CN1216951C

CN1216951C - 具有自洁、抗霉、灭菌及净化空气作用的水性功能涂料

Info

Publication number: CN1216951C
Application number: CN 02112793
Authority: CN
Inventors: 王大志; 刘金华
Original assignee: University of Science and Technology of China USTC
Current assignee: University of Science and Technology of China USTC
Priority date: 2002-03-20
Filing date: 2002-03-20
Publication date: 2005-08-31
Anticipated expiration: 2022-03-20
Also published as: CN1445312A

Abstract

本发明是一种具有自洁、抗霉、灭菌及净化空气作用的水性功能涂料，涉及用于建筑物内、外表面的涂料。涂料中含有如下组分：①光催化剂：尺寸为5-100nm的纳米锐钛矿型氧化钛，含量为10-46%；②水性粘结剂：水溶性树脂或聚合物乳液或硅溶胶以及它们的复合物，总含量为26-35%。它是由于纳米锐钛矿型氧化钛的量子尺寸效应在合适的紫外线的照射下引起光催化作用，使涂料表面以及与其接触的空气或液体中的各种有机物质分解为二氧化碳和水，从而得到良好的自洁、抗霉、灭菌及净化空气的效果；并且，安全性、即效性、长效性好。该涂料可用于各种混凝土、金属或木质等建筑物的内、外表面，亦可用于家具、办公用具、交通工具等，应用范围广泛。

Description

具有自洁、抗霉、灭菌及净化空气作用的水性功能涂料

技术领域：

本发明涉及用于建筑物内、外表面的涂料。

背景技术：

目前，用于建筑物内、外表面的涂料都容易被各种污渍(如：油、烟、果、蔬等)沾染，且污染后难以清除、甚至产生霉斑，既不美观、还会造成有害菌的繁殖；虽然有些涂料中添加了防霉杀菌剂，但由于防霉杀菌剂往往本身带有毒性使其用量受到限制，且防霉杀菌剂往往只能杀死有害菌、但不能清除有害菌残留的毒素。另外，当今人们工作生活的室内外环境中的空气污染也日趋严重，由交通工具及工业生产过程排放的氮氧化物(NO_x)、一氧化碳(CO)、二氧化硫(SO₂)等造成的室外大气污染，家具和装修材料释放出的有毒气体(如：甲醛)、抽烟产生的废气等造成的室内空气污染，现有的涂料对此都无能为力。

发明内容：

本发明的目的是提供一种具有自洁、抗霉、灭菌及净化空气作用的水性功能涂料。

本发明的解决方案如下：

涂料中含有如下组分：①光催化剂：尺寸为5-100nm的纳米锐钛矿型氧化钛，含量为10-46％；②水性粘结剂：水溶性树脂或聚合物乳液或硅溶胶以及它们的复合物，总含量为26-35％；所述含量为重量百分比。

也就是说，本发明是一种以光催化剂和水性粘结剂为主要成分的水性乳胶型涂料，即：涂料的分散介质为水，基料为水性粘结剂，再添加光催化剂作为功能性介质，起到自洁、抗霉、灭菌及净化空气等作用，形成一种功能性涂料。

光催化剂采用尺寸为5-100nm的纳米锐钛矿型氧化钛，含量为10-46％(占涂料总量的重量百分比，以下同)；该纳米锐钛矿型氧化钛由于纳米尺寸引起量子尺寸效应：吸收紫外光后，表面会激发出较强的活化基团----电子空穴对，使空气中的氧还原和水氧化，在氧化钛表面生成高能量的O₂ ^-1和OH活性基团，其能量足以使涂料表面所沾染的各种有机污渍以及霉菌、细菌等微生物分解为二氧化碳和水。因此，利用这样强的光催化反应可以在涂料表面去污、消毒，起到自洁、抗霉、灭菌的效果；同时，可以对接触到涂料表面的空气中的各种有机物质以及氮氧化物(NO_x)、一氧化碳(CO)、二氧化硫(SO₂)、家具和装修材料释放出的有毒气体、抽烟产生的废气等起到光催化反应作用，进而对空气进行去污、消毒，达到净化空气的效果。所述紫外线的有效区域为波长λ＜380nm，太阳、日光灯、高压汞灯、紫外灯等均能发出此区域的紫外线。故使用纳米锐钛矿型氧化钛作光催化剂时，只要室内外有阳光或日光灯、高压汞灯等就可有光催化效果，起到“灭菌剂”的作用，对于某些特殊的场所(如医院、地下室、仓库、隧道、涵洞等)可使用紫外灯作为光源，从而得到良好的自洁、抗霉、灭菌、净化环境空气的效果。

水性粘结剂可采用水溶性树脂或聚合物乳液或硅溶胶以及它们的复合物，如：丙烯酸酯系列乳液(包括纯丙、醋丙、苯丙等)、环氧树脂乳液、有机硅改性丙烯酸酯乳液、硅溶胶等，其中的一种或多种混合作为粘结剂和成膜剂，总含量为26-35％。

除了上述关键的组成物外，颜填料也是涂料中的基本组成物，可采用普通钛白粉、高岭土、氧化锌、碳酸钙、滑石粉、蒙脱石、云母粉、硅灰石、硅藻土等，其中的一种或多种混合，其用量根据光催化剂的用量而作适当调整。所形成的涂料本身为白色，根据市场的需求或用户的要求还可加入适量的有色色浆以调配成所需的颜色，如：氧化铁、甲苯胺、酞箐、群青等的水性色浆。色浆的类型和用量视所需的涂料颜色而定。可以做成有色的成品出售，也可用白色的成品和有色色浆现场配制。

在以上配料的基础上，还要添加各种助剂(但并不仅限于以下所述)，以提高涂料的其它性能。助剂可采用通用的分散剂、流平剂、消泡剂、增稠剂、防腐剂、抗氧化剂、增塑剂、pH值调节剂、成膜助剂等。例如：分散剂的作用是使光催化剂和颜填料有效分散；流平剂可改善涂料的流平性能和均涂性能、消除涂膜的缩孔和“鱼眼”；消泡剂的作用是消除涂料生产、施工、使用过程中所产生的泡沫，以保证涂膜的质量；增稠剂可调整浆料的粘稠度，在涂料的生产、贮存、施工过程中起到增稠、稳定的作用及改善涂料的流变性能；防腐剂的作用是防止涂料贮存、运输过程中的腐化变质；抗氧化剂可增加涂料的抗氧化性能；增塑剂可增加涂料的柔韧性；pH值调节剂可调节涂料的pH值、以增加涂料体系的稳定性；成膜助剂可使涂料能在较宽的温度范围内成膜、即降低涂料的最低成膜温度。

本发明的制备过程举例如下(但并不仅限于以下所述)：

首先准备好所需的各种原料(均可直接在市场上购得或按常规的方法自制)。光催化剂为5-100nm的纳米锐钛矿型氧化钛；水性粘结剂为相应的乳液；颜填料的粒度为800目以下；各种助剂则根据性能需要进行选用。

将准备好的各种原料在通用的高速分散机上按常规的方法进行分散、混合。操作过程一般为：先将适量的水加入高速分散机的调料桶中，然后在低速(150～500转/分)下依次加入分散剂、润湿剂、增稠剂、消泡剂、抗氧化剂、增塑剂等助剂；混合均匀后，再将光催化剂和颜填料慢慢加入分散机叶轮搅起的漩涡中，此时调料桶中的浆料渐渐变厚，应及时加水并调节叶轮与调料桶底的距离，使叶轮搅起的漩涡成浅盆状；加完光催化剂和颜填料后，应提高叶轮转速(1000～1200转/分)继续进行搅拌，并随时测量浆料温度和刮片细度，当浆料温度过高时停止搅拌，待之冷却后再行搅拌，当刮片细度合格时，分散工序完成；此后，在低速下逐渐加入适量的水性粘结剂以及流平剂、成膜助剂、消泡剂、防腐剂、润湿剂、增稠剂等助剂(助剂的加入品种和顺序可根据产品的具体配方及工艺进行适当调整，还可加入适量的有色色浆进行调色)；最后加入适量的水再次高速分散，并用pH值调节剂将浆料的酸碱度调至8～9.5。高速分散完毕，浆料可经三辊机再次研磨分散调和，过筛出料，罐装密封即可。

这种以纳米锐钛矿型氧化钛作为光催化剂的水性功能乳胶涂料可用于各种混凝土质、金属质或木质等建筑物的内、外表面(如：房屋、围墙、隧道、管道等)，亦可用于家具、办公用具、交通工具等，应用范围广泛。它不仅具有自洁、抗霉、灭菌及净化空气的作用，同时还具有以下特点：一是安全性好，纳米锐钛矿型氧化钛本身无毒无害，在涂料的生产、施工和使用过程中对环境和各类动植物没有任何污染和影响；二是即效性好，在紫外线照射下纳米锐钛矿型氧化钛即时产生光催化作用；三是长效性好，纳米锐钛矿型氧化钛性质稳定、不会分解，是一种催化剂型(即非消耗性)的“灭菌剂”，而其它消耗性的灭菌剂会随着灭菌剂的溶出而效果逐渐下降。

具体实施方式：

实施例1

1)组成：

光催化剂：纳米锐钛矿型氧化钛30％(采用硫酸法自制，粒度为10～80nm)

水性粘结剂：丙烯酸酯乳液35％(美国联碳公司【简称联碳】的UCAR U-4552W，含固量47％)

颜填料：轻质碳酸钙3％，滑石粉2％(均为市场常见产品，粒度为800目以下)助剂：分散剂1％(深圳海川公司【简称海川】的SN-5040)，消泡剂0.3％(海川Nopco-8034)，增稠剂3％(海川Modicol VD)，防腐剂0.2％(海川NopcocideSN-215)，润湿剂0.3％(海川Hyonic PE-100)，流平剂2％(伊士曼公司【简称伊士曼】的Texanol)，成膜助剂2％(市售丙二醇)，pH值调节剂适量(陶氏公司【简称陶氏】的AMP-95)

其余为水。

2)制备过程：

先将水(约占涂料总量10％)加入高速分散机的调料桶中，在低速(200～300转/分)下依次加入分散剂、润湿剂、增稠剂的二分之一、消泡剂的三分之二混合均匀，然后将光催化剂、轻质碳酸钙、滑石粉慢慢加入调料桶中，此时调料桶中的浆料渐渐变厚，应及时加入适量的水并调节叶轮与调料桶底的距离，使叶轮搅起的漩涡成浅盆状；加完光催化剂和颜填料后，应提高叶轮转速(1000～1200转/分)继续进行搅拌，直至分散工序完成；然后，在低速下逐渐加入流平剂、成膜助剂、丙烯酸酯乳液、消泡剂的三分之一、防腐剂、增稠剂的二分之一，再加入适量的pH值调节剂(使pH值为9.0)；最后，加入余量的水并提高叶轮转速再次进行高速分散。分散完毕后，浆料经三辊机再次研磨分散调和，过筛出料，罐装密封即得成品。

3)性能及特点

①具有普通外墙涂料的各项基本性能，能起到装饰和保护的作用。

②具有自洁的性能：在合适的紫外线(如太阳、高压汞灯等)的照射下，能降解涂层上面沾染的各种有机污物，如含油的污垢和灰尘、油墨、有机颜料、果汁等中的有机物，经过天然的风吹雨淋、或人工用水冲刷，即可达到清洁效果。

③具有抗霉、灭菌的性能：在合适的紫外线照射下，能降解涂层上面沾染或生成的各种霉菌、细菌等有害微生物，且能清除死菌残留的毒素，起到抗霉、灭菌的效果。

④具有净化空气的性能：在合适的紫外线照射下，能降解涂层周围接触到其表面的空气中的各种有机气体以及氮氧化物(NO_x)、一氧化碳(CO)、二氧化硫(SO₂)等，起到净化环境大气的作用。

⑤施工和使用过程中不产生有害气体，对环境无污染。

4)适用范围

适用于混凝土、石膏等各类砂浆以及木材等质料的建筑物外墙饰面、楼顶、露台、隧道等，以及金属质料的管路、栅栏、灯架和灯罩、交通标志牌等。

实施例2

1)组成：

光催化剂：纳米锐钛矿型氧化钛10％(采用硫酸法自制，粒度为20～100nm)；

水性粘结剂：醋丙乳液30％(联碳UCAR R-350Z，含固量54～57％)；

颜填料：普通钛白粉7.5％，轻质碳酸钙8％，滑石粉3％，蒙脱石3％(均为市场常见产品，粒度为800目以下)；

助剂：分散剂0.6％(海川SN-5040)，消泡剂0.3％(海川Nopco-8034)，增稠剂0.3％(联碳QP-15000H)，防腐剂0.2％(海川Nopcocide SN-215)，润湿剂0.3％(海川Hyonic PE-100)，流平剂1％(伊士曼Texanol)，成膜助剂2％(市售丙二醇)，pH值调节剂适量(陶氏AMP-95)；

其余为水。

2)制备过程：

先将水(约占涂料总量15％)加入高速分散机的调料桶中，在低速(200～300转/分)下依次加入分散剂、润湿剂、增稠剂、消泡剂的三分之二混合均匀，然后将光催化剂、普通钛白粉、轻质碳酸钙、滑石粉、蒙脱石慢慢加入调料桶中，此时调料桶中的浆料渐渐变厚，应及时加入适量的水并调节叶轮与调料桶底的距离，使叶轮搅起的漩涡成浅盆状；加完光催化剂和颜填料后，应提高叶轮转速(1000～1200转/分)继续进行搅拌，直至分散工序完成；然后，在低速下逐渐加入流平剂、成膜助剂、聚醋酸乙烯乳液、消泡剂的三分之一、防腐剂，再加入适量的pH值调节剂(使pH值为8.5)；最后，加入余量的水并提高叶轮转速再次进行高速分散。分散完毕后，浆料经三辊机再次研磨分散调和，过筛出料，罐装密封即得成品。

3)性能及特点

①具有普通内墙涂料的各项基本性能，能起到装饰和保护的作用。

②具有自洁的性能：在合适的紫外线(如日光灯、消毒用紫外灯等)的照射下，能降解墙面上沾染的各种有机污物，如含油的污垢和灰尘、油墨、有机颜料、果汁等中的有机物，只需人工用水擦洗，即可达到清洁效果。

③具有抗霉、灭菌的性能：在合适的紫外线照射下，能降解墙面上沾染或生成的各种霉菌、细菌等有害微生物，且能清除死菌残留的毒素，起到抗霉、灭菌的效果。

④具有净化空气的性能：在合适的紫外线照射下，能降解墙面周围接触到其表面的空气中的各种有机气体、家具和装修材料释放出的有毒气体(如甲醛、苯酚)、抽烟产生的废气、人体产生的异味等，起到净化室内空气的作用。

⑤施工和使用过程中不产生有害气体，对环境无污染。

4)适用范围

适用于混凝土、石膏等各类砂浆以及木材、金属等质料的建筑物内墙饰面和顶棚等。

实施例3

1)组成：

光催化剂：纳米锐钛矿型氧化钛46％(采用硫酸法自制，粒度为5～60nm)；

水性粘结剂：有机硅改性丙烯酸酯乳液32％(采用丙烯酸酯乳液和硅溶胶共混法自制，含固量50～56％)；

颜填料：硅藻土1％(为市场常见产品，粒度为800目以下)；

助剂：分散剂1％(海川SN-5040)，消泡剂0.3％(海川Nopco-8034)，增稠剂0.3％(联碳QP-15000H)，防腐剂0.2％(海川Nopcocide SN-215)，润湿剂0.6％(海川Hyonic PE-100)，流平剂1％(伊士曼Texanol)，成膜助剂2％(市售丙二醇)，pH值调节剂适量(陶氏AMP-95)；

其余为水。

2)制备过程：

先将水(约占涂料总量10％)加入高速分散机的调料桶中，在低速(200～300转/分)下依次加入分散剂、润湿剂、增稠剂、消泡剂的三分之二混合均匀，然后将光催化剂和硅藻土慢慢加入调料桶中，此时调料桶中的浆料渐渐变厚，应及时加入适量的水并调节叶轮与调料桶底的距离，使叶轮搅起的漩涡成浅盆状；加完光催化剂和颜填料后，应提高叶轮转速(1000～1200转/分)继续进行搅拌，直至分散工序完成；然后，在低速下逐渐加入流平剂、成膜助剂、有机硅改性丙烯酸酯乳液、消泡剂的三分之一、防腐剂，再加入适量的pH值调节剂(使pH值为9.0)；最后，加入余量的水并提高叶轮转速再次进行高速分散。分散完毕后，浆料经三辊机再次研磨分散调和，过筛出料，罐装密封即得成品。

3)性能及特点

④具有净化空气的性能：在合适的紫外线照射下，能降解涂层周围接触到其表面的空气中各种有机气体以及氮氧化物(NO_x)、一氧化碳(CO)、二氧化硫(SO₂)等，起到净化环境大气的作用。

⑤施工和使用过程中不产生有害气体，对环境无污染。

4)适用范围

适用于混凝土、石膏等各类砂浆以及木材等质料的建筑物外墙饰面、楼顶、露台、隧道等，以及金属质料的管路、栅栏、灯架和灯罩、交通标志牌等。其自洁、抗霉、灭菌及净化空气的效果优于实施例一，但成本亦较高。

实施例4

1)组成(由两个组分组成，在施工前按比例调和)：

组分一：光催化剂：纳米锐钛矿型氧化钛29％(采用硫酸法自制，粒度为20～100nm)；

水性粘结剂：环氧树脂乳液26％(Ciba公司的PY 340-2，)；

水45％。

组分二：固化剂(Ciba公司的HZ3982)。

2)制备过程：

先将环氧树脂乳液加入高速分散机的调料桶中，在低速(200～300转/分)下将光催化剂慢慢加入调料桶中，此时调料桶中的浆料渐渐变厚，应及时调节叶轮与调料桶底的距离，使叶轮搅起的漩涡成浅盆状；加完光催化剂后，应提高叶轮转速(1000～1200转/分)继续进行搅拌，直至分散工序完成；然后，在低速下缓慢加入水使其乳化，并控制温度在10～40℃。乳化均匀后，罐装密封即可。固化剂另行罐装，在施工前按比例(组分二与组分一之比为25.7％)调和使用。

3)性能及特点

①具有较强的附着力，强度高，耐磨性、柔韧性好，耐化学腐蚀性和抗水、油、酸、碱、有机溶剂性强，并且有一定的绝缘性，能起到较好的保护作用和一定的装饰作用。

②具有自洁的性能：在合适的紫外线(如太阳、高压汞灯、日光灯、消毒用紫外灯等)的照射下，能降解涂层上面沾染的各种有机污物，经过天然的风吹雨淋，或人工用水冲刷、擦洗，即可达到清洁效果。

④具有净化环境的性能：在合适的紫外线照射下，能降解涂层周围接触到其表面的液体或空气中的各种有机物，起到净化环境的作用。

4)适用范围

适用于混凝土、金属等质料的建筑物表面或地坪，如工厂、仓库、道路、机场、机房、管道、贮槽、容罐等。

Claims

1、一种具有自洁、抗霉、灭菌及净化空气作用的水性功能涂料，涂料的基本组成物中包括颜填料和助剂，其特征在于涂料中还含有如下组分：①光催化剂：尺寸为5-100nm的纳米锐钛矿型氧化钛，含量为10-46％；②水性粘结剂：水溶性树脂或聚合物乳液或硅溶胶或它们的混合物，总含量为26-35％；所述含量为重量百分比。