專利名稱：一種環(huán)保型光催化內(nèi)墻涂料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種環(huán)保型光催化內(nèi)墻涂料及其制備方法。確切地說，本發(fā)明涉及一種可以用作室內(nèi)空氣凈化，具有材料表面抗污染、抗菌、自凈、消霧等功能的光催化內(nèi)墻涂料及其制造方法。本發(fā)明屬建筑高分子化工涂料制造工藝技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
二氧化鈦光催化劑在波長(zhǎng)不小于帶隙能量的光波輻照下，電子在光激發(fā)作用下躍遷到導(dǎo)帶，同時(shí)在價(jià)帶產(chǎn)生相應(yīng)的空穴，由此產(chǎn)生的強(qiáng)還原能力和強(qiáng)氧化能力可用于有機(jī)物的分解，從而這種光催化技術(shù)被廣泛應(yīng)用于空氣凈化領(lǐng)域，用以降解室內(nèi)外空氣中的甲醛，苯、甲苯、二甲苯等芳香族化合物，氨，細(xì)菌，以及汽車的尾氣如NO、SO2等。另外，作為最常用的光催化劑二氧化鈦，在到達(dá)納米級(jí)別時(shí)所顯現(xiàn)出的超親水性，更為其應(yīng)用領(lǐng)域的拓寬做出巨大的貢獻(xiàn)，如自清潔、消霧等等。
中國(guó)專利00808643提出了一種在基板上鍍膜的方法，使基板表面與含有鈦源和氧源的流體混合物接觸，于600℃高溫下在基板表面沉積氧化鈦涂層；中國(guó)專利00101041提出了一種濺射成膜法，利用濺射氣體的等離子體使氧化鈦靶子進(jìn)行濺射，在真空環(huán)境中，于成膜對(duì)象表面制造薄膜；中國(guó)專利01130896提出了一種用溶膠-凝膠法制備薄膜光催化劑的方法，利用多次旋轉(zhuǎn)鍍膜或多次提拉的方法在基地材料上用溶膠制備薄膜，而后高溫煅燒實(shí)現(xiàn)其光催化性；中國(guó)專利01128387提出了一種用二氧化鈦溶膠負(fù)載到陶瓷表面的方法，以低碳醇、鈦酸酯或強(qiáng)酸氧鈦鹽、水為原料混合制成二氧化鈦溶膠，采用浸涂或噴涂法將之負(fù)載到陶瓷釉面上，于600℃左右高溫灼燒。上述物理方法中濺射法、CVD、真空蒸鍍法等，皆需要使用較大的真空裝置，生產(chǎn)成本較高；而溶膠—凝膠法制得的膜，其耐水性和強(qiáng)度不高，大大縮短膜的使用壽命，且該法需經(jīng)高溫處理，所以在耐熱性低的塑料表面就行不通，由此限制了它的應(yīng)用領(lǐng)域。
此外，很多國(guó)外的研究者使用了粘結(jié)劑制膜。CN1164198A以熱固性樹脂和光催化劑溶膠的懸浮液體系作為光催化功能層，通過粘結(jié)劑層與基材相結(jié)合，再加熱使樹脂固化。這種方法能在基材表面形成牢固的光催化層，但步驟繁瑣，涉及樹脂的熱固化過程，施工不便；CN1101591A選用甲苯等做溶劑，用氟化高聚物和光催化劑顆粒制備出光催化劑復(fù)合物，加入硬化劑于低于400℃的溫度下固化成膜；日本專利申請(qǐng)公開平4-334552通過加熱熔化一種氟化高聚物以粘結(jié)光催化劑顆粒；日本專利特開平5-253544是在板狀基材表面形成粘合劑層，用噴吹的方法使光催化劑粉體從粘接劑層露出，而后加熱至300℃-900℃使粘接劑層熔融，再冷卻固化。這三種制備法都涉及基材表面的高溫處理，因而對(duì)于一些不耐高溫的材料如塑料表面難以使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種環(huán)保型光催化內(nèi)墻涂料及其制造方法，更確切地說，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種可以用作室內(nèi)空氣凈化，具有材料表面抗污染、抗菌、自凈、消霧等功能的光催化內(nèi)墻涂料及其制造方法。
一種環(huán)保型光催化內(nèi)墻涂料，采用無機(jī)、有機(jī)復(fù)合乳液作為成膜物質(zhì)，而光催化劑以功能填料形式分散于其中，再輔以助劑及其它功能型添加劑，制成一種常溫固化的水性環(huán)保涂料；該涂料的特征在于具有以下各原料組分及重量百分配比硅丙乳液和聚丙烯酸酯乳液中的一種或兩種的混合液 10-35％硅溶膠 5-15％納米級(jí)的銳鈦礦相或銳鈦礦相和金紅石相的混合相二氧化鈦顆粒，或經(jīng)表面處理的二氧化鈦復(fù)合顆粒，即光催化劑 2-15％顏料和填料及其它添加劑 10-20％水溶劑 余量。
本發(fā)明的一種環(huán)保型光催化內(nèi)墻涂料的制造方法，其特征在于，該方法包括以下各工藝步驟和程序a.先將顆粒二氧化鈦光催化劑加入一定量的聚羧酸鹽高分子分散劑和水中，并通過砂磨，使其成為分散液；光催化劑分散液的固含量為10-40％，最佳為30％；砂磨分散時(shí)間最好為6-8小時(shí)；b.將顏料、填料、成膜助劑、功能性添加劑如消泡劑、潤(rùn)濕劑加入于適量水中，并加入一定量聚羧酸鹽分散劑，通過高速攪拌機(jī)，制成漿料，也稱作顏漿；c.將上述二氧化鈦光催化劑分散液、顏漿與成膜物質(zhì)高分子硅丙乳液和丙烯酸乳液中的一種或兩種，及硅溶膠在低速剪切下分散混合，攪拌1小時(shí)即可得到光催化內(nèi)墻涂料。
上述的二氧化鈦光催化劑分散液的用量以成膜物質(zhì)復(fù)合乳液質(zhì)量的10-15％為最佳。
上述的顏料為一般有色無機(jī)顏料，如鈦白粉；填料可以為重質(zhì)碳酸鈣、滑石粉、高嶺土、硅酸鋁；消泡劑為聚硅氧烷類消泡劑；潤(rùn)濕劑為改性烷基酚聚氧乙烯醚。
本發(fā)明方法制備的光催化內(nèi)墻涂料，其中光催化劑主要是，由單一銳鈦礦相組成或是由銳鈦礦相和金紅石相混合相組成的二氧化鈦，若加以表面改性可實(shí)現(xiàn)不同功能需要。本發(fā)明的光催化內(nèi)墻涂料涂敷在材料表面，在波長(zhǎng)不小于帶隙能量的射線輻照下，可有效降解周圍空氣中污染物質(zhì)，對(duì)室內(nèi)的甲醛苯酚等有機(jī)有害小分子進(jìn)行降解。用于照射的光源包括熒光燈、黑光燈、鹵素?zé)?、汞燈、太陽光等。?yōu)選的光源波長(zhǎng)是近紫外線的300-400nm。基于本發(fā)明中二氧化鈦光催化劑達(dá)納米級(jí)別，在所屬光線下體現(xiàn)出超親水性，所以還顯現(xiàn)出抗菌、自凈、消霧等多種效用。
經(jīng)試驗(yàn)，將涂有按本發(fā)明方法制備的光催化涂料的玻璃板放入反應(yīng)裝置中。用微量進(jìn)樣器從進(jìn)樣口注入濃度為38％的分析純甲醛1.0微升，開啟風(fēng)扇，從取樣口用甲醛測(cè)試儀進(jìn)行測(cè)試，打開熒光燈，24小時(shí)后HCHO降解率可達(dá)到70％左右。
經(jīng)試驗(yàn)，本發(fā)明所述方法制備的光催化功能涂料符合GB/T9755-2001《合成樹脂乳液外墻涂料》主要標(biāo)準(zhǔn)，各種測(cè)試及標(biāo)準(zhǔn)如下表所示表涂料性能

本發(fā)明方法制備的光催化內(nèi)墻涂料也可用于玻璃、陶瓷、鋼材、鋁材、石材、木材、塑料等多種材料表面。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)將本發(fā)明的具體實(shí)施例敘述于后本發(fā)明按前述的工藝程序和步驟進(jìn)行。
實(shí)施例一取銳鈦礦相納米二氧化鈦TiO2(A)，加入一定量的水和聚羧酸鹽分散劑，并在4000轉(zhuǎn)/分鐘轉(zhuǎn)速下砂磨6小時(shí)，該光催化劑TiO2分散液固含量為30％。
然后取顏料鈦白粉10克、重質(zhì)碳酸鈣15克、滑石粉4克、高嶺土3克、硅酸鋁1克、聚硅氧烷類消泡劑1克、潤(rùn)濕劑改性烷基酚聚乙烯醚1克、聚羧酸鹽分散劑2克、水20克，在高速攪拌機(jī)內(nèi)共同高速攪拌1小時(shí)，最后加入上述光催化劑分散液10克，再高速攪拌30分鐘，得到顏漿。
在低速攪拌下，往上述顏漿中加入硅丙乳液20克、硅溶膠10克、水3克，分散30分鐘后，得光催化內(nèi)墻涂料。
將上述所得涂料涂覆在150mm×70mm×(4-6)mm的石棉水泥板上，常溫干燥1小時(shí)，成為本發(fā)明的光催化涂層(樣品a)。
實(shí)施例二采用與實(shí)施例一相同的顏漿。在低速攪拌下加入硅丙乳液12克、丙烯酸乳液12克、硅溶膠9克，分散30分鐘后，得光催化內(nèi)墻涂料。
將上述配方的涂料涂覆在150mm×70mm×(4-6)mm的石棉水泥板上，常溫干燥1小時(shí)，成為本發(fā)明的光催化涂層(樣品b)。
實(shí)施例三采用與實(shí)施例1相同的顏漿。在低速攪拌下加入丙烯酸乳液24克、硅溶膠9克，分散30分鐘后，得光催化內(nèi)墻涂料。
將上述配方的涂料涂覆在150mm×70mm×(4-6)mm的石棉水泥板上，常溫干燥1小時(shí)，成為本發(fā)明的光催化涂層(樣品c)。
實(shí)施例四采用與例1相同的顏漿。在低速攪拌下加入硅丙乳液30克、水3克，分散30分鐘后，得光催化內(nèi)墻涂料。
將上述配方的涂料涂覆在150mm×70mm×(4-6)mm的石棉水泥板上，常溫干燥1小時(shí)，成為本發(fā)明的光催化涂層(樣品d)。
作為上述實(shí)施例的對(duì)比例可敘述如下對(duì)比例一采用與實(shí)施例1相同的顏漿。在低速攪拌下加入苯丙乳液30克、水3克，分散30分鐘后，得光催化內(nèi)墻涂料。
將上述配方的涂料涂覆在150mm×70mm×(4-6)mm的石棉水泥板上，常溫干燥1小時(shí)，成為光催化涂層(樣品e)。
將實(shí)施例和對(duì)比例得到的光催化涂層(石棉水泥板樣品a-e)等距離暴露在300w紫外燈下。其結(jié)果如表2所示
表2耐紫外線試驗(yàn)

在本發(fā)明的樣品a-d中，可觀察到涂料略有老化現(xiàn)象，但也說明了其成膜物質(zhì)沒有在二氧化鈦光催化作用下降解。而未用任何耐候性乳液的對(duì)比例一樣品e出現(xiàn)明顯黃化，說明其中成膜物質(zhì)被銳鈦礦相二氧化鈦的光催化作用降解分解。
實(shí)施例五取自制銳鈦礦相納米二氧化鈦TiO2(A)，加入一定量的水和聚羧酸鹽分散劑，并在4000轉(zhuǎn)/分鐘轉(zhuǎn)速下砂磨6小時(shí)，使其成為分散液，該納米光催化劑分散液的固含量為30％。
然后取顏料鈦白粉10克、重質(zhì)碳酸鈣12克、滑石粉3克、高嶺土2克、硅酸鋁1克、聚硅氧烷類消泡劑1克、潤(rùn)濕劑改性烷基酚聚氧乙烯醚1克、聚羧酸鹽分散劑2克，水10克、在攪拌機(jī)內(nèi)共同高速攪拌1小時(shí)，最后加入上述光催化劑TiO2分散液20克，再高速攪拌30分鐘，得到顏漿。
在低速攪拌下，往上述顏漿中加入硅丙乳液12克、丙烯酸乳液12克、硅溶膠9克，分散30分鐘后，得光催化內(nèi)墻涂料。
將上述配方的涂料涂覆在300mm×300mm的玻璃板上，常溫干燥1小時(shí)，成為本發(fā)明的光催化涂層(樣品f)。
實(shí)施例六取自制Al2O3/TiO2(A)光催化劑，加入一定量水和聚羧酸鹽分散劑，并在4000轉(zhuǎn)/分鐘轉(zhuǎn)速下砂磨6小時(shí)，該納米光催化劑TiO2分散液的固含量為30％的。
然后稱取顏料鈦白粉10克、重質(zhì)碳酸鈣12克、滑石粉3克、高嶺土2克、硅酸鋁1克、聚硅氧烷類消泡劑1克、潤(rùn)濕劑改性烷基酚聚氧乙烯醚1克、聚羧酸鹽分散劑2克，水10克、在攪拌機(jī)內(nèi)共同高速攪拌1小時(shí)，最后加入上述光催化劑分散液20克，高速攪拌30分鐘，得到顏漿。
在低速攪拌下，往上述顏漿中加入硅丙乳液12克、丙烯酸乳液12克、硅溶膠9克，分散30分鐘后，得光催化內(nèi)墻涂料。
將上述配方的涂料涂覆在300mm×300mm的玻璃板上，常溫干燥1小時(shí)，成為本發(fā)明的光催化涂層(樣品g)。
對(duì)比例二取銳鈦礦相二氧化鈦(P25，德國(guó)Degussa公司)，加入一定量的水和聚羧酸鹽分散劑，并在4000轉(zhuǎn)/分鐘轉(zhuǎn)速下砂磨6小時(shí)，得納米光催化劑TiO2分散液的固含量為30％。
然后取顏料鈦白粉10克、重質(zhì)碳酸鈣12克、滑石粉3克、高嶺土2克、硅酸鋁1克、聚硅氧烷類消泡劑1克、潤(rùn)濕劑改性烷基酚聚氧乙烯醚1克、聚羧酸鹽分散劑2克，水10克、在攪拌機(jī)內(nèi)共同高速攪拌1小時(shí)，最后加入上述光催化劑TiO2分散液20克，再高速攪拌30分鐘，得到顏漿。
在低速攪拌下，往上述顏漿中加入硅丙乳液12克、丙烯酸乳液12克、硅溶膠9克，分散30分鐘后，得光催化內(nèi)墻涂料。
將上述配方的涂料涂覆在18mm×250mm的玻璃板上，常溫干燥1小時(shí)，得樣品h。
將實(shí)施例五、實(shí)施例六的玻璃板的樣品(f-g)與對(duì)比例二的玻璃板樣品(h)，分別置于反應(yīng)裝置中。用微量進(jìn)樣器從進(jìn)樣口注入濃度為38％的分析純甲醛1.0微升，開啟風(fēng)扇，從取樣口用甲醛測(cè)試儀進(jìn)行測(cè)試，打開熒光燈。其結(jié)果，本發(fā)明的樣品f的甲醛降解率為69％，樣品g的甲醛降解率為71％；而德國(guó)TiO2的樣品h的甲醛降解率為22％。
權(quán)利要求
1.一種環(huán)保型光催化內(nèi)墻涂料，采用無機(jī)、有機(jī)復(fù)合乳液作為成膜物質(zhì)，而光催化劑以功能填料形式分散于其中，再輔以助劑及其它功能型添加劑，制成一種常溫固化的水性環(huán)保涂料；該涂料的特征在于具有以下各原料組分及重量百分配比硅丙乳液和聚丙烯酸酯乳液中的一種或兩種的混合液 10-35％硅溶膠 5-15％納米級(jí)的銳鈦礦相或銳鈦礦相和金紅石相的混合相二氧化鈦顆粒，或經(jīng)表面處理的二氧化鈦復(fù)合顆粒，即光催化劑 2-15％顏料和填料及其它添加劑 10-20％水溶劑 余量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)保型光催化內(nèi)墻涂料的制造方法，其特征在于，該方法包括以下各工藝步驟和程序a.先將顆粒二氧化鈦光催化劑加入一定量的聚羧酸鹽高分子分散劑和水的混合溶液中，并通過砂磨，使其成為分散液；光催化劑分散液的固含量為10-40％，最佳為30％；砂磨分散時(shí)間最好為6-8小時(shí)；b.將顏料、填料、成膜助劑、功能性添加劑如消泡劑、潤(rùn)濕劑加入于適量水中，并加入一定量聚羧酸鹽分散劑，通過高速攪拌機(jī)，制成漿料，也稱作顏漿；c.將上述二氧化鈦光催化劑分散液、顏漿與成膜物質(zhì)高分子硅丙乳液和丙烯酸乳液中的一種或兩種，及硅溶膠在低速剪切下分散混合，攪拌1小時(shí)即可得到光催化內(nèi)墻涂料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的環(huán)保型光催化內(nèi)墻涂料的制造方法，其特征在于二氧化鈦光催化劑分散液的用量以成膜物質(zhì)復(fù)合乳液質(zhì)量的10-15％為最佳。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的環(huán)保型光催化內(nèi)墻涂料的制造方法，其特征在于所述的顏料為一般有色無機(jī)顏料，如鈦白粉；填料可以為重質(zhì)碳酸鈣、滑石粉、高嶺土、硅酸鋁；消泡劑為聚硅氧烷類消泡劑；潤(rùn)濕劑為改性烷基酚聚氧乙烯醚。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種環(huán)保型光催化內(nèi)墻涂料及其制備方法。屬建筑高分子化工涂料制造工藝技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的環(huán)保型光催化內(nèi)墻涂料，采用無機(jī)、有機(jī)復(fù)合乳液作為成膜物質(zhì)，而光催化劑以功能填料形式分散于其中，再輔以助劑及其它功能型添加劑，制成一種常溫固化的水性環(huán)保涂料；該涂料的特征在于具有以下各原料組分及重量百分配比硅丙乳液和聚丙烯酸酯乳液中的一種或兩種的混合液為10－35％、硅溶膠為5－15％、納米級(jí)的銳鈦礦相或銳鈦礦相和金紅石相的混合相二氧化鈦顆粒，或經(jīng)表面處理的二氧化鈦復(fù)合顆粒，即光催化劑為2－15％、顏料和填料及其它添加劑為10－20％、水溶劑為余量。本發(fā)明的環(huán)保性光催化內(nèi)墻涂料可有效降解周圍空氣中污染物質(zhì)，凈化室內(nèi)空氣，特別是對(duì)室內(nèi)的甲醛、甲苯等有害有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行降解，且具有抗菌、自凈、消霧等功能。
文檔編號(hào)C09D5/02GK1544558SQ200310108889
公開日2004年11月10日 申請(qǐng)日期2003年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月27日
發(fā)明者施利毅, 孫穎卿, 張劍平 申請(qǐng)人:上海大學(xué)