一种可见光光触媒涂料及其制备方法与流程

1.本发明属于光催化涂料技术领域，具体涉及一种可见光光触媒涂料及其制备方法。


背景技术：

2.甲醛分子中有醛基，是一种重要的有机原料，是无色、具有强烈气味的刺激性气体。墙面、地面的装饰铺设，总会有甲醛释放。经常吸入少量甲醛，能引起慢性中毒，出现粘膜充血、皮肤刺激症、过敏性皮炎、指甲角化和脆弱、甲床指端疼痛等。全身症状有头痛、乏力、胃纳差、心悸、失眠、体重减轻以及植物神经紊乱等。甲醛对健康危害主要有以下几个方面：刺激作用，甲醛的主要危害表现为对皮肤粘膜的刺激作用，甲醛是原浆毒物质，能与蛋白质结合、高浓度吸入时出现呼吸道严重的刺激和水肿、眼刺激、头痛；致敏作用，皮肤直接接触甲醛可引起过敏性皮炎、色斑、坏死，吸入高浓度甲醛时可诱发支气管哮喘。致突变作用，高浓度甲醛还是一种基因毒性物质。实验动物在实验室高浓度吸入的情况下，可引起鼻咽肿瘤。室内是人类最主要的活动空间，人们每天在室内的生活和工作时间至少在12个小时以上，室内空气对人类的健康有至关重要的影响。由于技术和材料所限，目前在制造室内家具和装修过程中还无法完全禁止使用含有甲醛组分的原材料，无法从源头上去除甲醛的危害，由于不能全面限制甲醛使用，消除和降低甲醛危害是当务之急。
3.目前，甲醛气体治理方法主要有物理吸附法、化学反应法、催化氧化法、生物法、复合法和冷等离子体法。各种方法比较来看，光催化氧化法具有在室温下可以使用、能耗低、无二次污染等优点，是一种前景广阔的净化空气的新方法。
4.然而，传统光触媒材料一般在紫外线条件下具有较高的催化效率，而对太阳光等的吸收效率不足5％，效率较低。如何有效提高光触媒材料的光催化效率，成为光催化研究的热点问题。现有技术中也有具有优异光催化效率的材料被不断研发出来，比如钛酸铋材料，专利号201010132675.3公开了一种单相钛酸铋纳米材料的制备方法和应用，通过该制备方法得到的单相钛酸铋纳米材料在太阳光下催化降解常见的有机污染物显示出了高的光催化活性，且催化剂的再生性能优异，重复使用8次后，催化性能依然良好，工业实用性强；但是将钛酸铋材料用于涂料体系中时，发现其被树脂或者乳液包裹后，使得该光触媒材料的活性降低或失去，甚至没有了净化功能；如何保持光触媒材料在涂料体系中的催化活性是本领域技术人员关注的。
5.现有室内白色乳胶涂料，一般采用丙烯酸树脂乳液作为基础胶，但是使用丙烯酸乳液与光触媒材料混合制备涂料时，所得涂料的光催化活性低，催化效果较差，无法满足相关的标准使用要求。


技术实现要素：

6.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的主要目的在于提供一种可见光光触媒涂料，旨在解决现有光触媒材料使用于涂料体系中时
催化活性降低或者失去进而导致可见光光触媒涂料催化活性低的技术问题。本发明还提供了该可见光光触媒涂料的制备方法。
7.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
8.一种可见光光触媒涂料，以重量份计，其包括如下组分：醋酸乙烯-乙烯乳液：200-400份；单相铋纳米材料：30-50份；钛白粉：150-250份；高光硫酸钡：150-250份；去离子水：150-300份；分散剂：3-6份；润湿剂：3-6份；丙二醇：15-25份；消泡剂：1-3份；多功能胺助剂：3-6份；缔合碱溶胀增稠剂：3-6份；缔合型聚氨酯增稠剂：2-4份。
9.在某些优选实施例中，以重量份计，其包括如下组分：醋酸乙烯-乙烯乳液：200份；单相铋纳米材料：30份；钛白粉：250份；高光硫酸钡：150份；去离子水：150份；分散剂：3份；润湿剂：3份；丙二醇：15份；消泡剂：1份；多功能胺助剂：3份；缔合碱溶胀增稠剂：3份；缔合型聚氨酯增稠剂：2份。
10.在某些优选实施例中，以重量份计，其包括如下组分：醋酸乙烯-乙烯乳液：330份；单相铋纳米材料：40份；钛白粉：200份；高光硫酸钡：200份；去离子水：185份；分散剂：5份；润湿剂：5份；丙二醇：20份；消泡剂：2份；多功能胺助剂：5份；缔合碱溶胀增稠剂：5份；缔合型聚氨酯增稠剂：3份。
11.在某些优选实施例中，以重量份计，其包括如下组分：醋酸乙烯-乙烯乳液：400份；单相铋纳米材料：50份；钛白粉：150份；高光硫酸钡：250份；去离子水：230份；分散剂：5份；润湿剂：6份；丙二醇：20份；消泡剂：2份；多功能胺助剂：5份；缔合碱溶胀增稠剂：5份；缔合型聚氨酯增稠剂：3份。
12.在某些优选实施例中，所述醋酸乙烯-乙烯乳液的平均粒径为0.12-0.20μm。
13.在某些优选实施例中，所述硫酸钡的目数为1250目；所述多功能胺助剂为amp-95。
14.在某些优选实施例中，所述钛白粉为金红石型钛白粉。
15.在某些优选实施例中，所述钛白粉为锐钛型钛白粉。
16.一种根据前述可见光光触媒涂料的制备方法，包括如下步骤：
17.1)按照配方要求，在分散机中加入去离子水并开始搅拌，再依次加入分散剂、润湿剂、丙二醇、消泡剂，分散2-5分钟，得到混合料a；
18.2)在混合料a中加入单相铋纳米材料、钛白粉及高光硫酸钡后高速分散30-40分钟，得到混合料b；
19.3)在混合料b中加入醋酸乙烯-乙烯乳液和多功能胺助剂，中低速分散5-10分钟，得到混合料c；
20.4)最后向混合料c中加入缔合碱溶胀增稠剂和缔合型聚氨酯增稠剂并低中速分散5-10分钟，过滤包装，即得可见光光触媒涂料。
21.与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：
22.1)本发明所提供的可见光光触媒涂料，通过采用醋酸乙烯-乙烯乳液，不仅使得该光触媒涂料具有优异的综合性能，符合相关的行业标准要求，同时采用在可见光条件下对甲醛有很好的净化效果的单相铋纳米材料，其在醋酸乙烯-乙烯乳液中体系中仍然具有很好的活性，对甲醛在可见光条件下具有良好的净化效果；本技术的可见光光触媒涂料经过国家建筑材料测试中心的检测，其甲醛净化效率达到85％，甲醛净化效率持久性达到81％，远远高于相关标准要求。
23.2)本发明所提供的可见光光触媒涂料，通过采用单相铋纳米材料和锐钛型钛白粉作为光触媒材料，当该光触媒涂料用于室内或者紫外线光线较好的地方时，单相铋纳米材料和锐钛型钛白粉能够很好的发挥协同作用，使得该光触媒涂料用于室内是其光催化效率可达85％。
具体实施方式
24.下面结合具体的实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
25.当以范围、优选范围、或者优选的数值上限以及下限的形式表述某个量、浓度或其它值或参数的时候，应当理解相当于具体揭示了通过将任意一对范围上限或优选数值与任意范围下限或优选数值结合起来的任何范围，而不考虑该范围是否具体揭示。除非另外指出，本文所列出的数值范围值在包括范围的端点，和该范围之内的所有整数和分数。
26.除非另外说明，本文中所有的百分比、份数、比值等均是按重量计。
27.本文的材料、方法和实施例均是示例性的，并且除非特别说明，不应理解为限制性的。
28.一种可见光光触媒涂料，以重量份计，其包括如下组分：醋酸乙烯-乙烯乳液：200-400份；单相铋纳米材料：30-50份；钛白粉：150-250份；高光硫酸钡：150-250份；去离子水：150-300份；分散剂：3-6份；润湿剂：3-6份；丙二醇：15-25份；消泡剂：1-3份；多功能胺助剂：3-6份；缔合碱溶胀增稠剂：3-6份；缔合型聚氨酯增稠剂：2-4份。
29.下述实施例中，其中单相铋纳米材料通过专利号201010132675.3公开的一种单相钛酸铋纳米材料的制备方法中的实施例1制备所得(目前该专利的所有权为本技术人所有)，该单相铋纳米材料具有优异的光催化活性，且再生性能优异，工业实用性强。所述醋酸乙烯-乙烯乳液的平均粒径为0.12-0.20μm，进一步的可选用塞拉尼斯的ecovae1602；所述硫酸钡的目数为1250目；所述多功能胺助剂为amp-95；所述钛白粉为金红石型钛白粉或锐钛型钛白粉，进一步为锐钛型钛白粉ta100；所述丙烯酸乳液购自巴德富的rs5969；其余助剂比如分散剂、润湿剂、消泡剂、缔合碱溶胀增稠剂、缔合型聚氨酯增稠剂等均可以通过商业途径购买获得；
30.实施例1
31.本实施例所公开的一种可见光光触媒涂料的制备方法，包括如下步骤：具体为：
32.1)以重量份计，在分散机中加入去离子水并开始搅拌，再依次加入3份分散剂、3份润湿剂、15份丙二醇、1份消泡剂，分散2-5分钟，得到混合料a；
33.2)在混合料a中加入30份单相铋纳米材料、250份钛白粉及150份高光硫酸钡后高速分散30-40分钟，得到混合料b；
34.3)在混合料b中加入200份醋酸乙烯-乙烯乳液和3份多功能胺助剂，中低速分散5-10分钟，得到混合料c；
35.4)最后向混合料c中加入3份缔合碱溶胀增稠剂和3份缔合型聚氨酯增稠剂并低中速分散5-10分钟，过滤包装，即得可见光光触媒涂料。
36.其中所述醋酸乙烯-乙烯乳液的平均粒径为0.12μm；所述钛白粉为锐钛型钛白粉，进一步为锐钛型钛白粉ta100。
37.实施例2
38.本实施例所公开的一种可见光光触媒涂料的制备方法，包括如下步骤：具体为：
39.1)以重量份计，在分散机中加入去离子水并开始搅拌，再依次加入5份分散剂、5份润湿剂、20份丙二醇、2份消泡剂，分散2-5分钟，得到混合料a；
40.2)在混合料a中加入40份单相铋纳米材料、200份钛白粉及200份高光硫酸钡后高速分散30-40分钟，得到混合料b；
41.3)在混合料b中加入330份醋酸乙烯-乙烯乳液和5份多功能胺助剂，中低速分散5-10分钟，得到混合料c；
42.4)最后向混合料c中加入5份缔合碱溶胀增稠剂和3份缔合型聚氨酯增稠剂并低中速分散5-10分钟，过滤包装，即得可见光光触媒涂料。
43.其中所述醋酸乙烯-乙烯乳液的平均粒径为0.16μm，粘度为100-700mpa
·
s；所述钛白粉为锐钛型钛白粉，进一步为锐钛型钛白粉ta100；
44.实施例3
45.本实施例所公开的一种可见光光触媒涂料的制备方法，包括如下步骤：具体为：
46.1)以重量份计，在分散机中加入去离子水并开始搅拌，再依次加入5份分散剂、6份润湿剂、20份丙二醇、2份消泡剂，分散2-5分钟，得到混合料a；
47.2)在混合料a中加入50份单相铋纳米材料、150份钛白粉及250份高光硫酸钡后高速分散30-40分钟，得到混合料b；
48.3)在混合料b中加入400份醋酸乙烯-乙烯乳液和5份多功能胺助剂，中低速分散5-10分钟，得到混合料c；
49.4)最后向混合料c中加入5份缔合碱溶胀增稠剂和3份缔合型聚氨酯增稠剂并低中速分散5-10分钟，过滤包装，即得可见光光触媒涂料。
50.其中所述醋酸乙烯-乙烯乳液的平均粒径为0.20μm，粘度为100-700mpa
·
s；所述钛白粉为锐钛型钛白粉，进一步为锐钛型钛白粉ta100；
51.实施例4
52.本实施例所公开的一种可见光光触媒涂料的制备方法，其组分和配比与实施例2基本相同，不同之处在于钛白粉为金红石型钛白粉；其制备方法与实施例2相同。
53.对比例1
54.本对比例所提供的可见光光触媒涂料的制备方法，其组分和配比与实施例2基本相同，不同之处在于该组分中醋酸乙烯-乙烯乳液的平均粒径为0.10μm；其制备方法与实施例2相同。
55.对比例2
56.本对比例所提供的可见光光触媒涂料的制备方法，其组分和配比与实施例2基本相同，不同之处在于该组分中醋酸乙烯-乙烯乳液的平均粒径为0.25μm；其制备方法与实施例2相同。
57.对比例3
58.本对比例所提供的可见光光触媒涂料的制备方法，其组分和配比与实施例2基本相同，不同之处在于不含有单相铋纳米材料；其制备方法与实施例2相同。
59.对比例4
60.本对比例所提供的可见光光触媒涂料的制备方法，其组分和配比与实施例2基本相同，不同之处在于醋酸乙烯-乙烯乳液330份替换成丙烯酸乳液314份和成膜助剂16份的混合液，其制备方法与实施例2相同。
61.本技术人通过采用jc/t1074-2008的检测标准，对实施例1-4和对比例1-6制备所得的可见光光触媒涂料进行采用性能测试，结果表1所示：
62.表1：实施例1-4和对比例1-4制备所得可见光光触媒涂料的性能指标
[0063][0064][0065]
从表1可知，本技术所提供的可见光光触媒涂料具有优异的甲醛净化效率和甲醛净化效率持久性。通过实施例2与对比例4可知，醋酸乙烯-乙烯乳液的粒径大小对甲醛净化效率及甲醛净化效率持久性影响较大；从实施例2与实施例4可知，在可见光下，对甲醛净化的主要功能材料为单相铋纳米材料，锐钛型钛白粉对甲醛的净化有一定的协同作用；
[0066]
通过实施例2与对比例1-4可知，在具有单相铋纳米材料的涂料中，其表面粗糙时，对甲醛净化有明显提升作用；
[0067]
本技术所提供的可见光光触媒涂料，申请人通过分析涂料的成膜机理、粘接料对粉体纳米材料的润湿及包裹原理，让涂料干膜具有一定的粗糙面，表面有比较多的细微空隙，在保证涂料本身质量及环保的前提下，尽量让单相铋纳米材料能与空气有很好的接触，从而对甲醛具有净化效果，从而为室内功能净化涂料的发展提供了一定的参考思路。
[0068]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

技术特征：
1.一种可见光光触媒涂料，其特征在于，以重量份计，其包括如下组分：醋酸乙烯-乙烯乳液：200-400份；单相铋纳米材料：30-50份；钛白粉：150-250份；高光硫酸钡：150-250份；去离子水：150-300份；分散剂：3-6份；润湿剂：3-6份；丙二醇：15-25份；消泡剂：1-3份；多功能胺助剂：3-6份；缔合碱溶胀增稠剂：3-6份；缔合型聚氨酯增稠剂：2-4份。2.根据权利要求1所述的可见光光触媒涂料，其特征在于，以重量份计，其包括如下组分：醋酸乙烯-乙烯乳液：200份；单相铋纳米材料：30份；钛白粉：250份；高光硫酸钡：150份；去离子水：150份；分散剂：3份；润湿剂：3份；丙二醇：15份；消泡剂：1份；多功能胺助剂：3份；缔合碱溶胀增稠剂：3份；缔合型聚氨酯增稠剂：2份。3.根据权利要求1所述的可见光光触媒涂料，其特征在于，以重量份计，其包括如下组分：醋酸乙烯-乙烯乳液：330份；单相铋纳米材料：40份；钛白粉：200份；高光硫酸钡：200份；去离子水：185份；分散剂：5份；润湿剂：5份；丙二醇：20份；消泡剂：2份；多功能胺助剂：5份；缔合碱溶胀增稠剂：5份；缔合型聚氨酯增稠剂：3份。4.根据权利要求1所述的可见光光触媒涂料，其特征在于，以重量份计，其包括如下组分：醋酸乙烯-乙烯乳液：400份；单相铋纳米材料：50份；钛白粉：150份；高光硫酸钡：250份；去离子水：230份；分散剂：5份；润湿剂：6份；丙二醇：20份；消泡剂：2份；多功能胺助剂：5份；缔合碱溶胀增稠剂：5份；缔合型聚氨酯增稠剂：3份。5.根据权利要求1-4任一项所述的可见光光触媒涂料，其特征在于，所述醋酸乙烯-乙烯乳液的平均粒径为0.12-0.20μm。6.根据权利要求1所述的可见光光触媒涂料，其特征在于，所述硫酸钡的目数为1250目；所述多功能胺助剂为amp-95。7.根据权利要求1所述的可见光光触媒涂料，其特征在于，所述钛白粉为金红石型钛白粉。8.根据权利要求1所述的可见光光触媒涂料，其特征在于，所述钛白粉为锐钛型钛白粉。9.一种根据权利要求1-8中任一项所述的可见光光触媒涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)按照配方要求，在分散机中加入去离子水并开始搅拌，再依次加入分散剂、润湿剂、丙二醇、消泡剂，分散2-5分钟，得到混合料a；2)在混合料a中加入单相铋纳米材料、钛白粉及高光硫酸钡后高速分散30-40分钟，得到混合料b；3)在混合料b中加入醋酸乙烯-乙烯乳液和多功能胺助剂，中低速分散5-10分钟，得到混合料c；4)最后向混合料c中加入缔合碱溶胀增稠剂和缔合型聚氨酯增稠剂并低中速分散5-10分钟，过滤包装，即得可见光光触媒涂料。

技术总结
本发明公开了一种可见光光触媒涂料，以重量份计，其包括如下组分：醋酸乙烯-乙烯乳液：200-400份；单相铋纳米材料：30-50份；钛白粉：150-250份；高光硫酸钡：150-250份；去离子水：150-300份；分散剂：3-6份；润湿剂：3-6份；丙二醇：15-25份；消泡剂：1-3份；多功能胺助剂：3-6份；缔合碱溶胀增稠剂：3-6份；缔合型聚氨酯增稠剂：2-4份。本发明还公开了该可见光光触媒涂料的制备方法。本发明所提供的可见光光触媒涂料，经过国家建筑材料测试中心的检测，其甲醛净化效率达到85％，甲醛净化效率持久性达到81％，远远高于相关标准要求。远远高于相关标准要求。


技术研发人员：蔡新荣 向寿章 蔡皓岐 蔡皓月
受保护的技术使用者：浙江绿色德环保科技股份有限公司
技术研发日：2023.05.04
技术公布日：2023/8/4