一種光催化功能塗料及其製備方法
2023-06-05 00:38:01
專利名稱：：一種光催化功能塗料及其製備方法
技術領域：
：本發明涉及一種光催化功能塗料及其製備方法，特別是一種具有殺菌和分解有毒物質的光催化功能塗料及其製備方法。屬於塗料
技術領域：
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背景技術：
：目前，關於納米二氧化鈦與有機物的複合材料的製備引起了關注，這主要是納米二氧化鈦具有很強的光催化分解曱醛、苯、曱苯等有害物質及殺滅細菌的功能，又沒有毒害作用，並且不會對環境造成汙染，是一種非常好的光觸媒材料。但是因納米二氧化鈦通常為粉狀，附著力不太好，做塗料時需要通過高溫燒結，將納米二氧化鈦通過樹脂等分散製成塗料塗裝固定材料表面，製成複合乳液是一種重要的應用方法。分散到各種聚合物的乳液中，可以使其運用更加方便。MingZhang等人將鈦酸丁酯分散在無水乙醇中，再通過加入水、HC1和乙醇的方式進行水解製備鈦溶膠，然後將這種鈦溶膠與苯乙烯、乳化劑十六烷基三曱基溴化銨等原料一起參與聚合反應，製備了鈦包裹的聚苯乙烯微球。ArnoutImhof在陽離子聚苯乙烯微球的乙醇溶液中通過水解三溴化鈦(TTIP),在聚苯乙烯微球的表面包覆一層鈦。這種方法是先合成無皂的聚苯乙烯陽離子微球，然後經過一系列的處理，過程比較複雜。PengWang等人在氨水存在的條件下在含有聚苯乙烯的乙醇和乙腈的混合溶液中水解鈦酸丁酯，他們也是通過先合成無皂的聚苯乙烯微球。張晟卵等人用反相微乳液法將鈦酸四丁酯、單體和交聯劑加入到分散體中製得了Ti02/聚丙烯酸丁酯納米複合膜。以上這幾種方法的主要缺點是需要使用有機溶劑，其次是鈦的醇鹽原料價格昂貴，再次是水解後的有機物殘存在產品中會汙染環境。本發明人一直釆用價格低廉的四氯化鈦作原料，直接用廉價的水作水解介質，水解製得的鈦溶膠再直接用於反應中，原位製備全水分散型納米Ti02為殼、聚丙烯酸酯為核的有機無機複合聚合物乳液。該方法具有原料易得、價格便宜、不需使用有機溶劑、操作工藝條件相對簡單等許多優點，產物可作為光降解、光催化及消毒殺菌多功能塗料。但該方法的早期工藝存在聚合物複合乳液穩定性不太好、納米Ti02含量和總固含量不太高、消毒殺菌功能有限等缺點，還有待改進。
發明內容本發明的目的是克服現有技術缺點，提供一種具有殺菌和分解有毒物質的光催化功能塗料及其製備方法。本專利是通過水解四氯化鈦自製納米二氧化鈦溶膠，該鈦溶膠固含量高、帶有較強的正電荷並可以直接通過原位聚合製備複合乳液。本發明在以乙烯基單體為主單體進行乳液聚合的同時(這裡所說的乙烯基體是指含有〉CKX結構的同系物)，分別引進陰離子反應型乳化劑乙烯基磺酸鈉(SVS)和陽離子反應型乳化劑曱基丙烯醯氧乙基三曱基氯化銨(DMC)，根據異種電荷相吸和同種電荷相斥的原則製備了兩種複合乳液。這些反應性乳化劑與聚丙烯酸酯形成帶親水基團的共聚物，一方面使乳液穩定性增加，另一方面有機聚合物的引入可使納米二氧化鈦牢固的粘附在被塗飾材料的表面。反應型乳化劑在具備傳統乳化劑的性能之外，還克服了傳統乳化劑在乳液成膜過程中從聚合物粒子上解析或在乳膠膜中遷移和易被水洗刷掉的缺陷，從而能提高塗料的附著力、耐水性和抗沾汙性，將納米二氧化鈦優異的光觸媒效應與反應型乳化劑的特色融合到抗菌乳液中，勢必大大增強了這種複合乳液的優勢。採用反應型乳化劑製備的納米Ti02/聚丙烯酸酯複合乳液穩定性更好，固含量更高，且在穩定性提高之後，可以大幅提高其中納米二氧化鈦的含量，從而提高殺菌能力。另外，由於陽離子基團本身就具有很好的殺菌能力，反應型乳化劑DMC在參與共聚反應後，仍然保留有高消毒殺菌功能的陽離子基團且這種殺菌功能與納米二氧化鈦的殺菌功能互相補充，起到協同作用，使殺菌能力大大提高。目前，反應型乳化劑在納米二氧化鈦的抗菌複合乳液中的運用研究尚未見報導。雖然，之前熊玉欽等人報導過用十二烷基磺酸鈉(SLS)和反應型乳化劑烯丙氧基羥丙烷基磺酸鈉(SAHS)為複合乳化劑，製備了矽溶膠/聚丙烯酸酯複合乳液，但還是運用了傳統的乳化劑，且矽溶膠不同於本發明所製備的鈦溶膠，另外，納米二氧化鈦顆粒尺寸很不均勻且顆粒間非常容易粘結，失去納米材料原有的光催化作用。因此，用常規方法很難製得單分散性良好的純二氧化鈦顆粒。引入SVS的製備出的複合乳膠粒是典型的有機聚合物為核/Ti02為殼的核殼性結構，這是由於納米二氧化鈦帶正電荷，乳膠粒表面帶負電荷，兩者通過靜電引力作用使Ti02自組裝在乳膠粒表面上而形成核殼結構。而引入DMC的複合乳液雖然不是核殼結構，但Ti02納米粒子分散性更好，這兩種方法製得的複合乳液乾燥成膜後納米二氧化鈦都可均勻的分布在膜表面，製備出的複合乳液穩定性更好，這是由於納米二氧化鈦和乳膠粒都帶正電荷，同種電荷相斥使乳液達到穩定的狀態。本發明將所製得的產品用透射電鏡(TEM)和X射線光電子能語(XPS)分析發現納米二氧化鈦均勻的分布在膜的表面，塗料成膜後表面納米二氧化鈦含量高，這樣更有利於發揮其光催化分解有毒有機物、殺菌滅病毒的性能，並且用兩種複合乳液製備的膜耐水性、耐鹼性均很強，膜的光澤度也很高。本發明將膜真空乾燥至恆重後，放入水中浸泡一周，取出吸乾膜表面的水分後，其重量、光澤度與入水之前相比幾乎沒有變化。本發明的一種光催化功能塗料的製備方法，其特徵在於包括如下的步驟製備鈦溶膠採用TiC14水解後離心分離沉降法使納米二氧化鈦與水溶液分層後取出上層清液後，在餘下的下層溶膠中直接加水、可聚合乳化劑、乙烯基單體和陽離子引發劑在一定溫度下(60°C~90°C)聚合製備殼層為二氧化鈦及有機陽離子基團，核層為含乙烯基單體共聚物的複合乳液。上述的可聚合乳化劑優選陰離子反應型乳化劑乙烯基磺酸鈉(SVS)和陽離子反應型乳化劑甲基丙烯醯氧乙基三甲基氯化銨(DMC)。上述的乙烯基單體是指含"〉C=CC=C<"基團的同系物，優選曱基丙烯酸曱酯、丙烯酸丁酯、曱基丙烯酸乙酯、醋酸乙烯酯、丙烯腈、苯乙烯。4.如權利要求1所述的製備方法，其特徵在於所述的陽離子引發劑是指偶氮二異丁基脒鹽酸鹽(AIBA)。5.如權利要求1所述的製備方法，其特徵在於所述的納米二氧化鈦是指用四氯化鈦水解陳化後，經高速離心棄去上層清液，再用水分散後直接用於聚合反應。6.如權利要求1所述的製備方法，其特徵在於包括如下的步驟其中，所述鈦溶膠的製備方法如下在-10。C~-15。C的冰鹽浴的條件下，在100份重量的去離子水中滴加5~30份重量的TiC14，攪拌冷卻到室溫後加熱到80°C,恆溫lh，該溶液在高速攪拌下緩慢的向其中滴加氨水，使其pH值為2~7，然後將該漿料離心分層，棄去上層清液，下層溶膠用去離子水分散，可直接用於下一步的聚合。7.如權利要求1所述的製備方法，其特徵在於包括如下的步驟其中，所述複合乳液的製備方法如下a).在裝有攪拌器、冷凝管、溫度計及加料裝置的四口燒瓶中將適量的DMC(曱基丙烯醯氧乙基三曱基氯化銨)、BA、固A先混合均勻，然後加入上述鈦溶膠，攪拌升溫到8(TC,緩慢滴加的偶氮二異丁基脒鹽酸鹽(AIBA)水溶液，滴加時間為2~3h,反應lh後，補加剩餘引發劑，接著反應O.5h,反應結束，降至室溫出料；b).在與a同樣的裝置中將適量的SVS、BA、畫A先預乳化，然後加入上述的鈦溶膠，攪拌升溫到80°C,緩慢滴加陽離子引發劑偶氮二異丁基脒鹽酸鹽(AIBA)的水溶液，滴加時間為2~3h,反應lh後，補加剩餘引發劑，接著反應0.5h,反應結束，降至室溫出料。8.—種用如權利要求1-7中任意一項所述方法製備的內牆塗料，其特徵在於其中組成成份及其重量比例為原材料BAMMADMCAIBATiCl4H20鵬(份)343.54.50.030.50.010.080.537.5909.一種用如權利要求1-7中任意一項所述方法製備的織物整理劑,其特徵在於其中組成成份及其重量比例為原材料BAMMADMCAIBATiCl4H20HAM用a(份)23.53.550.030.50.010.080.537.5900.010.0810.—種用如權利要求1-7中任意一項所述方法製備的家具塗料，其tableseeoriginaldocumentpage4全文摘要本發明涉及一種光催化功能塗料及其製備方法，特別是一種具有殺菌和分解有毒物質的光催化功能塗料及其製備方法。屬於塗料
技術領域：
。本發明的一種光催化功能塗料的製備方法，包括如下的步驟製備鈦溶膠採用TiCl4水解後離心分離沉降法使納米二氧化鈦與水溶液分層後取出上層清液後，在餘下的下層溶膠中直接加水、可聚合乳化劑、乙烯基單體和陽離子引發劑在一定溫度下聚合製備殼層為二氧化鈦及有機陽離子基團，核層為含乙烯基單體共聚物的複合乳液。本發明產品應用領域廣，可以用在內牆塗料、紡織織物等
技術領域：
。文檔編號C09D5/14GK101629031SQ20091006363公開日2010年1月20日申請日期2009年8月17日優先權日2009年8月17日發明者軍吳,李吉莉,艾照全申請人:湖北大學;武漢強力荷新材料有限公司