用于空气污染物净化的光催化环保涂料及其制备方法与流程

[0001]
本发明涉及涂料技术领域，尤其涉及一种用于空气污染物净化的光催化环保涂料及其制备方法。


背景技术：

[0002]
臭氧、no
x
等污染物造成的空气污染的加剧，刺激了人们对环境净化的诉求。城市中臭氧主要由大气中氮氧化物(no
x
)和挥发性有机物(vocs)等前体物在太阳紫外线照射下发生光化学反应所产生的二次污染物。臭氧生成与消耗主要取决于大气光化学反应的控制，影响因素包含太阳辐射、温度、湿度等气象条件影响，除此之外，还与其前体物的浓度变化有密切关系。
[0003]
传统环保涂料自身低vocs或无vocs，但不具备净化功能，而现有的大多数净化涂料，以吸附方式净化，不仅会造成二次污染，也不具备主动净化空气的功能。
[0004]
为解决当前空气污染问题，基于太阳能的光催化技术在净化臭氧、no
x
等污染物方面的优异表现、能耗低、环境友好等特点受到人们的关注。光催化材料是具有光催化空气净化功能的材料，材料在光照条件下被激发，产生的光生电子和光生空穴，与空气中氧气和水分子反应形成氧化力极强的超氧自由基和羟基自由基，形成的自由基团可以与臭氧、no
x
、甲醛、vocs等空气污染物发生氧化还原反应，把有害气体污染物反应成水和二氧化碳，从而起到降解污染物的作用，实现净化空气的目的。
[0005]
然而传统的光催化材料在净化空气方面的实际效果并不理想。以tio2为代表的传统光催化材料，一方面，tio2光催化材料要发挥作用，需要紫外光来激发，且对紫外光强度和光照条件都有特别要求，并且紫外光会对人体健康造成一定的损害，不适合长时间的照射。从能量而言，由于紫外线只占太阳光能量的4％左右，而可见光则占太阳光能量的43％，导致通常情况下tio2的净化效果差。因此，如何克服现有光催化材料净化空气效果差、转化率低的缺陷成为了亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

[0006]
本发明的第一个目的在于提供一种用于空气污染物净化的光催化环保涂料，以解决现有的光催化材料涂料在实际用于净化空气净化的时候存在效果差、转化率低的问题。
[0007]
为了实现上述目的，本发明采取了以下技术方案：
[0008]
一种用于空气污染物净化的光催化环保涂料，所述光催化环保涂料按质量百分比计包括：可见光响应的光催化材料1％-8％，环保乳液5％-20％，填料10％-25％，分散剂1％-5％，成膜助剂0.5％-1％，增稠剂0.2％-1％，流平剂0.2％-0.5％，消泡剂0.1％-0.5％，颜料0.5％-1％，溶剂38％-80.5％。
[0009]
进一步地，所述光催化材料为c3n4、掺杂的c3n4、复合c3n4、纳米铋系氧化物中的一种或多种。
[0010]
进一步地，所述掺杂的c3n4所掺杂的元素包括非金属元素、碱金属元素、碱土金属
元素中的一种或多种，如c、o、n、k、na、ca、mg等元素。
[0011]
进一步地，所述环保乳液为水性硅丙乳液、水性聚丙烯酸乳液、丙烯酸树脂水分散体、丙烯酸树脂水溶液水性苯丙乳液、水性纯丙乳液、聚氨酯乳液、硅酸盐溶液、水性硅树脂中的一种或多种，其中硅酸盐包括硅酸铝、硅酸铁、硅酸钙、硅酸镁、硅酸钾、硅酸钠。
[0012]
进一步地，所述填料为碳酸钙(重钙、轻钙)、二氧化硅、高岭土、硅藻土、硅灰石、滑石粉、白碳黑、石墨、重晶石、钛白粉、海泡石、氧化铝粉、玻璃粉、石棉粉、云母粉、石英粉、沉淀硫酸钡、硅灰石、膨润土、贝壳粉、硅藻泥中一种或多种。
[0013]
进一步地，所述溶剂为水溶剂或硅溶胶或低浓度乙醇。
[0014]
进一步地，所述助剂为成膜助剂、分散剂、流平剂、消泡剂、增稠剂中一种或多种。
[0015]
进一步地，所述颜料为无机颜料，包括金属氧化物、铬酸盐、碳酸盐、硫酸盐和硫化物中一种或多种。
[0016]
本发明第二个目的在于提供一种如上述的用于空气污染物净化的光催化环保涂料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
[0017]
按配比称取制备所述光催化环保涂料的各原料组分，将光催化材料与乳液混合，匀速搅拌均匀得到第一混合液；
[0018]
将填料与溶剂混合浸泡得到第二混合液；
[0019]
将所述第二混合液加入所述第一混合液中机械搅拌均匀得到第三混合液；
[0020]
将分散剂、成膜助剂、流平剂和消泡剂加入所述第三混合液中机械搅拌均匀得到第四混合液；
[0021]
将颜料及增稠液先后加入所述第四混合液中匀速搅拌均匀，得到所述光催化环保涂料。
[0022]
进一步地，所述机械搅拌的转速为200-800r/min，搅拌时长为0.5-2h。
[0023]
本发明的有益效果：
[0024]
本发明提供的用于空气污染物净化的光催化环保涂料，按质量百分比计包括：可见光响应的光催化材料1％-8％，环保乳液5％-20％，填料10％-25％，分散剂1％-5％，成膜助剂0.5％-1％，增稠剂0.2％-1％，流平剂0.2％-0.5％，消泡剂0.1％-0.5％，颜料0.5％-1％，溶剂38％-80.5％。本发明通过采用可见光响应的光催化材料制备光催化环保涂料，具有优异的光催化性能、良好的光化学稳定性和较高的热稳定性，有利于进行实际应用。其制备条件温和，制备方法简单，生产工艺简单易控，成本低廉，有利于规模化生产。本发明提供的空气污染物净化的光催化环保涂料，光催化活性优异，能够广泛用于空气净化领域，尤其是水性环保涂料领域，应用场景包括内墙和外墙，并且该涂料具有良好的防水性、耐候性、防起壳、高效且稳定的光催化性能和循环性。
附图说明
[0025]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
[0026]
图1是本发明实施例中用于空气污染物净化的光催化环保涂料的制备方法的流程
图；
[0027]
图2是本发明实施例中光催化环保涂料测试臭氧降解率的结果示意图；
[0028]
图3是本发明实施例中光催化环保涂料测试no
x
降解率的结果示意图。
具体实施方式
[0029]
本发明实施例中揭露的数值是近似值，而并非确定值。在误差或者实验条件允许的情况下，可以包括在误差范围内的所有值而不限于本发明实施例中公开的具体数值。
[0030]
本发明实施例中揭露的数值范围用于表示在混合物中的组分的相对量以及其他方法实施例中列举的温度或者其他参数的范围。
[0031]
本发明一方面提供一种用于空气污染物净化的光催化环保涂料，所述光催化环保涂料按质量百分比计包括：可见光响应的光催化材料1％-8％，环保乳液5％-20％，填料10％-25％，分散剂1％-5％，成膜助剂0.5％-1％，增稠剂0.2％-1％，流平剂0.2％-0.5％，消泡剂0.1％-0.5％，颜料0.5％-1％，溶剂38％-80.5％。
[0032]
本发明所提供的光催化涂料，具有原料易得、工艺简单、制备环保的特点，能够在广泛应用臭氧、nox等污染物净化领域，应用场景包括室内和户外外墙，并且涂料具有良好的防水性、耐候性、防起壳、高效且稳定的光催化性能和循环性。
[0033]
为了实现本发明的技术方案，光催化涂料的采用了具有可见光响应的纳米光催化材料，将其应用于水性涂料的配方中，可以提高涂料在弱光和自然光照下的长效性。
[0034]
具体地，本发明中的光催化材料可选自c3n4、掺杂的c3n4、复合c3n4、纳米铋系氧化物等中的一种或多种。其中，掺杂的c3n4所掺杂的元素包括非金属元素、碱金属元素、碱土金属元素中的一种或多种，如c、o、n、k、na、ca、mg等元素。复合c3n4可选自tio2/c3n4、聚苯胺/c3n4、石墨烯/c3n4、go/c3n4、sio2/c3n4、biocl/c3n4、fe3o4/c3n4、zno/c3n4等中的一种或多种。纳米铋系氧化物可选自biocl、(bio)2co3、biobr、bioi等中的一种或多种。
[0035]
在本实施例中，光催化材料优选为c3n4或掺杂的c3n4或复合c3n4，由于c3n4为可见光响应光催化材料，能够在光照条件下被激发，产生的光生电子和光生空穴与空气中氧气和水分子反应形成氧化力极强的超氧自由基和羟基自由基。形成的自由基团可以与臭氧、no
x
、甲醛、vocs等空气污染物发生氧化还原反应，把有害气体污染物反应成水和二氧化碳，从而起到降解污染物的作用，实现空气净化的目的。且c3n4催化条件温和，在可见光(400～750nm)的光照条件下便可进行催化反应，将其应用于水性涂料的配方中，可以提高涂料在光照下的净化能力，能够广泛应用在臭氧、no
x
、voc等污染物净化领域，应用场景包括建筑内墙和外墙。
[0036]
具体地，本发明中的环保乳液为水性硅丙乳液、水性聚丙烯酸乳液、丙烯酸树脂水分散体、丙烯酸树脂水溶液水性苯丙乳液、水性纯丙乳液、聚氨酯乳液、硅酸盐溶液、水性硅树脂等中的一种或多种，其中硅酸盐包括硅酸铝、硅酸铁、硅酸钙、硅酸镁、硅酸钾、硅酸钠。环保乳液的主要作用是使成型的涂料成膜，并提高涂料的均匀性。
[0037]
填料为碳酸钙(重钙、轻钙)、二氧化硅、高岭土、硅藻土、硅灰石、滑石粉、白碳黑、石墨、重晶石、钛白粉、海泡石、氧化铝粉、玻璃粉、石棉粉、云母粉、石英粉、沉淀硫酸钡、硅灰石、膨润土、贝壳粉、硅藻泥中一种或多种。填料的主要作用体现在以下几个方面：
[0038]
1、在涂料中起骨架、填充作用；2、调节涂料的流变性能；3、改善耐磨性和耐久性；
4、调节光学性能；5、提高耐候性；降低生产成本；
[0039]
由上可知，填料在该涂料中起着重要作用，因此填料的比重影响着涂料的性能。
[0040]
溶剂为水溶剂或硅溶胶或低浓度乙醇，取材方便，且成本低。
[0041]
助剂为成膜助剂、分散剂、流平剂、消泡剂、增稠剂等中一种或多种。
[0042]
分散剂的主要作用用于材料的分散，提高涂膜的均匀性；
[0043]
成膜助剂的主要作用用于提高涂膜的成膜效果；
[0044]
增稠剂的主要作用用于调节涂料稠度，满足不同的喷涂条件；
[0045]
流平剂的主要作用用于促使涂料在干燥成膜过程中形成一个平整、光滑均匀的涂膜，能有效降低刷涂在物体表面的涂料表面张力，提高其流平性和均匀性，可改善涂料的渗透性，能减少涂料在刷涂时产生斑点和斑痕的可能性，增加覆盖性，使成膜均匀、自然；
[0046]
消泡剂的主要作用用于降低水、溶液、悬浮液等的表面张力，防止泡沫形成，或使原有泡沫减少或消灭的物质。
[0047]
颜料为无机颜料，包括金属氧化物、铬酸盐、碳酸盐、硫酸盐和硫化物等中一种或多种。如铝粉、铜粉、碳黑、锌白、钛白、铬黄、铁蓝、镉红、镉黄、立德粉、炭黑、氧化铁红、氧化铁黄等。颜料的主要作用用于着色，为涂料提供不同的颜色选择。
[0048]
采用本发明上述所提供的光催化涂料，具有原料易得、工艺简单、制备环保的特点，并且具有良好的防水性、耐候性、防起壳、高效且稳定的光催化性能和循环性。
[0049]
本发明另一方面还提供一种用于空气污染物净化的光催化环保涂料的制备方法，参照图1所示，该制备方法包括以下步骤：
[0050]
s1：按配比称取制备所述光催化环保涂料的各原料组分，将光催化材料与乳液混合匀速搅拌均匀得到第一混合液；
[0051]
s2：将填料与溶剂混合浸泡得到第二混合液；
[0052]
s3：将所述第二混合液加入所述第一混合液中匀速搅拌均匀得到第三混合液；
[0053]
s4：将分散剂、成膜助剂、流平剂和消泡剂加入所述第三混合液中匀速搅拌均匀得到第四混合液；及
[0054]
s5：将颜料及增稠液先后加入所述第四混合液中匀速搅拌均匀，得到所述光催化环保涂料。
[0055]
具体地，机械搅拌的转速为200-800r/min，搅拌时长为0.5-2h。
[0056]
本发明提供的制备方法得到的光催化环保涂料，具有制备工艺简单、光催化性能优异的优点，能够提升涂料在光照下的空气净化能力，同时由于用于制备光催化环保涂料的原材料不会对环境造成污染，使本发明公开的光催化环保涂料具有绿色环保的优点。
[0057]
具体实施例
[0058]
以下实施例所用原料，除特别说明外，均为市售购得。下列实施例通过将制得的涂料涂覆在透明玻璃板上，待涂料完全干燥之后，在透明玻璃板上形成涂层，对涂料进行臭氧、no
x
、及vocs测试，以验证涂料的性能。
[0059]
图1为实施例1-3样品的臭氧降解率，臭氧的1小时的降解率均超过85％，其中实施例1的降解效果较为明显，降解率为97.7％。图2为实施例1-3样品的no
x
降解率，no
x
的30分钟的降解率均超过50％，其中实施例1的降解效果较为明显。表1为vocs的降解率，那个实施例48小时降解率为89.9％，81.7％，75.3％。
[0060]
实施例1
[0061]
制备光催化环保涂料，原料组成按重量百分比配比如下：
[0062]
光催化材料5％、环保乳液10％、填料15％、分散剂2.5％、成膜助剂0.5％，增稠剂1％，流平剂0.5％，消泡剂0.5％，颜料0.5％，其余为溶剂。
[0063]
所述光催化材料是所述的光催化材料为光催化材料包括c3n4、掺杂的c3n4、复合c3n4、纳米铋系氧化物中的一种或多种，优选c3n4。
[0064]
所述的环保乳液为水性硅丙乳液；
[0065]
所述的填料为硅灰石和重钙粉，按照质量比1：1加入；
[0066]
所述的分散剂为六偏磷酸钠；
[0067]
所述的成膜助剂为十二醇酯；
[0068]
所述的增稠剂为聚丙烯酸钠；
[0069]
所述的流平剂为粉末流平剂rb505；
[0070]
所述的消泡剂为聚硅氧烷类消泡剂；
[0071]
所述的颜料为钛白；
[0072]
所述的溶剂为水；
[0073]
本发明所提及的光催化涂料的制备方法，制备步骤如下：
[0074]
s1：按配比称取制备所述光催化环保涂料的各原料组分，将5％光催化材料与10％环保乳液混合匀速搅拌均匀得到第一混合液；
[0075]
s2：将15％填料与64.5％水混合浸泡得到第二混合液；
[0076]
s3：将第二混合液加入第一混合液中机械搅拌均匀，时间0.5小时，得到第三混合液；
[0077]
s4：将2.5％分散剂、0.5％成膜助剂、0.5％流平剂和0.5％消泡剂加入第三混合液中机械搅拌均匀，时间0.5小时，得到第四混合液；及
[0078]
s5：将0.5％颜料及1％增稠剂先后加入第四混合液中匀速搅拌均匀，得到光催化环保涂料。
[0079]
实施例2
[0080]
制备光催化环保涂料，原料组成按重量百分比配比如下：
[0081]
光催化材料2％、环保乳液15％、填料16％、分散剂1％、成膜助剂0.5％，增稠剂0.2％，流平剂0.2％，消泡剂0.1％，颜料0.5％，其余为溶剂。
[0082]
所述光催化材料是所述的光催化材料为光催化材料包括c3n4、掺杂的c3n4、复合c3n4、纳米铋系氧化物中的一种或多种，优选zno/c3n4。
[0083]
所述的环保乳液为水性聚丙烯酸乳液；
[0084]
所述的填料为海泡石和重钙粉，按照质量比3：2加入；
[0085]
所述的分散剂为六偏磷酸钠；
[0086]
所述的成膜助剂为乙二醇；
[0087]
所述的增稠剂为膨润土；
[0088]
所述的流平剂为聚二甲基硅氧烷；
[0089]
所述的消泡剂为脂肪酸甘油脂；
[0090]
所述的颜料为氧化铁黄；
[0091]
所述的溶剂为水；
[0092]
本发明所提及的光催化涂料的制备方法，制备步骤如下：
[0093]
s1：按配比称取制备所述光催化环保涂料的各原料组分，将2％光催化材料与15％环保乳液混合匀速搅拌均匀得到第一混合液；
[0094]
s2：将15％填料与64.5％水混合浸泡得到第二混合液；
[0095]
s3：将第二混合液加入第一混合液中机械搅拌均匀，时间0.5小时，得到第三混合液；
[0096]
s4：将1％分散剂、0.5％成膜助剂、0.2％流平剂和0.1％消泡剂加入第三混合液中机械搅拌均匀，时间0.5小时，得到第四混合液；及
[0097]
s5：将0.5％颜料及0.2％增稠剂先后加入第四混合液中匀速搅拌均匀，得到光催化环保涂料。
[0098]
实施例3
[0099]
制备光催化环保涂料，原料组成按重量百分比配比如下：
[0100]
光催化材料8％、环保乳液20％、填料25％、分散剂5％、成膜助剂1％，增稠剂0.2％，流平剂0.2％，消泡剂0.1％，颜料1％，其余为溶剂。
[0101]
所述光催化材料是所述的光催化材料为光催化材料包括c3n4、掺杂的c3n4、复合c3n4、纳米铋系氧化物中的一种或多种，优选sio2/c3n4。
[0102]
所述的环保乳液为水性纯丙乳液；
[0103]
所述的填料为硅藻土和重钙粉，按照质量比1：1加入；
[0104]
所述的分散剂为六偏磷酸钠；
[0105]
所述的成膜助剂为十二碳醇酯；
[0106]
所述的增稠剂为羟乙基纤维素；
[0107]
所述的流平剂为聚二甲基硅氧烷；
[0108]
所述的消泡剂为脂肪酸甘油脂；
[0109]
所述的颜料为氧化铁红；
[0110]
所述的溶剂为低浓度乙醇与水的混合溶液；
[0111]
本发明所提及的光催化涂料的制备方法，制备步骤如下：
[0112]
s1：按配比称取制备所述光催化环保涂料的各原料组分，将8％光催化材料与20％环保乳液混合搅拌混合匀速搅拌均匀得到第一混合液；
[0113]
s2：将25％填料、39.5％低浓度乙醇与水的混合溶液混合浸泡得到第二混合液；
[0114]
s3：将第二混合液加入第一混合液中机械搅拌均匀，时间0.5小时，得到第三混合液；
[0115]
s4：将1％分散剂、0.5％成膜助剂、0.2％流平剂和0.1％消泡剂加入第三混合液中机械搅拌均匀，时间0.5小时，得到第四混合液；及
[0116]
s5：将1％颜料及0.2％增稠剂先后加入第四混合液中匀速搅拌均匀，得到光催化环保涂料。
[0117]
在其他实施例中，还对涂料进行vocs测试，以验证涂料的性能。
[0118]
具体试验结果可参表1。
[0119]
序号受测污染物光照时间初始浓度终止浓度净化效率
1vocs48小时4.95mg/m30.5mg/m389.9％2vocs48小时4.92mg/m30.9mg/m381.7％3vocs48小时4.86mg/m31.2mg/m375.3％
[0120]
表1
[0121]
根据上述实施例的测试步骤和参数，可以看出本发明提供的制备方法得到的光催化环保涂料对于臭氧、no
x
、vocs等污染物具有较好的去除率，同时具有优异的可见光催化性能、良好的光化学稳定性和较高的热稳定性，利于在实际中的应用。而且因为其制备条件温和，简单，光催化活性优异，可实现工业化生产，能够广泛用于空气净化领域。
[0122]
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

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