專利名稱:一種復合空氣凈化涂料及其制備方法
技術領域:
本發明涉及一種新型的復合空氣凈化涂料及其制備方法,屬于環保型功能涂料及空氣凈化技術領域。
背景技術:
隨著人們生活水平的提高和建筑裝飾材料的大量使用,室內空氣環境對人體的健康問題逐步被越來越多的人所重視,因此環保型功能建筑涂料也越來越受到關注。例如專利ZL 02810799. 3中發明了一種具有光催化活性和吸附性能的光催化涂料,其中吸附劑以鎂或鈣的硅酸鹽或硅藻土為主,光催化劑則以TiO2或ZnO為主,其涂料本身為溶劑性涂料。專利ZL 200510011793. 8提供了一種氮摻雜納米二氧化鈦改性光催化涂料,該專利中介紹 的是將摻雜氮的納米TiO2加入到水性涂料中,使其具有光催化作用。專利CN1962776A提供了一種復合空氣凈化涂料,它以水、水性乳液為主要成分,通過添加負離子漿體、抗菌劑、植物清香劑,使其能夠持續釋放負離子和對空氣中的甲醛、苯、氨等有害氣體具有較高的去除率。目前,空氣凈化涂料大多是通過涂料中TiO2等光催化活性粒子的光催化降解作用或負離子作用或利用硅藻土等吸附劑達到空氣凈化的效果。然而,據報道,光催化粒子在光催化降解空氣中有機污染物的同時,往往也會對涂料本身具有降解作用,從而導致涂料老化現象明顯;另一方面,涂料中單獨添加吸附性粒子和光催化粒子,往往由于吸附性粒子和光催化粒子的吸附飽和以及光催化降解極限而使空氣凈化效果不明顯。
發明內容
本發明的目的在于提供一種新型的復合空氣凈化涂料及其制備方法,本發明是將氣凝膠和光催化劑作為涂料中的吸附/光催化功能性填料。通過將所制備的吸附/光催化劑分散液與丙烯酸乳液或氟碳乳液混合,并加入適量分散劑、成膜助劑、消泡劑等,從而獲得一種新型的復合空氣凈化涂料。氣凝膠是一種輕質介孔材料,具有高孔容和高比表面積特點,具有高效的吸附性能。將氣凝膠的高效吸附性能與Ti02、W03、Zn0、W03_Ti02等光催化劑的光催化性能結合在一起,將會同時發揮氣凝膠的高效吸附性能以及TiO2等光催化劑的光催化性能,而WO3-TiO2光催化劑則具有可見光催化性能。一種復合空氣凈化涂料,所述涂料中含有空氣凈化粒子,所述空氣凈化粒子由氣凝膠粒子和光催化粒子組成,其中,所述氣凝膠粒子為SiO2氣凝膠粒子、TiO2-SiO2復合氣凝膠粒子、SiO2-WO3復合氣凝膠粒子中的至少一種;所述光催化粒子為TiO2粒子、ZnO粒子、WO3粒子、WO3-TiO2復合光催化粒子、TiO2-SiO2復合氣凝膠粒子、SiO2-WO3復合氣凝膠粒子中的至少一種,所述空氣凈化粒子占涂料總質量的I. 5 20%,其中,所述氣凝膠粒子與光催化粒子的質量比為9:廣1:9。
本發明所述光催化粒子指具有光催化功能的粒子,如Ti02、Zn0、W03或由其中兩種所組成的復合粒子,如WO3-TiO2復合光催化粒子;所述SiO2-光催化劑復合氣凝膠粒子指SiO2與具有光催化功能的化合物形成的復合氣凝膠粒子,如TiO2-SiO2復合氣凝膠粒子或SiO2-WO3復合氣凝膠粒子,該復合氣凝膠粒子同時具有高吸附和光催化的性能。本發明所述涂料一優選的技術方案為所述空氣凈化粒子由氣凝膠粒子和光催化粒子組成,其中,所述氣凝膠粒子為SiO2氣凝膠粒子或TiO2-SiO2復合氣凝膠粒子;所述光催化粒子為TiO2粒子、ZnO粒子、WO3粒子、WO3-TiO2復合光催化粒子中的至少一種。本發明所述涂料另一優選的技術方案為所述空氣凈化粒子為TiO2-SiO2復合氣凝膠粒子、SiO2-WO3復合氣凝膠粒子中的至少一種。
本發明所述涂料進一步優選所述空氣凈化粒子為由SiO2氣凝膠和WO3-TiO2光催化劑的組合物、由TiO2-SiO2復合氣凝膠和WO3-TiO2光催化粒子組成的組合物、由SiO2-WO3復合氣凝膠、TiO2粒子、WO3-TiO2復合光催化粒子組成的組合物或TiO2-SiO2復合氣凝膠粒子。本發明所述涂料中空氣凈化粒子優選占涂料總質量的I. 5^12. 5%,進一步優選為2. 5 7. 5%,更進一步優選為2. 5 5. 0%,最優選為3. 25%。本發明所述涂料所有技術方案中均優選氣凝膠粒子與光催化粒子的質量比優選為3:1 1:4,最優選為2:1 1:3。本發明所述涂料更進一步優選空氣凈化粒子為由SiO2氣凝膠和WO3-TiO2光催化劑的組合物,SiO2氣凝膠與WO3-TiO2光催化劑的質量比為2:1 1:3,空氣凈化粒子占涂料總質量的3. 25%。本發明所述涂料進一步優選所述涂料,按質量百分比,由下述組分組成
水0-30%
乙醇24-52.5%
乳液26-56%
空氣凈化粒子1.5 12.5%
丙二醇0.5 1.5%
分散劑0.2 0.5%
消泡劑0.3 0.5%
成膜助劑I 1.5%其中,所述乳液為丙烯酸乳液或氟碳乳液,所述丙烯酸乳液為苯丙乳液、硅丙乳液、純丙乳液或醋丙乳液。本發明所述涂料中還包括助劑,本發明所用助劑為本領域技術人員所熟知的用于涂料的助劑,包括分散劑、成膜助劑、消泡劑、流平劑、潤濕劑、增稠劑等,本領域熟練的技術人員通過現有技術能夠確定其選擇及用量。本發明優選所述助劑由分散劑、成膜助劑、消泡劑組成。本發明所述涂料所有技術方案中均優選所述TiO2-SiO2復合氣凝膠粒子、SiO2-WO3復合氣凝膠粒子按下述方法制備首先制備復合溶膠,將其陳化成為凝膠后,經過溶劑交換/表面改性處理,最后經120 150°C下常壓干燥處理,獲得復合氣凝膠,研磨后獲得復合氣凝膠粒子。具體方法參見ZL200810011646. 4。本發明的另一目的是提供一種復合涂料的制備方法。一種復合涂料的制備方法,其特征在于包括下述工藝步驟①按比例將空氣凈化粒子分散到無水乙醇中,按比例加入水、丙二醇和分散劑,攪拌至其完全分散,得分散液。②向步驟①所得分散液中加入乳液和消泡劑、成膜助劑,繼續攪拌直至空氣凈化 粒子完全分散,獲得均勻的涂料。本發明所述復合涂料的制備方法優選按下述工藝制備①當空氣凈化粒子僅為一種材料時,將空氣凈化粒子與無水乙醇混合,按比例加入水、丙二醇和分散劑,持續攪拌3(T90min ;當空氣凈化粒子由兩種或兩種以上材料組成時,首先將氣凝膠粒子與無水乙醇混合持續攪拌30 90min,隨后加入光催化粒子,按比例加入水、丙二醇和分散劑,繼續攪拌30 90mino②向步驟①所得分散液中加入丙烯酸乳液或氟碳乳液及消泡劑、成膜助劑等,繼續攪拌5 12h。本發明的有益效果是本發明基于氣凝膠的高效吸附性能和Ti02、ZnO、WO3-TiO2等光催化劑良好的光催化性能,制備了一種新型的復合空氣凈化涂料。該種涂料中含有一定量的具有高效吸附性能的氣凝膠吸附劑粒子以及具有光催化性能的TiO2或ZnO、WO3,WO3-TiO2等光催化劑粒子。本發明在涂料中同時添加了具有高效吸附性能的氣凝膠粒子和具有光催化降解作用的光催化粒子,氣凝膠的高效吸附作用能夠促進光催化降解過程,而光催化降解又可進一步促進氣凝膠對有毒氣體的進一步吸附,吸附/光催化降解協同作用并相互促進,能夠更為有效地消除空氣中的有害氣體,與當前的空氣凈化涂料相比,空氣凈化效果將更為高效和長久。吸附/光催化降解甲醛的實驗測試結果表明,當涂料中含有2. 5^5. 0%的高吸附性和光催化活性粒子時,吸附/光催化降解5 6h后,體系中的甲醛濃度從O. 39mg/m3降低到最終的O. 04 O. 05mg/m3,吸附/光催化降解率達到79. 49 89. 74%。
圖I是實施例I涂料中所用的經150°C干燥后的TiO2-SiO2復合氣凝膠樣品;圖2是實施例Γ5中所述涂料涂膜樣片對甲醛的吸附/光催化降解曲線;圖3是實施例3和實施例6 7中所述涂料涂膜樣片對甲醛的吸附/光催化降解曲線。
具體實施例方式下述非限制性實施例可以使本領域的普通技術人員更全面地理解本發明,但不以任何方式限制本發明。
下述實施例中所述試驗方法,如無特殊說明,均為常規方法;所述試劑和材料,如無特殊說明,均可從商業途徑獲得,或可以常規方法制備。如無特殊說明,對制得的復合空氣凈化涂料性能參數的測定過程中( I)測試用涂料涂覆樣品的制備本發明中,為對所制備的涂料吸附/光催化性能進行測試,將所制備的涂料涂覆在不同基體上,具體步驟如下①水泥基片涂膜將水泥基片切割成約3. 5cmX3. 5cm的小片,使用棍涂法用玻璃棒在小片上涂3 5層涂料,室溫干燥I天。②玻璃基片涂膜用5層膠帶在適當大小的玻璃片上圍出5cmX9. 5cm的空間,使用輥涂法用玻璃棒在該空間內涂膜,室溫干燥I天,獲得玻璃片上有5層膠帶厚度、面積為 5cm X 9. 5cm的涂膜樣片。(2)通過吸附和光催化降解羅丹明B測定水泥基片涂膜樣品的吸附/光催化降解性能試驗將樣品放入裝有70ml5 X 10_6mol/L羅丹明B溶液的燒杯中,令其在裝有254nm波長紫外燈的實驗箱中進行實驗,首先是暗箱吸附實驗,吸附飽和后開燈進行光催化降解實驗。每隔一段時間取出一份樣品,再利用分光光度計法測定溶液吸光度的變化,以此來監測水泥基片上的涂料對羅丹明B水溶液的吸附過程及光催化降解過程,不同吸附時間和光照時間的吸光度值采用UV751GD型紫外/可見光分光光度計來測定,吸收波長為560nm。不同涂膜樣品對羅丹明B的吸附/光催化總降解率根據如下公式計算
權利要求
1.一種復合空氣凈化涂料,其特征在于所述涂料中含有空氣凈化粒子, 所述空氣凈化粒子由氣凝膠粒子和光催化粒子組成,其中, 所述氣凝膠粒子為SiO2氣凝膠粒子、TiO2-SiO2復合氣凝膠粒子、SiO2-WO3復合氣凝膠粒子中的至少一種; 所述光催化粒子為TiO2粒子、ZnO粒子、WO3粒子、WO3-TiO2復合光催化粒子、TiO2-SiO2復合氣凝膠粒子、SiO2-WO3復合氣凝膠粒子中的至少一種, 所述空氣凈化粒子占涂料總質量的I. 5 20%,其中,所述氣凝膠粒子與光催化粒子的質量比為9:1 1:9。
2.根據要求I所述的涂料,其特征在于所述氣凝膠粒子為SiO2氣凝膠粒子或TiO2-SiO2復合氣凝膠粒子;所述光催化粒子為TiO2粒子、ZnO粒子、WO3粒子、WO3-TiO2復合 光催化粒子中的至少一種。
3.根據要求I所述的涂料,其特征在于所述空氣凈化粒子為TiO2-SiO2復合氣凝膠粒子、SiO2-WO3復合氣凝膠粒子中的至少一種。
4.根據權利要求I所述的涂料,其特征在于所述空氣凈化粒子為由SiO2氣凝膠和WO3-TiO2光催化劑的組合物、由TiO2-SiO2復合氣凝膠和WO3-TiO2光催化粒子組成的組合物、由SiO2-WO3復合氣凝膠、TiO2粒子、WO3-TiO2復合光催化粒子組成的組合物或TiO2-SiO2復合氣凝膠粒子。
5.根據要求I所述的涂料,其特征在于所述空氣凈化粒子占涂料總質量的I.5 12. 5%。
6.根據要求5所述的涂料,其特征在于所述空氣凈化粒子占涂料總質量的2.5^7. 5%。
7.根據要求I所述的涂料,其特征在于所述氣凝膠粒子與光催化粒子的質量比為2:1 1:3。
8.根據權利要求I所述的涂料,其特征在于所述涂料,按質量百分比,由下述組分組成J..0-30%乙醇24 52.5%乳液26 56%空氣凈化粒子1.5 12.5%丙二醇0.5 1.5%分散劑0.2 0.5%消泡劑0.3 0.5%成膜助劑I 1.5% 其中,所述乳液為丙烯酸乳液或氟碳乳液,所述丙烯酸乳液為苯丙乳液、硅丙乳液、純丙乳液或醋丙乳液。
9.根據權利要求Γ8任一權利要求中所述的涂料,其特征在于所述TiO2-SiO2復合氣凝膠粒子、SiO2-WO3復合氣凝膠粒子按下述方法制備首先制備復合溶膠,將其陳化成為凝膠后,經過溶劑交換/表面改性處理,最后經120 150°C下常壓干燥處理,獲得復合氣凝膠,研磨后獲得復合氣凝膠粒子。
10.一種復合涂料的制備方法,其特征在于包括下述工藝步驟 ①按比例將空氣凈化粒子分散到無水乙醇中,按比例加入水、丙二醇和分散劑,攪拌至其完全分散,得分散液。
②向步驟①所得分散液中加入乳液和消泡劑、成膜助劑,繼續攪拌直至空氣凈化粒子完全分散,獲得均勻的涂料。
全文摘要
本發明涉及一種新型的復合空氣凈化涂料及其制備方法,屬于環保型功能涂料及空氣凈化技術領域。本發明是將氣凝膠和光催化劑作為涂料中的吸附/光催化功能性填料通過將所制備的吸附/光催化劑分散液與丙烯酸乳液或氟碳乳液混合,并加入適量分散劑、成膜助劑、消泡劑等,從而獲得一種新型的復合空氣凈化涂料。與當前的空氣凈化涂料相比,本發明提供的涂料的空氣凈化效果將更為高效和長久。吸附/光催化降解甲醛的實驗測試結果表明,吸附/光催化降解5~6h后,甲醛濃度從0.39mg/m3降低到0.04~0.05mg/m3,吸附/光催化降解率達到79.49~89.74%。
文檔編號C09D5/00GK102876147SQ20121037569
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月29日 優先權日2012年9月29日
發明者劉敬肖, 白麓楠, 史非 申請人:大連工業大學