	搅拌混合后无硬块，呈均匀状态
施工性	涂刷二道无障碍
		固含量(％)	48-50％
涂膜外观	正常
		干燥时间/h	1
耐水性	96h无异常
		耐碱性	48h无异常
耐洗刷性，次	1000次通过
		耐沾污性(白色和浅色1))/％	17
涂层耐温变性(5次循环)	无异常
		对比率	0.89
耐候性	500h不起泡、不剥落、无裂纹

具体实施方式

现将本发明的具体实施例叙述于后：

实施例一：先取锐钛矿相纳米二氧化钛TiO₂(A)，加入适量水和分散剂聚羧酸盐，在砂磨机中以4000转/分钟的转速砂磨6小时，得30％的纳米光催化剂分散液。

称取水20克、颜料钛白粉10克、填料重质碳酸钙15克、滑石粉4克、高岭土3克、硅酸铝1克、消泡剂聚硅氧烷1克、润湿剂改性烷基酚聚氧乙烯醚2克，在高速搅拌1小时，然后加入上述的光催化剂分散液6.67克，高速搅拌30分钟，得到混合浆液，也称为颜浆。

在低速搅拌下，往上述颜浆中加入有机氟乳液25克、水11.33克，搅拌分散30分钟后，得光催化外墙涂料。

将上述配方的涂料涂覆在150mm×70mm×(4-6)mm的石棉水泥板上，常温干燥1小时，成为本发明的光催化涂层(样品a)。

实施例二：本实施例的制备方法与前述实施例相同。采用与实施例一相同的颜浆。在低速搅拌下加入有机氟乳液10克、丙烯酸乳液12克、硅溶胶10克、水4.33克，搅拌分散30分钟后，得光催化外墙涂料。

将上述配方的涂料涂覆在150mm×70mm×(4-6)mm的石棉水泥板上，常温干燥1hr，成为本发明的光催化涂层(样品b)。

实施例三：本实施例的制备方法与前述实施例相同。采用与实施例一相同的颜浆。在低速搅拌下加入有机硅乳液18克、丙烯酸乳液12克、水6.33克，分散30分钟后，得光催化外墙涂料。

将上述配方的涂料涂覆在150mm×70mm×(4-6)mm的石棉水泥板上，常温干燥1hr，成为本发明的光催化涂层(样品c)。

对比例一：采用与实施例一相同的颜浆。在低速搅拌下加入苯丙乳液30克、水6.33克，搅拌分散30分钟后，得光催化外墙涂料。

将上述配方的涂料涂覆在150mm×70mm×(4-6)mm的石棉水泥板上，常温干燥1hr，成为光催化涂层(样品d)。

将上述实施例和对比例得到的光催化涂层样品(石棉水泥板样品a-d)等距离暴露在300w紫外灯下。其结果如表1所示：

                    表1  耐紫外光试验结果

	样品	耐紫外实验现象
			实施例1实施例2实施例3对比例1	abcd	63小时后，无异常63小时后，无异常63小时后，无异常3小时后，边缘变黄，无开裂，5h后，略有开裂

试验表明，本发明的样品a-c上可观察到涂料老化现象，说明其成膜物质不易降解。而未用任何耐候性乳液的对比例1样品d出现明显黄化，说明其中成膜物质被锐钛矿相的二氧化钛的光催化作用降解分解。

实施例四：取自制锐钛矿相纳米二氧化钛TiO₂(A)，加入适量水和分散剂聚羧酸盐，在砂磨机中以4000转/分钟的转速砂磨6小时，得30％的纳米光催化剂TiO₂分散液。

称取水10克、颜料钛白粉10克、填料重质碳酸钙12克、滑石粉3克、高岭土2克、硅酸铝1克、消泡剂聚硅氧烷1克、润湿剂改性烷基酚聚氧乙烯醚1克、分散剂聚羧酸盐2克，在搅拌机中高速搅拌1小时，然后加入上述光催化剂二氧化钛分散液20克，高速搅拌30分钟，得混合浆液，也称为颜浆。

在低速搅拌下，往上述颜浆中加入有机硅乳液18克、丙烯酸乳液12克、水6.33克，搅拌分散30分钟后，得光催化外墙涂料。

将上述配方的涂料涂覆在18mm×250mm的玻璃板上，常温干燥1hr，成为本发明的光催化涂层(样品e)。

实施例五：取自制Al₂O₃/TiO₂(A)光催化剂(即表面改性的TiO₂，加入适量水和分散剂聚羧酸盐，在砂磨机中以4000转/分钟的转速砂磨6小时，得30％的纳米光催化剂分散液。该催化剂TiO₂表面覆盖有Al₂O₃。

称取水10克、钛白粉10克、重质碳酸钙12克、滑石粉3克、高岭土2克、硅酸铝1克、消泡剂聚硅氧烷1克、润湿剂改性烷基酚聚氧乙烯醚1克、分散剂聚羧酸盐2克，在搅拌机中高速搅拌1小时，然后加入上述光催化剂分散液20克，高速搅拌30分钟，得到混合浆液，也称为颜浆。

在低速搅拌下，往上述颜浆中加入有机硅乳液18克、丙烯酸乳液12克、水6.33克，分散30分钟后，得光催化外墙涂料。

将上述配方的涂料涂覆在18mm×250mm的玻璃板上，常温干燥1hr，成为本发明的光催化涂层(样品f)。

对比例二：取锐钛矿相二氧化钛(P25，德国Degussa公司)，加入适量水和分散剂聚羧酸盐，在砂磨机中以4000转/分钟的转速砂磨6小时，得30％的纳米光催化剂分散液。

称取水10克、钛白粉10克、重质碳酸钙12克、滑石粉3克、高岭土2克、硅酸铝1克、消泡剂聚硅氧烷1克、润湿剂改性烷基酚聚氧乙烯醚1克、分散剂聚羧酸盐2克，在搅拌机中高速搅拌1小时，加入上述光催化剂分散液20克，高速搅拌30分钟，得到混合浆液，也称为颜浆。

在低速搅拌下，往上述颜浆中加入有机硅乳液18克、丙烯酸乳液12克、水6.33克，分散30分钟后，得光催化外墙涂料。

将上述配方的涂料涂覆在18mm×250mm的玻璃板上，常温干燥1hr，得样品g。

将实施例和对比例的样品e-h，分别置于流通管式反应装置内，往反应器中通入浓度为5ppm的SO₂/NO，流量为40ml/min，气体相应停留时间3.75min，接通紫外光源。其结果表明：本发明的样品e、f具有优异的SO₂/NO脱除效果。样品e对SO₂/NO的脱除量为4ppm，样品f对SO₂/NO的脱除量为4.5ppm，而对比例样品g的SO₂/NO的脱除量为2.4ppm。

Claims (3)

1.一种环保型光催化外墙涂料，主要采用有机树脂乳液、无机粘结剂、光催化剂、颜料、填料、助剂或添加剂等原料制成，其特征在于该光催化外墙涂料的组分及重量百分含量为：

有机乳液    10-35％            硅溶胶         5-15％

光催化剂    2-15％             颜料、填料     10-20％

助剂添加剂  1-2％              溶剂水         20-30％；

其中，有机乳液为：有机氟乳液、有机硅乳液、聚丙烯酸酯乳液的一种或一种以上的混合乳液；

无机粘结剂为：硅溶胶；

光催化剂为：锐钛矿相二氧化钛，或者由锐钛矿相和金红石相混合组成的二氧化钛；或表面改性的二氧化钛；

颜料为钛白粉，填料为重质碳酸钙、滑石粉、高岭图、硅酸铝；

助剂或添加剂有：分散剂聚羧酸盐类，消泡剂聚硅氧烷类，润湿剂改性烷基酚聚氧乙烯醚。

2.根据权利要求1所述的一种环保型光催化外墙涂料的制造方法，其特征在于，该方法包括以下各工艺步骤和程序：

a.将光催化剂二氧化钛放入砂磨机中，加入水并加入一定量的分散剂聚羧酸盐，混磨制成一定浓度的浆液；光催化剂浆液的浓度为10-40％，最佳为30％；

b.将颜料、填料助剂、添加剂加入高速分散器中，并添加一定量分散剂聚羧酸盐，制成浆料；

c.将有机高分子乳液、硅溶胶、光催化剂及上述浆液，在低剪切下混合，滴加增稠剂致所需粘度后，搅拌1小时即可制成光催化外墙涂料。

3.根据权利要求2所述的环保型光催化外墙涂料的制造方法，其特征在于所述的光催化剂，其用量以复合乳液的30-40％为最佳。