CN107418353A - 具有可见光活性的水性环保涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型具有可见光催化活性的水性环保涂料及其制备方法，属于建筑涂料领域。本方法以水性涂料作为基质，用高效可见光催化性能的光触媒作为添加剂，按照一定的质量配比以水溶胶形式添加到水性涂料中，然后进行复合工艺的处理，得到具有去除室内可挥发性有机物（TVOC）的光活性自净化功能的环保涂料。实现有效而长久地降解环境中存在的游离甲醛、苯系物等可挥发性有机物，具有很好的应用前景。

Description

具有可见光活性的水性环保涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑涂料领域，具体涉及一种能有效利用可见光催化降解环境中存在的游离甲醛、苯系物等可挥发性有机污染物，解决室内空气污染的环保功能涂料，以及该涂料的制备方法。

背景技术

社会经济发展推动着人们生活水平的不断提高，一方面是近年来的环境污染、雾霾等令公众的环保意识在增强，另一方面是由于消费水平和生活水平的提高，生活环境质量问题受到人们的广泛关注。人们日常生活中真正接触的大量甲醛、苯系物等污染物主要来自室内装修，装修污染主要来源于室内装修材料，其中产生的甲醛、苯系物、总挥发性有机化合物等又以甲醛为代表存在时间最长、最难治理。现有的去除甲醛涂料产品，主要技术是添加硅藻泥、竹炭等物质，这些物质为多孔性结构，从原理上分析只是对甲醛有一定的物理吸附作用，并非真正对其反应分解，添加这类物质对甲醛去除的效果不能持久，且易于造成二次污染。虽然目前市场上有光活性涂料产品，但是大多是紫外光活性，需要在特定的光源照射下才能起作用，其最早起源于日本，主要用在外墙涂料和路面沥青中，具有自洁净效果，但无法实现在可见光下起到降解去除甲醛作用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有光活性涂料技术存在的不足，提供一种能在弱光下长效去除环境中存在的游离甲醛及可挥发性有机物的环保功能涂料；另一目的提供一种能提升水性涂料除醛效果的纳米光催化基水性涂料的制备方法。

为实现本发明目的，本发明光活性水性涂料采用了可见光响应的纳米光触媒g-C₃N₄/TiO₂，将其应用于水性涂料配方中，显著提升涂料在弱光和自然光下的持久除醛效果。

所述新型具有可见光活性的水性环保涂料由以下组分组成，各组分以重量百分比计：

30~40% 高光乳液、20~30% 水、25~35% 填料、0.2~1% 分散剂、1~3% 成膜助剂、0.5~1%流平剂、1~5% 光触媒、0.2~0.5% 消泡剂、0.1~0.3% 中和剂和0~1% 增稠剂。

所述高光乳液为硅丙乳液或苯丙乳液；

所述填料由金红石型钛白粉、重钙和二氧化硅组成（钛白粉、重钙和二氧化硅的质量比为 3:1：1）；

所述分散剂选聚丙烯酸钠；

所述流平剂选聚氨酯；

所述成膜助剂选2，2，4-三甲基－1，3－戊二醇单异丁酸酯；

所述消泡剂选有机硅；

所述中和剂选二甲基醇胺；

所述增稠剂为聚丙烯酸乳液；

所述光触媒选g-C₃N₄/TiO₂。

本发明原理：在建筑涂料中添加纳米光催化材料，增加光催化净化空气功能。添加特殊的乳液成分，增强涂料表面的抗污性能。加入成膜助剂，使其易与成膜物和溶剂形成强的相互作用力，改进涂料的流变性，表面活性中心与成膜物质的官能团可发生化学键结合，增加了涂层的刚性和强度，从而改进涂层的耐洗刷性等性能。

所述具有可见光活性的水性环保涂料制备方法如下：

（1）将水、分散剂、消泡剂、成膜助剂按照配方依次加入反应容器中，在300~500 转/分的转速下搅拌，使各组分充分混合均匀，形成胶体状物质；

（2）在上述胶体状物质中，加入可见光活性的 g-C₃N₄/TiO₂ 纳米光触媒水溶胶，利用高速分散设备，在转速为1000~2000转/分下搅拌分散，得到均匀的水性胶体。然后在搅拌状态下，缓慢加入填料，再搅拌使之充分分散；

（3）在搅拌下加入高光乳液，搅拌均匀后，用中和剂调节pH值为8-9；

（4）最后加入流平剂和增稠剂，搅拌均匀后陈化，制得光催化涂料，密封保存。

本发明创新点在于，采用了具有可见光活性的光触媒，作为主要催化功能材料加入到水性涂料中，使得该环保涂料在可见光照射下，具有光催化降解可挥发性有机物的功能。从而实现有效而长久地降解环境中存在的游离甲醛、苯系物等可挥发性有机物。

本发明优点：1、由于在水性涂料配方中添加高性能的纳米光催化材料，在可见光照射激发下，发生光催化反应可将甲醛、苯系物等氧化分解为二氧化碳和水等，而且纳米光催化无机材料本身活性稳定、持久，具有长久降解去除环境中存在的游离挥发性有机污染物，属于自净化功能的水性环保涂料。2、通过预混合、搅拌分散、添加乳液和光触媒水溶胶等工序，应用独特的分散技术将纳米光催化材料复合于水性涂料配方中，使光触媒纳米粒子均匀分布于涂膜表面，制备工艺简易，适合批量生产要求。原料成本低，无二次污染，应用前景良好。

附图说明

图1为可见光照射下，本发明涂料样品降解甲醛性能曲线；

图2为可见光照射下，本发明涂料样品降解甲醛性能反应速率常数。

具体实施方式

为对本发明进行更好地说明，举实施例如下：

实施例1

本发明新型具有可见光活性的水性环保涂料由以下组分组成，各组分以重量百分比计：

硅丙乳液或苯丙乳液40%、20% 水、35% 填料、0.2% 聚丙烯酸钠、1% 2，2，4-三甲基－1，3－戊二醇单异丁酸酯、1% 聚氨酯、5% g-C₃N₄/TiO₂光触媒、0.5% 有机硅消泡剂和0.3%二甲基醇胺。

所述填料由金红石型钛白粉、重钙和二氧化硅组成，钛白粉与重钙和二氧化硅的质量比为 3:1:1。

实施例2

本发明新型具有可见光活性的水性环保涂料由以下组分组成，各组分以重量百分比计：

硅丙乳液或苯丙乳液30%、30% 水、35% 填料、1% 聚丙烯酸钠、3% 2，2，4-三甲基－1，3－戊二醇单异丁酸酯、0.5% 聚氨酯、2% g-C₃N₄/TiO₂光触媒、0.2% 有机硅消泡剂、0.1%二甲基醇胺和1% 聚丙烯酸乳液。

所述填料由金红石型钛白粉、重钙和二氧化硅组成，钛白粉、重钙和二氧化硅的质量比为 3:1：1。

实施例3

本发明具有可见光活性的水性环保涂料制备方法如下：

（1）将水、分散剂、消泡剂、成膜助剂按照配方依次加入反应容器中，在300~500 转/分的转速下搅拌，使各组分充分混合均匀，形成胶体状物质；

（2）在上述胶体状物质中，加入可见光活性的 g-C₃N₄/TiO₂ 纳米光触媒水溶胶，利用高速分散设备，在转速为1000~2000转/分下搅拌分散，得到均匀的水性胶体。然后在搅拌状态下，缓慢加入填料，再高速搅拌使之充分分散；

（3）在低速搅拌下加入高光乳液，搅拌均匀后，用二甲基醇胺中和剂调节pH值为8；

（4）最后加入流平剂和增稠剂，搅拌均匀后陈化，制得光催化涂料，密封保存。

本发明制备的涂料样品的光催化净化空气性能表征：

采用密封试验仓作为反应器（有效容积为16.8升）。试验用样品板是将10 g本发明涂料样品均匀涂覆在4块15×12cm 的玻璃板上，自然固化。采用功率为9w的节能灯作为可见光源，考察该涂料对空气中甲醛的降解效果。以光照一定时间后甲醛的光催化降解率作为光催化涂料活性的评价指标。参照国家标准GB/T17657－1999，用乙酰丙酮分光光度法测甲醛气体浓度。

结合附图1、2，研究结果表明，光照射 72 小时后甲醛的降解率可达 70% 左右。

应用例 室内甲醛等污染物前后对比数据

表1 甲醛污染物降解前后浓度的变化

分析项目	室内甲醛浓度（mg/m3）
		光照前的溶度	0.52
光照72小时的浓度	0.03
		国家标准（GB9757-88）空气中允许浓度范围	0.01~0.16

本发明光活性涂料在光照作用下，通过光催化降解作用使空气中的甲醛浓度显著降低。当甲醛起始浓度为0.52mg/m³，光触媒含量为1wt.% 的光活性涂料光照72小时甲醛的降解率达70% 左右。

Claims (3)

1.具有可见光活性的水性环保涂料，其特征是，由以下组分组成，各组分以重量百分比计：

30~40% 高光乳液、20~30% 水、25~35% 颜填料、0.2~1% 分散剂、1~3% 成膜助剂、0.5~1% 流平剂、1~5% 光触媒、0.2~0.5% 消泡剂、0.1~0.3% 中和剂和0~1% 增稠剂；

所述高光乳液为硅丙乳液或苯丙乳液；

所述填料由金红石型钛白粉、重钙和二氧化硅组成；

所述分散剂选聚丙烯酸钠；

所述流平剂选聚氨酯；

所述成膜助剂选2，2，4-三甲基－1，3－戊二醇单异丁酸酯；

所述消泡剂选有机硅；

所述中和剂选二甲基醇胺；

所述增稠剂为聚丙烯酸乳液；

所述光触媒选g-C₃N₄/TiO₂。

2.如权利要求1所述的具有可见光活性的水性环保涂料，其特征是，所述填料钛白粉、重钙和二氧化硅的质量比为 3: 1：1。

3.制备权利要求1或2所述的具有可见光活性的水性环保涂料的方法，其特征是，通过如下步骤实现：

（1）将水、分散剂、消泡剂、成膜助剂按照配方依次加入反应容器中，在300~500 转/分的转速下搅拌，使各组分充分混合均匀，形成胶体状物质；

（2）在上述胶体状物质中，加入可见光活性的 g-C₃N₄/TiO₂ 纳米光触媒水溶胶，利用高速分散设备，在转速为1000~2000转/分下搅拌分散，得到均匀的水性胶体；然后在搅拌状态下，缓慢加入填料，再搅拌使之充分分散；

（3）在搅拌下加入高光乳液，搅拌均匀后，用中和剂调节pH值为8~9；

（4）最后加入流平剂和增稠剂，搅拌均匀后陈化，制得光催化涂料，密封保存。