CN107418288A - 一种可净化空气的涂料添加剂及其制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了化工涂料技术领域的一种可净化空气的涂料添加剂及其制备方法及应用，按以下重量份进行配比：1％氧化石墨烯水溶液：5～20份；钛源：4～5份；硅源：8～12份；模板剂：3～5份；蒸馏水：130～150份，本发明得到的降解有机污染物涂料添加剂具有两亲性，在油性体系和水性体系均能稳定分散，本发明通过TiO2固载于氧化石墨烯改性介孔两亲性复合材料中，不但提高了二氧化钛的分散性，而且由于石墨烯以及介孔二氧化硅高标面积，吸附甲醛以及有机物能力大大提高，石墨烯的疏水性使添加剂在涂料漆膜中更有利于表面排列，接触有机污染物的概率大大提高，从而提高降解效率。
Description
技术领域
本发明涉及化工涂料技术领域，具体为一种可净化空气的涂料添加剂及其制备方法及应用。
背景技术
近年来，环境污染问题日益严重，半导体光降解有机污染物的研究引起人们越来越广泛的兴趣，特别是TiO2光催化剂。TiO2具有高的催化活性、良好的稳定性、能够降解有机污染物以及廉价无毒等优点，因此，在医用消毒杀菌、生活废水和工业废水处理、建筑功能涂料、室内装修装饰材料以及太阳能电池等领域得到了广泛的应用。然而，在涂料应用中，由于TiO2的强光催化活性，成膜物容易被降解，此外，添加纳米二氧钛被包膜，催化降解有机污染物活性大大降低，往往起不到净化空气的效果。为了解决此类问题，人们将TiO2负载在多孔载体上，添加到无机内墙涂料或硅藻泥内墙涂料中，由于没有有机成膜物，涂层不会被光降解，且涂层为多孔形貌，涂层的光催化活性和耐久性得到保证。但由于目前大部分涂层的成膜物质都是有机聚合物，传统的光降解剂还是无法避免成膜物被降解以及催化效率低的问题，此外，基于TiO2的光降解材料只能在紫外线下有较高的效率，在可见光下效率低下，这也是限制其广泛应用的原因之一。因此寻找一种使用寿命长，在可见光下也有较高的降解效率，涂膜中成膜物不易被降解而能有效降解有机污染物涂料添加剂来解决现有技术问题。为此，我们提出了一种可净化空气的涂料添加剂及其制备方法及应用投入使用，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可净化空气的涂料添加剂及其制备方法及应用，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种可净化空气的涂料添加剂，该可净化空气的涂料添加剂按以下重量份进行配比：
1％氧化石墨烯水溶液：5～20份；
钛源：4～5份；
硅源：8～12份；
模板剂：3～5份；
蒸馏水：130～150份。
优选的，所述1％氧化石墨烯水溶液是由1份的氧化石墨烯于99份水中超声分散1～3h后经2000～3000rpm离心分离4～8min后除去不溶物所得。
优选的，所述钛源为钛酸四丁酯、钛酸异丙酯或四氯化钛中的一种。
优选的，所述硅源为正硅酸甲酯、正硅酸乙酯或正硅酸丁酯中的一种。
优选的，一种可净化空气的涂料添加剂的制备方法，该可净化空气的涂料添加剂的制备方法的具体步骤如下：
S1：5～10份1％氧化石墨烯水溶液加入130～150份的蒸馏水中，搅拌均匀后缓慢滴加钛源；
S2：钛源滴加完后于30～40℃下继续搅拌2～3h，然后加入模板剂水溶液，混合后加入盐酸至浓度为1～2M；
S3：然后滴加硅源8～9份，滴加完后于30～40℃下反应15～24h，之后升高温度至80～120℃陈化20～48h得黑色混合物；
S4：将黑色混合物过滤后于60～100℃下干燥5～10h得灰黑色固体；
S5：将步骤S4中的灰黑色固体于500℃并在惰性气体保护下烧5～10h以除去模板剂，即得成品。
优选的，所述步骤S2中，模板剂水溶液为将模板剂预先溶解于50～80份的水中制得。
优选的，所述步骤S5中，惰性气体为氮气或氩气。
优选的，一种可净化空气的涂料添加剂应用于建筑内外墙漆或在涂料分散时添加或在成品漆中后添加。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明得到的降解有机污染物涂料添加剂具有两亲性，在油性体系和水性体系均能稳定分散，使用时，可研磨成水性/油性浆直接添加至相应涂料体系中，试用方便。在水性体系中还能明显改善涂料的储存稳定性，开罐效果好；
本发明通过TiO2固载于氧化石墨烯改性介孔两亲性复合材料中，不但提高了二氧化钛的分散性，而且由于石墨烯以及介孔二氧化硅高标面积，吸附甲醛以及有机物能力大大提高。由于石墨烯具有高效的电子迁移率，可作为高效的电子接收体，能有效的分离光电子-空穴对，提高催化剂的光降解效率。石墨烯的加入还使降解剂的光催化活性红移，使其在可见光下也有一定的催化性能，扩大其应用；
石墨烯的疏水性使添加剂在涂料漆膜中更有利于表面排列，接触有机污染物的概率大大提高，从而提高降解效率，此外，由于添加剂排列与膜表面，负载的二氧化钛与漆膜接触概率大大降低，从而避免漆膜被光降解而出现粉化等现象。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
将5份1％氧化石墨烯水溶液加入50份水中，搅拌均匀后缓慢滴加4份钛酸丁酯，滴加完后于30℃下继续搅拌2～3h，然后加入3份模板剂P123溶于80份水溶液，混合后加入盐酸至浓度为1～2M，然后滴加正硅酸乙酯8份，滴加完后于40℃下反应15h，之后升高温度至95℃陈化30h得黑色混合物。将黑色混合物过滤后于60℃下干燥10h得灰黑色固体。将此固体于500℃并在惰性气体保护下烧5h以除去模板即得TiO2固载石墨烯改性介孔两亲性复合材料M1。
实施例二
将10份1％氧化石墨烯水溶液加入80份水中，搅拌均匀后缓慢滴加5份钛酸异丙酯，滴加完后于40℃下继续搅拌2h，然后滴加4份模板剂F127溶于70份水溶液，混合后加入盐酸至浓度为1～2M，然后滴加正硅酸丁酯9份，滴加完后于40℃下反应15h，之后升高温度至120℃陈化20h得黑色混合物。将黑色混合物过滤后于100℃下干燥5h得灰黑色固体。将此固体于500℃并在惰性气体保护下烧10h以除去模板即得TiO2固载石墨烯改性介孔两亲性复合材料M2。
实施例三
将15份1％氧化石墨烯水溶液加入50份中，搅拌均匀后缓慢滴加5份四氯化钛，滴加完后于40℃下继续搅拌3h，然后然后滴加4份模板剂P123溶于100份水溶液，混合后加入盐酸至浓度为1～2M，然后滴加正硅酸甲酯8份，滴加完后于40℃下反应20h，之后升高温度至80℃陈化48h得黑色混合物。将黑色混合物过滤后于80℃下干燥6h得灰黑色固体。将此固体于500℃并在惰性气体保护下烧6h以除去模板即得TiO2固载石墨烯改性介孔两亲性复合材料M3。
实施例四
将20份1％氧化石墨烯水溶液加入60份中，搅拌均匀后缓慢滴加钛酸丁酯5份，滴加完后于30℃下继续搅拌3h，然后滴加5份模板剂F68溶于80份水溶液，混合后加入盐酸至浓度为1～2M，然后滴加硅源9份，滴加完后于30℃下反应15h，之后升高温度至100℃陈化20h得黑色混合物。将黑色混合物过滤后于70℃下干燥7h得灰黑色固体。将此固体于500℃并在惰性气体保护下烧8h以除去模板即得TiO2固载石墨烯改性介孔两亲性复合材料M4。
效果实施例1
将上述实施例中制备的M1～M4分散于水中，制备得到固含20％左右空气净化添加剂分散液，将得到的添加剂分散液按5％直接添加入成品乳胶漆中，搅拌均匀后均匀涂覆于铝片上，干燥7天后。将其置于然后将其置于450×350×350mm3的密闭箱里，箱中置有功率为128W氙灯模拟日光光源，以甲苯和甲醛作为空气有机污染物，且箱中甲醛以及甲苯初始浓度分别为20.10ppm、25.3ppm，经氙灯模拟日光光源照射6h后，测试其降解率，其结果见表1：
效果实施例2
在30份水中加入1份上述实施例中制备的M1～M4、0.3份纤维素、0.5份中和剂AMP-95、0.5份分散剂、0.3份润湿剂、0.1份消泡剂、25份金红石钛白粉、15份煅烧高岭土、10份碳酸钙分散均匀后加入20份丙烯酸乳液以及0.5份成膜助剂，调整至合适粘度即得一种可净化空气的涂料。将其均匀涂覆于铝片上，干燥7天后。然后将其置于450×350×350mm3的密闭箱里，箱中置有功率为128W氙灯模拟日光光源，以甲苯和甲醛作为空气有机污染物，且箱中甲醛以及甲苯初始浓度分别为20.10ppm、25.3ppm，经氙灯模拟日光光源照射6h后，测试其降解率，其结果见表2：
效果实施例3
将所有制备的得到乳胶漆均匀涂覆于硅钙板上，干燥7天后按国标GB15979-2002测试抗菌性，结果表明，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、白色念珠菌的抗菌率均达到99％以上。
效果实施例4
将所有制备的得到乳胶漆均匀涂覆于硅钙板上，干燥7天后按国标GB/T1865-2009测试耐人工气候老化性，800h未出现脱落、开裂、起泡以及粉化现象。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种可净化空气的涂料添加剂，其特征在于：该可净化空气的涂料添加剂按以下重量份进行配比：
1％氧化石墨烯水溶液：5～20份；
钛源：4～5份；
硅源：8～12份；
模板剂：3～5份；
蒸馏水：130～150份。
2.根据权利要求1所述的一种可净化空气的涂料添加剂，其特征在于：所述1％氧化石墨烯水溶液是由1份的氧化石墨烯于99份水中超声分散1～3h后经2000～3000rpm离心分离4～8min后除去不溶物所得。
3.根据权利要求1所述的一种可净化空气的涂料添加剂，其特征在于：所述钛源为钛酸四丁酯、钛酸异丙酯或四氯化钛中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种可净化空气的涂料添加剂，其特征在于：所述硅源为正硅酸甲酯、正硅酸乙酯或正硅酸丁酯中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种可净化空气的涂料添加剂的制备方法，其特征在于：该可净化空气的涂料添加剂的制备方法的具体步骤如下：
S1：5～10份1％氧化石墨烯水溶液加入130～150份的蒸馏水中，搅拌均匀后缓慢滴加钛源；
S2：钛源滴加完后于30～40℃下继续搅拌2～3h，然后加入模板剂水溶液，混合后加入盐酸至浓度为1～2M；
S3：然后滴加硅源8～9份，滴加完后于30～40℃下反应15～24h，之后升高温度至80～120℃陈化20～48h得黑色混合物；
S4：将黑色混合物过滤后于60～100℃下干燥5～10h得灰黑色固体；
S5：将步骤S4中的灰黑色固体于500℃并在惰性气体保护下烧5～10h以除去模板剂，即得成品。
6.根据权利要求5所述的一种可净化空气的涂料添加剂的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中，模板剂水溶液为将模板剂预先溶解于50～80份的水中制得。
7.根据权利要求5所述的一种可净化空气的涂料添加剂的制备方法，其特征在于：所述步骤S5中，惰性气体为氮气或氩气。
8.根据权利要求1所述的一种可净化空气的涂料添加剂应用于建筑内外墙漆或在涂料分散时添加或在成品漆中后添加。
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