一種塗料及其製備方法與流程

2023-05-22 01:19:16 2

本發明涉及塗料，特別涉及一種抗菌、可釋放負氧離子的塗料及其製備方法。

背景技術：

眾所周知，富含富氧離子的清新空氣是一種特別有益於人體健康的空氣，醫學研究表明：對人體有醫療保健作用的是小粒徑負離子。因為只有小粒徑的負離子才易於透過人體的血腦屏障，發揮其生物效應。大自然中的空氣負離子之所以造就眾多長壽村，是因為小粒徑的負離子比例高，小粒徑的負離子由於活性高、遷移距離遠從而在長壽地區上空形成負離子浴環境，相關專家研究發現，巴馬空氣中含有大量空氣負氧離子，這成為巴馬人得以長壽的重要原因之一。監測統計，在不同地區，空氣中存在的負離子數目相差大，按每立方釐米空氣中所含負離子的個數計算，在農村有1000個左右，海濱有4000個，噴泉、瀑布附近則可達5000以上。由於這些地方空氣中負離子的含量較高，所以使人感到精力充沛。可是在一些人口稠密的大城市，由於空氣汙染比較嚴重，負離子濃度就比較低，含量僅為100～300個/cm3，而在巴馬負氧離子含量可達3萬～5萬個/cm3，高濃度的負氧離子環境成為巴馬人健康長壽的「奧秘」。目前很多負離子家電之所以效果不佳，是因為採用傳統負離子生成技術很難生成小粒徑的生態負離子，且只用於面積較小的室內，經常替換濾芯，使用不方便、成本較高，對人體的醫療保健作用一般，且會產生臭氧，破壞大氣環境，只有除塵降塵作用，一般用在空氣淨化領域較多。

公開號為CN1982379B的發明專利公開了一種內牆塗料組合物，其組分包括白炭黑、石灰、水泥、石英砂、滌綸、重鈣、膨潤土、凹凸棒、納米二氧化鈦、納米氧化銀、電氣石、保溼劑、粘合劑、消泡劑、腐殖酸、硅藻土、鈦白粉，與水按一定比例配合使用，專用於內牆塗覆，雖然可釋放負氧離子，但並不具備良好的抗菌效果。

公開號為CN100339448C的發明專利公開了一種具有空氣淨化、抗菌、調溼功能的內牆塗覆裝飾材料，其組分包括納米材料、吸溼材料、無機填料和可再分散粉末，所述納米材料為納米二氧化鈦、納米二氧化矽、納米氧化鋅和負離子粉體中的一種或幾種的複合，所述負離子粉體包括納米半導體和La、Ce、Nd稀土複合鹽或氧化物，所述納米半導體為納米級的二氧化鈦、氧化鋅、氧化錫、三氧化二鐵和氧化鎢其中的一種，納米半導體材料和負離子粉體材料的復配可提高光催化效率，產生羥基自由基，起到淨化、抗菌作用，但是，這種內牆塗覆裝飾材料耐磨性、柔韌性不佳，粘結強度不高。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是：提供一種抗菌效果好、可釋放負氧離子的塗料及其製備方法。

為了解決上述技術問題，本發明採用的技術方案之一為：一種塗料，包括如下重量份的原料製備而成：納米級負氧離子複合粉體1份、臭氧水1份和微滲透液20～24份；所述納米級負氧離子複合粉體包括如下重量份的原料製備而成：電氣石粉40～50份，二氧化鈦20～30份，氧化鋅10～20份，稀土絡合物1～10份，所述稀土絡合物的化學式為La(α-NMA)3phen·H2O、Eu(α-NMA)3phen·H2O、Tb(α-NMA)3phen·H2O或Y(α-NMA)3phen·H2O；所述微滲透液包括如下重量份的原料製備而成：甲基矽酸鈉15～20份，矽氧烷20～30份，聚四氟乙烯15～20份，水20～30份；所述納米級負氧離子複合粉體的粒徑小於450納米。

本發明採用的另一技術方案為：一種塗料的製備方法，包括如下步驟：

步驟1：將原料按如下重量份混合併粉碎至粒徑小於450納米：電氣石粉40～50份，二氧化鈦20～30份，氧化鋅10～20份，稀土絡合物1～10份，所述稀土絡合物的化學式為La(α-NMA)3phen·H2O、Eu(α-NMA)3phen·H2O、Tb(α-NMA)3phen·H2O或Y(α-NMA)3phen·H2O，得納米級負氧離子複合粉體；

步驟2：將所述納米級負氧離子複合粉體按重量比1∶1溶解於臭氧水中，得微晶液；

步驟3：將所述微晶液與微滲透液按重量比1∶10～1∶12混合，得塗料，所述微滲透液包括如下重量份的原料製備而成：甲基矽酸鈉15～20份，矽氧烷20～30份，聚四氟乙烯15～20份，水20～30份。

本發明的有益效果在於：本發明製備方法製備得到的塗料，通過納米負氧離子粉體、臭氧水和微滲透液的配合，淨化空氣、抗菌效果佳；可長期向環境中釋放負氧離子；塗料的耐磨性好、柔韌性佳，粘接強度高；同時塗料與瓷磚裡的鈣發生化學反應結合成微晶體，可以增強瓷磚的硬度，同時增強瓷磚的防水透氣性。

具體實施方式

為詳細說明本發明的技術內容、所實現目的及效果，以下結合實施方式予以說明。

本發明最關鍵的構思在於：將納米負氧離子粉體、臭氧水和微滲透液按一定方法混合得到的塗料，不僅可以向環境中釋放負氧離子，同時可淨化空氣。

本發明採用的技術方案之一為：一種塗料，包括如下重量份的原料製備而成：納米級負氧離子複合粉體1份、臭氧水1份和微滲透液5～6份，所述納米級負氧離子複合粉體按重量份包括如下原料：電氣石粉40～50份，二氧化鈦20～30份，氧化鋅10～20份，稀土絡合物1～10份，所述稀土絡合物的化學式為La(α-NMA)3phen·H2O、Eu(α-NMA)3phen·H2O、Tb(α-NMA)3phen·H2O或Y(α-NMA)3phen·H2O；所述微滲透液包括如下重量份的原料製備而成：甲基矽酸鈉15～20份，矽氧烷20～30份，聚四氟乙烯15～20份，水(優選為活性水)20～30份；所述納米級負氧離子複合粉體的粒徑小於450納米。

本發明採用的另一技術方案為：一種塗料的製備方法，包括如下步驟：

步驟1：將原料按如下重量份混合併粉碎至粒徑小於450納米：電氣石粉40～50份，二氧化鈦20～30份，氧化鋅10～20份，稀土絡合物1～10份，所述稀土絡合物的化學式為La(α-NMA)3phen·H2O、Eu(α-NMA)3phen·H2O、Tb(α-NMA)3phen·H2O或Y(α-NMA)3phen·H2O，得納米級負氧離子複合粉體；

步驟2：將所述納米級負氧離子複合粉體按重量比1∶1溶解於臭氧水中，得微晶液；

步驟3：將所述微晶液與微滲透液按重量比1∶5～1∶6混合，得塗料，所述微滲透液包括如下重量份的原料製備而成：甲基矽酸鈉15～20份，矽氧烷20～30份，聚四氟乙烯15～20份，水20～30份。

本發明的作用機理為：將納米負氧離子複合粉體按一定比例溶於臭氧水中，形成微晶液，其中膠體狀態的納米二氧化鈦粒子能夠單分散的懸浮於溶液中，充分發揮了納米材料的高比表面特性，納米二氧化鈦吸收光能形成的光生電子與表面吸附氧複合後生成氧自由基，該氧自由基具有強氧化性，不但可以無選擇性的氧化有機汙染物和氧化去除一些無機汙染物(NH3、H2S和氮硫氧化物等)，並且可以殺滅細菌和抑制黴菌的生長；納米二氧化鈦同時作為氧化鋅的載體，催化臭氧分解生成·OH，可對有機汙染物進行降解；然而二氧化鈦的激發光屬於紫外光，在太陽光中不足5％，因此對太陽光的利用率較低，又不能對細菌進行選擇性殺滅以及抗菌作用較弱，稀土絡合物恰好彌補了這些不足，增強了塗料的抗菌作用，同時由於稀土元素離子的半徑遠大於鈦離子,導致稀土元素離子很難代替鈦離子，而鈦離子可代替稀土元素離子，引發電荷不平衡，使得材料表面能夠吸附較多的氫氧根離子，這些材料表面吸附的氫氧根離子可與光生空穴反應生成活性羥基自由基，提高光催化劑的活性。

微滲透液中的矽氧烷可形成大量的Si—OH，再經脫水，形成高度交聯的耐磨性能較好的SiO2硬質網絡；同時與Si直接相連的有機基團R的存在，可大大增加塗層的柔韌性，減少應力開裂，提高塗層與基底的粘接強度；加入二氧化鈦膠體後，鈦原子取代了部分矽原子的位置，從而使形成的含有Si—0—Ti的有機無機三維立體網絡結構，比只含Si—O—Si的有機無機三維立體網絡結構的性能更為優異。

將微晶液與微滲透液按一定比例混合後得到的塗料，微滲透液作為粘結劑，以粘結成膜的方式，將納米二氧化鈦光催化劑固定化，提高了光催化塗膜的硬度及改善了塗料與基底的附著狀況，使得塗料噴塗在牆上後，可形成一層光催化劑膜，該膜在光的作用下可以長期分解空氣中的汙染物，光照時吸收光線中的能量，催化空氣中的水分子生成活性羥基自由基，該活性基團與吸附的有害分子如甲醛發生氧化反應生成二氧化碳和水，起到淨化空氣的作用，而膜本身並不消耗。納米電氣石粉是地球上唯一帶永久電極的晶體，可持續產生0.06毫安的電流，在不需任何附加條件和人工助力情況下，只要吸收太陽的光能，電氣石表面就能夠產生電荷，引起成分晶體之間的電勢差，從而使空氣發生電離，被擊中的電子附著於鄰近的水和氧氣分子並使它轉化空氣負離子，即為負氧離子。

本發明塗料噴塗後負氧離子的產生分為液相和固相兩段進行：首先，在液相階段，噴塗以後塗料接觸到板材或牆壁表面的甲醛等有機化合物後，發生緩慢的化學反應。以甲醛為例，甲醛首先被氧化為甲酸，生成甲酸鹽和水，水蒸發掉以後，甲酸鹽結晶析出，從而清除了化學汙染源。其次，塗料全面乾燥後，由於納米氧化鋅、納米稀土絡合物對納米二氧化鈦具有協同作用，納米二氧化鈦在光的照射之下，發揮催化氧化作用，促使空氣中的氧氣和水分子活化，分解甲醛等有機汙染物，納米電氣石粉在空氣流動摩擦以及溫度變化之下，釋放游離的負氧離子，在暗處活化空氣中的氧氣和水份，使其氧化甲醛等有機汙染物。通過這三種納米材料的性能，達到長期淨化空氣的作用。

從上述描述可知，本發明的有益效果在於：本發明製備方法製備得到的塗料，通過納米負氧離子粉體、臭氧水和微滲透液的配合，淨化空氣、抗菌效果佳；可長期向環境中釋放負氧離子；塗料的耐磨性好、柔韌性佳，粘接強度高；同時塗料與瓷磚裡的鈣發生化學反應結合成微晶體，可以增強瓷磚的硬度，同時增強瓷磚的防水透氣性。

實施例1

一種塗料，包括如下重量份的原料製備而成：納米級負氧離子複合粉體1份、臭氧水1份和微滲透液20份；所述納米級負氧離子複合粉體包括如下重量份的原料製備而成：電氣石粉40份，二氧化鈦20份，氧化鋅10份，稀土絡合物1份，所述稀土絡合物的化學式為La(α-NMA)3phen·H2O、Eu(α-NMA)3phen·H2O、Tb(α-NMA)3phen·H2O或Y(α-NMA)3phen·H2O；所述微滲透液包括如下重量份的原料製備而成：甲基矽酸鈉15份，矽氧烷20份，聚四氟乙烯15份，水20份；所述納米級負氧離子複合粉體的粒徑小於450納米。

實施例2

一種塗料，包括如下重量份的原料製備而成：納米級負氧離子複合粉體1份、臭氧水1份和微滲透液22份；所述納米級負氧離子複合粉體包括如下重量份的原料製備而成：電氣石粉45份，二氧化鈦25份，氧化鋅15份，稀土絡合物5份，所述稀土絡合物的化學式為La(α-NMA)3phen·H2O、Eu(α-NMA)3phen·H2O、Tb(α-NMA)3phen·H2O或Y(α-NMA)3phen·H2O；所述微滲透液包括如下重量份的原料製備而成：甲基矽酸鈉17份，矽氧烷25份，聚四氟乙烯17份，水25份；所述納米級負氧離子複合粉體的粒徑小於450納米。

實施例3

一種塗料，包括如下重量份的原料製備而成：納米級負氧離子複合粉體1份、臭氧水1份和微滲透液24份；所述納米級負氧離子複合粉體包括如下重量份的原料製備而成：電氣石粉50份，二氧化鈦30份，氧化鋅20份，稀土絡合物(La、Eu、Tb、Y)(α-NMA)3phen·H2O 10份；所述微滲透液包括如下重量份的原料製備而成：甲基矽酸鈉20份，矽氧烷30份，聚四氟乙烯20份，水30份；所述納米級負氧離子複合粉體的粒徑小於450納米。

實施例4

一種塗料的製備方法，包括如下步驟：

步驟1：將原料按如下重量份混合併粉碎至粒徑小於450納米：電氣石粉40份，二氧化鈦20份，氧化鋅10份，稀土絡合物1份，所述稀土絡合物的化學式為La(α-NMA)3phen·H2O、Eu(α-NMA)3phen·H2O、Tb(α-NMA)3phen·H2O或Y(α-NMA)3phen·H2O，得納米級負氧離子複合粉體；

步驟2：將所述納米級負氧離子複合粉體按重量比1∶1溶解於臭氧水中，得微晶液；

步驟3：將所述微晶液與微滲透液按重量比1∶10混合，得塗料，所述微滲透液包括如下重量份的原料製備而成：甲基矽酸鈉15份，矽氧烷20份，聚四氟乙烯15份，水20份。

實施例5

一種塗料的製備方法，包括如下步驟：

步驟1：將原料按如下重量份混合併粉碎至粒徑小於450納米：電氣石粉45份，二氧化鈦25份，氧化鋅15份，稀土絡合物5份，所述稀土絡合物的化學式為La(α-NMA)3phen·H2O、Eu(α-NMA)3phen·H2O、Tb(α-NMA)3phen·H2O或Y(α-NMA)3phen·H2O，得納米級負氧離子複合粉體；

步驟2：將所述納米級負氧離子複合粉體按重量比1∶1溶解於臭氧水中，得微晶液；

步驟3：將所述微晶液與微滲透液按重量比1∶11混合，得塗料，所述微滲透液包括如下重量份的原料製備而成：甲基矽酸鈉17份，矽氧烷25份，聚四氟乙烯17份，水25份。

實施例6

一種塗料的製備方法，包括如下步驟：

步驟1：將原料按如下重量份混合併粉碎至粒徑小於450納米：電氣石粉50份，二氧化鈦30份，氧化鋅20份，稀土絡合物10份，所述稀土絡合物的化學式為La(α-NMA)3phen·H2O、Eu(α-NMA)3phen·H2O、Tb(α-NMA)3phen·H2O或Y(α-NMA)3phen·H2O，得納米級負氧離子複合粉體；

步驟2：將所述納米級負氧離子複合粉體按重量比1∶1溶解於臭氧水中，得微晶液；

步驟3：將所述微晶液與微滲透液按重量比1∶12混合，得塗料，所述微滲透液包括如下重量份的原料製備而成：甲基矽酸鈉20份，矽氧烷30份，聚四氟乙烯20份，水30份。

實施例7

納米級負氧離子複合粉體加工步驟如下：

1、取精加工所得的複合粉體(其中粒徑為10-15μm的複合粉體佔80％以上，該複合粉體按重量份包括如下原料：電氣石粉40～50份，二氧化鈦20～30份，氧化鋅10～20份，稀土絡合物1～10份)≤50μm和去離子水按重量比1∶9置於球磨機中，藉助助磨劑進行一級球磨超細加工30小時，結束後所得的粉體漿液導入沉降式高速離心分離機中，進行離心沉降分級，分離出粒徑≤2μm的粉體漿料待用，其餘粒徑大於2μm的漿料返回球磨機中繼續進行一級球磨超細加工；

2、取上述粒徑≤2μm粉體漿料和水溶液(該水溶液含有分散劑、表面活性劑0.2％左右)按重量比9∶1置於另一球磨機中，藉助助磨劑進行二級球磨超細加工24小時，結束後，將所得的粉體漿料導入沉降式高速離心分離機中，進行離心沉降分級，可得到粒徑為50nm左右的粉體漿料，經脫水、乾燥得到本發明納米級負氧離子複合粉體一級產品，收率為70％；同時得到50-450nm的粉體漿料，經脫水、乾燥得到本發明納米級負氧離子複合粉體二級產品。

用大氣離子濃度檢測儀測量:一級產品周圍空氣中的負氧離子濃度可達3萬個/㎝3(靜點)，二級產品周圍空氣中的負氧離子濃度可達1.5萬個/㎝3(靜點)。

實施例8

納米級負氧離子複合粉體加工步驟如下：

1、取精加工所得的複合粉體≤50μm(其中粒徑為10-15μm的複合粉體佔80％以上，該複合粉體按重量份包括如下原料：電氣石粉40～50份，二氧化鈦20～30份，氧化鋅10～20份，稀土絡合物1～10份)和去離子水按重量比1∶4置於球磨機中，藉助助磨劑進行一級球磨超細加工50小時，結束後所得的粉體漿液導入沉降式高速離心分離機中，進行離心沉降分級，分出粒徑≤2μm的粉體漿料待用，其餘粒徑大於2μm的漿料返回球磨機中繼續進行一級球磨超細加工。

2、取上述粒徑≤2μm粉體漿料和水溶液(含有分散劑、表面活性劑0.4％左右)按重量比4∶1置於另一球磨機中，藉助助磨劑進行二級球磨超細加工30小時，結束後，將所得的粉體漿料導入沉降式高速離心分離機中，進行離心沉降分級，得到粒徑為50nm左右的粉體漿料，經脫水、乾燥得到本發明納米級負氧離子複合粉體一級產品，收率為80％；同時得到50-450nm的粉體漿料，經脫水、乾燥得到本發明納米級負氧離子複合粉體二級產品。

用大氣離子濃度檢測儀測量:一級產品周圍空氣中的負氧離子濃度可達4萬個/㎝3(靜點)，二級產品周圍空氣中的負氧離子濃度可達2萬個/㎝3(靜點)。

實施例9

一種塗料的製備方法，包括如下步驟：

1、將上述納米級負氧離子複合粉體一級產品按重量比1∶1加入到經特殊工藝活化處理後而得的臭氧水中混合溶解，直到混合物變無色透明，得微晶液；

2、將微晶液按重量比1∶10加入到活性微滲透液中，經檢測，能滲透到被噴塗物表面3㎜處，其兩米遠處空氣中負氧離子濃度7-8千個/㎝3。

實施例10

一種塗料的製備方法，包括如下步驟：

1、將上述納米級負氧離子複合粉體一級產品按重量比1∶1加入到經特殊工藝活化處理後而得的臭氧水中混合溶解，直到混合物變無色透明，得微晶液；

2、將微晶液按重量比1∶12加入到活性微滲透液中，經檢測，能滲透到被噴塗物表面4㎜處，其兩米遠處空氣中負氧離子濃度5千個/㎝3。

實施效果

技術指標測試

1、塗料有害物質限量指標GB/18582-2008

表1為本發明塗料的塗料有害物質限量指標檢測結果，表2為市面上常見的普通水性樹脂型負氧離子塗料的塗料有害物質限量指標檢測結果。

表1

表2

2、甲醛淨化性能測試JC/T 1074-2008

表3為本發明塗料的甲醛淨化性能測試結果，表4為市面上常見的普通水性樹脂型負氧離子塗料的甲醛淨化性能測試結果。

表3

表4

3、抗細菌性能測試HG/T 3950-2007

表5為本發明塗料的抗細菌性能測試結果，表6為市面上常見的普通水性樹脂型負氧離子塗料的抗細菌性能測試結果。

表5

表6

本發明塗料比同類產品性能更優越，更加健康環保。經過測試在自然狀態下使用這種產品能使環境中的負氧離子含量提高到6倍以上，負離子在空氣中的移動呈Z字形的，而且輸送負電荷給細菌、微塵、煙霧微粒、有害的有機揮發物質(甲醛、苯等)以及水滴等，電荷與這些物質聚集成球而下沉，從而達到淨化空氣的目的。經檢測本發明塗料釋放的負氧離子55％以上是離子遷移率大於0.4cm2/(V·s)為小離子，易於透過人體的血腦屏障，對人體有醫療保健作用。

綜上所述，由本發明製備方法製備的塗料有益效果在於：本發明製備方法製備得到的塗料，通過納米負氧離子粉體、臭氧水和微滲透液的配合，淨化空氣、抗菌效果佳；可長期向環境中釋放負氧離子；塗料的耐磨性好、柔韌性佳，粘接強度高。以上所述僅為本發明的實施例，並非因此限制本發明的專利範圍，凡是利用本發明說明書內容所作的等同變換，或直接或間接運用在相關的技術領域，均同理包括在本發明的專利保護範圍內。