一種抗老化外牆納米塗料的製備方法與流程
2023-05-11 07:12:46
本發明涉及塗料領域，具體涉及一種抗老化外牆納米塗料的製備方法。
背景技術：
塗料在中國傳統名稱為油漆，是一種常用的表面裝飾材料。在車輛、裝飾、軍事、交通、建築等領域有著廣泛的應用，其中建築塗料是最常用的建材，在整個塗料市場中佔據了大部分市場份額。塗料和油漆是同一概念。油漆是人們沿用已久的習慣名稱，引進我國後，就一直利用在建築行業。傳統的油漆通常由成膜物質、顏填料、溶劑、助劑等組成。
中國塗料產業在建築行業的推動下日益壯大。統計數據顯示，2011年中國建築塗料總計產量約351.82萬噸，同比增長30％以上。由此可知，中國建築塗料產業雖然經歷了2008年全球性金融危機的影響、原材料價格上漲帶來的壓力，但其發展勢頭依然不減，且還保持著較高的增長率。
外牆直接暴露在大自然，經受日曬的侵蝕。因此，外牆塗料最重要的一項指標就是抗紫外線照射。真石漆是外牆塗料的一種，同樣會由於陽光中的高能紫外線長年累月的照射，傳統的外牆塗料容易出現粉化、脫色、開裂等現象，極大的降低了塗料的使用壽命和外形美觀。常見的方法是加入抗老化劑，如抗氧化劑、助抗氧化劑、光穩定劑。抗氧化劑的實質是游離基終止劑及鏈反應的抑制劑；助抗氧化劑即過氧化氫的分解劑，用於含硫或者含磷的化合物與老化過程生成的過氧化氫物反應而形成穩定的羥基化合物，使反應終止；光穩定劑包括光屏蔽劑、紫外吸收劑、淬滅劑和受阻胺光穩定劑。但是傳統的抗老化劑需要大量添加，並且可能與高分子材料發生化學反應。其實際使用中，抗老化性能並不理想。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種抗老化外牆納米塗料的製備方法，其目的在於降低紫外光對外牆納米塗料的侵蝕，提高外牆納米塗料的抗老化性能。
為達到上述目的，本發明的技術方案為，一種抗老化外牆納米塗料的製備方法，
配料按重量份數，具體包括以下步驟，
步驟1，A溶液，將8～10份鈦酸四丁酯溶解於5～10份乙醇和5～8份乙酸的混合溶液，然後加入0.8～2.16份的聚乙烯吡咯烷酮，充分攪拌12小時；
B溶液，在攪拌條件下將2～6份乙醯丙酮、5～10份乙醇和5～7份乙酸混合，加入2.4～6.48份礦物油，5～6份碳量子點加入上述混合溶液，充分攪拌12小時；
步驟2，以1:1的比例混合A溶液和B溶液，充分攪拌12小時得到製備介孔TiO2的前驅膠體溶液；
步驟3，將步驟2製得的前驅體溶液放入內徑為1～1.2mm的噴絲頭，接收裝置為接地轉動直徑為100mm的鋁輥，接收距離為18～20cm，紡絲電壓為15～20kV，進行靜電紡絲；
步驟4，將步驟3處理得到的紡絲產物立即冷卻，隨後取出置於馬弗爐中，以2～5℃/分鐘的升溫速率升至450～550℃並保溫焙燒1～3小時，得到螺旋型介孔二氧化鈦納米管；
步驟5，取步驟4製得的螺旋型介孔TiO2納米管10～15份在攪拌條件下分散於200～300份水中，加入丙二醇8～15份、成膜助劑10～20份、潤溼劑1～3份、防腐劑1～3份、羥乙基纖維素1～3份、分散劑4～8份，在攪拌機中400～600轉/分鐘攪拌1～3小時；
步驟6，將步驟5製成的混合物轉入研磨機中，再加入鈦白粉150～300份、重鈣80～120份、高嶺土60～100份、滑石粉40～60份，在2000～4000轉/分鐘的轉速下研磨3～8小時；
步驟7，在步驟6製成的混合物中加入丙烯酸乳液400～500份、消泡劑1～3份、增稠劑10～15份、彩砂750份，在400～600轉/分鐘的轉速下均勻混合，經過濾後得到最終的納米塗料產品。
本方案優點在於：外牆在紫外光的照射下，塗料中加入的螺旋型二氧化鈦納米管吸收紫外光的能量，防止紫外光作用於塗料本身，減緩塗料老化速度，提高了塗料的使用壽命。並且螺旋型二氧化鈦納米管具有光催化性能，還能將空氣中有害的氮氧化物催化轉化為無害的氮氣和氧氣。二氧化鈦納米管不易發生團聚而破壞了其納米結構，其螺旋型的微觀納米結構不僅提高了比表面積，並且使其釘扎在塗料顆粒中，相比於普通的二氧化鈦納米管與塗料顆粒的結合更加緊密。
優選方案一：作為基礎方案的優選方案，所述步驟5～7中潤溼劑為烷基酚聚氧乙烯醚；所述成膜助劑為聚氨酯乳液；所述消泡劑為聚矽氧烷類消泡劑；所述防腐劑為道維希爾-75；分散劑為十二烷基苯磺酸鈉；所述增稠劑為聚氨酯高分子化合物水溶液；發明人經過大量實驗發現採用以上試劑得到的納米外牆塗料抗老化性能最佳。
優選方案二：作為基礎的優選方案：所述步驟4冷卻的方式為液氮冷卻；發明人經過大量實驗發現液氮冷卻得到的螺旋型納米二氧化鈦比表面積更大，納米外牆塗料的催化效率高。
優選方案三：作為基礎方案、優選方案一或優選方案二中任一項的優選方案：所述步驟4中馬弗爐升溫速度為2～5℃/分鐘，該升溫速率下螺旋型介孔二氧化鈦納米管的微觀結構基本不會被破壞。
優選方案四：作為優選方案三的優選方案：所述步驟4中馬弗爐升溫速度為3℃/分鐘，該升溫速率能夠完美的保存螺旋型介孔二氧化鈦納米管的微觀結構，有利於提高納米外牆塗料的抗老化性能。
優選方案五：作為基礎方案、優選方案一或優選方案二中任一項的優選方案：所述步驟4中二氧化鈦納米管在馬弗爐中焙燒後，加入質量份數為1.2份10％氫氟酸，然後用去離子水洗滌；發明人通過實驗發現加入氫氟酸後還可以進一步提高塗料的抗老化性能。
優選方案六：作為基礎方案、優選方案一、優選方案二或優先方案五中任一項的優選方案：所述步驟4中經過洗滌之後的螺旋型二氧化鈦納米管幹燥後，在同位素Cs-137下輻照18小時，提高納米管表面的缺陷密度，產生更多的點缺陷，提高其吸收紫外線的能力，從而提高塗料的抗老化性能。
附圖說明
圖1是本發明實施例7中螺旋型二氧化鈦納米管的掃描電子顯微鏡圖；
圖2是本發明實施例7中螺旋型二氧化鈦納米管的氮氣等溫吸脫附曲線圖。
具體實施方式
下面通過具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明，
實施例1：
抗老化外牆納米塗料的製備方法，配料按重量份數，具體包括以下步驟，
步驟1，A溶液，將8份鈦酸四丁酯溶解於5份乙醇和5份乙酸的混合溶液，然後加入0.8份的聚乙烯吡咯烷酮，充分攪拌12小時；B溶液，在攪拌條件下將2份乙醯丙酮、5份乙醇和5份乙酸混合，加入2.4份礦物油，5份碳量子點加入上述混合溶液，充分攪拌12小時；
步驟2，以1:1的比例混合A溶液和B溶液，充分攪拌12小時得到製備介孔TiO2的前驅膠體溶液；
步驟3，將上述前驅體溶液放入內徑為1mm的噴絲頭，接收裝置為接地轉動直徑為100mm的鋁輥，接收距離為18cm，紡絲電壓為15kV，進行靜電紡絲；
步驟4，得到的紡絲產物立即進行液氮冷卻，隨後取出置於馬弗爐中，以2℃/分鐘的升溫速率升至450℃並保溫焙燒1小時，得到螺旋型介孔二氧化鈦納米管；
步驟5，取上述螺旋型介孔TiO2納米管10份在攪拌條件下分散於200份水中，加入丙二醇8份，聚氨酯乳液10份，烷基酚聚氧乙烯醚1份，道維希爾-751份，羥乙基纖維素1份，十二烷基苯磺酸鈉4份，在攪拌機中400轉/分攪拌1小時；
步驟6，將步驟5製成的混合物轉入研磨機中，再加入鈦白粉150份，重鈣80份，高嶺土60份，滑石粉40份，在2000轉/分的轉速下研磨3小時；
步驟7，將步驟6製得的混合物加入丙烯酸乳液400份，聚矽氧烷類消泡劑1份，聚氨酯高分子化合物水溶液10份、彩砂750份，在400轉/分的轉速下均勻混合，經過濾後得到最終的納米塗料產品。
實施例2：
抗老化外牆納米塗料的製備方法，配料按重量份數，具體包括以下步驟，
步驟1：A溶液：將10份鈦酸四丁酯溶解於10份乙醇和8份乙酸的混合溶液，然後加入2.16份的聚乙烯吡咯烷酮，充分攪拌12小時；B溶液：在攪拌條件下將6份乙醯丙酮、10份乙醇和7份乙酸混合，加入6.48份礦物油，6份碳量子點加入上述混合溶液，充分攪拌12小時；
步驟2：以1:1的比例混合A溶液和B溶液，充分攪拌12小時得到製備介孔TiO2的前驅膠體溶液；
步驟3：將步驟2製得的前驅體溶液放入內徑為1.2mm的噴絲頭，接收裝置為接地轉動直徑為100mm的鋁輥，接收距離為20cm，紡絲電壓為20kV，進行靜電紡絲；
步驟4：將步驟3處理得到的紡絲產物立即進行液氮冷卻，隨後取出置於馬弗爐中，以5℃/分鐘的升溫速率升至550℃並保溫焙燒3小時，得到螺旋型介孔二氧化鈦納米管。
步驟5：取步驟4製得的螺旋型介孔TiO2納米管15份在攪拌條件下分散於300份水中，加入丙二醇15份，聚氨酯乳液20份，烷基酚聚氧乙烯醚3份，道維希爾-753份，羥乙基纖維素3份，十二烷基苯磺酸鈉8份，在攪拌機中600轉/分鐘攪拌3小時；
步驟6：將步驟5製得的混合物轉入研磨機中，再加入鈦白粉300份，重鈣120份，高嶺土100份，滑石粉60份，在4000轉/分鐘的轉速下研磨8小時；
步驟7：在步驟6製得的混合物中加入丙烯酸乳液500份，聚矽氧烷類消泡劑3份，聚氨酯高分子化合物水溶液15份、彩砂750份，在600轉/分鐘的轉速下均勻混合，經過濾後得到最終的納米塗料產品。
實施例3：
抗老化外牆納米塗料的製備方法，配料按重量份數，具體包括以下步驟，
步驟1，A溶液，將9份鈦酸四丁酯溶解於7.5份乙醇和6.5份乙酸的混合溶液，然後加入1.48份的聚乙烯吡咯烷酮，充分攪拌12小時；B溶液，在攪拌條件下將4份乙醯丙酮、7.5份乙醇和6.5份乙酸混合，加入4.44份礦物油，將5.5份碳量子點加入上述混合溶液，充分攪拌12小時；
步驟2，以1:1的比例混合A溶液和B溶液，充分攪拌12小時得到製備介孔TiO2的前驅膠體溶液；
步驟3，將步驟2製得的前驅體溶液放入內徑為1.2mm的噴絲頭，接收裝置為接地轉動直徑為100mm的鋁輥，接收距離為19cm，紡絲電壓為18kV，進行靜電紡絲；
步驟4，將步驟3處理得到的紡絲產物立即進行液氮冷卻，隨後取出置於馬弗爐中，以2℃/分鐘的升溫速率升至500℃並保溫焙燒2小時，得到螺旋型介孔二氧化鈦納米管。
步驟5，取步驟4得到的螺旋型介孔TiO2納米管12份在攪拌條件下分散於250份水中，加入丙二醇12份，聚氨酯乳液15份，烷基酚聚氧乙烯醚2份，道維希爾-752份，羥乙基纖維素2份，十二烷基苯磺酸鈉6份，在攪拌機中500轉/分鐘攪拌2小時；
步驟6，將步驟5製得的混合物轉入高速研磨機中，再加入鈦白粉230份，重鈣100份，高嶺土80份，滑石粉50份，在3000轉/分鐘的轉速下研磨5小時後；
步驟7，在步驟5製得的混合物中加入丙烯酸乳液450份，聚矽氧烷類消泡劑2份，聚氨酯高分子化合物水溶液12份、彩砂750份，在500轉/分鐘的轉速下均勻混合，經過濾後得到最終的納米塗料產品。
實施例4：
基本步驟與實施例3相同，不同之處在於步驟4中經過電紡絲的二氧化鈦納米管立即在乾冰中冷卻。
實施例5：
基本步驟與實施例3相同，不同之處在於步驟4中馬弗爐的升溫速度為3℃/分鐘。
實施例6：
基本步驟與實施例3相同，不同之處在於步驟4中在馬弗爐中焙燒後的二氧化鈦納米管中加入1.2份10％的氫氟酸溶液，然後用去離子水洗滌之後乾燥。
實施例7
基本步驟與實施例3相同，不同之處在於步驟4乾燥之後的螺旋型介孔二氧化鈦納米管在同位素Cs-137的輻射下輻照18小時。
如圖1、圖2可以得到，實施例5可以知道螺旋型二氧化鈦納米管具有介孔結構，經過計算機計算，其比表面積為18.6m2。
按照GB/T 1865-2009的標準分別對實施例1-7中製備得到的抗老化外牆納米塗料的抗老化能力進行了檢測。得到的結果如表1所示：
表1
如表1實施例7中經過氟化氫處理後的螺旋形二氧化鈦納米管加入納米塗料中，納米塗料抗老化性明顯提高。對比實施例3、實施例4可以得知，經過液氮冷卻的螺旋形二氧化鈦納米管添加進入塗料中獲得的抗老化性能明顯優於乾冰冷卻的螺旋形二氧化鈦納米管。