一种功能性环保涂料及其制备方法与流程

本发明涉及涂料技术领域，特别涉及一种功能性环保涂料及其制备方法。

背景技术：

近年来随着人们生活水平的提高，健康意识也不断增强，对空气质量的要求也日益提高,而室内空气质量的好坏将直接影响到人体的健康状况，特别是挥发性有机物(vocs)及甲醛的污染问题，备受人们关注。vocs及甲醛主要来源人造建筑材料、装修材料和生活用品等化工产品，当vocs和甲醛超标时会严重危害人体健康，因此如何降低和消除室内空气中vocs和甲醛的含量，成为人们迫切需要解决的问题。

现有技术中，常利用具有吸附功能的材料来吸附空气中的vocs、甲醛或其他有毒有害气体，如活性碳、硅藻泥等，但是这些材料只能吸附，无法降解，因此在吸附饱和过后，存在反向释放的缺陷。因此有将二氧化钛光催化材料加入涂料中或制备成空气净化材料，利用二氧化钛的光催化作用来降解室内空气中的vocs和甲醛方式，以达到净化室内空气的作用。但是，由于二氧化钛的禁带较宽，需紫外光源，但室内光多为可见光，因此其光催化效果有限。

另外，空气中的vocs和甲醛处于自由分散的状态，需要墙面或板材对vocs及甲醛有吸附作用方能实现与二氧化钛的更多接触。在此基础，出现了通过碳纤维负载tio2、粉煤灰负载tio2、硅藻土负载tio2、二氧化硅负载tio2和蛭石负载tio2粉体等材料，这些材料起到集吸附与光催化降解于一体的作用，大大的提高了空气净化的能力及持久性。但是这些材料在吸附vocs及甲醛的同时，更容易吸附空气中的水，尤其是在空气潮湿的南方地区，这将大大影响其对vocs及甲醛的吸附量，从而大大降低其空气净化能力。

在湿度较大的环境中，如何提高二氧化钛的光催化降解能力及吸附介质对vocs及甲醛的吸附量成为目前亟待解决的问题。可见，现有技术还有待改进和提高。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种功能性环保涂料及其制备方法，旨在解决现有技术中空气净化材料在水蒸气的影响下对空气中vocs及甲醛的吸附量小，二氧化钛的光催化效果低的缺陷。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种功能性环保涂料，其中，所述涂料按重量份数计包括：丙烯酸乳液30～35份、树脂聚合物5～10份、fe³⁺/tio2/沸石复合材料10～25份、无机粉体5～15份、分散剂0.5份、成膜助剂1～2份，增稠剂0.5～1份、其他助剂1～2份、去离子水25～30份；所述fe³⁺/tio2/沸石复合材料的表面包覆有偶联剂。

所述功能性环保涂料中，所述偶联剂为硅烷偶联剂或三甲基氯硅烷中的一种。

所述功能性环保涂料中，所述硅烷偶联剂包括kh550、kh972。

所述功能性环保涂料中，所述树脂聚合物为甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸酯、苯乙烯聚合物中的一种或多种。

所述功能性环保涂料中，所述无机粉体为硅灰石和石英粉的混合物。

一种如上所述的功能性环保涂料的制备方法，其中，所述方法包括以下步骤：按配比称取原料各组分，于低速搅拌下依次加入部分水、分散剂和tio2/沸石复合材料，然后中速搅拌3～5min，然后加入增稠剂，并高速搅拌分散15min后转中速搅拌；然后再加入丙烯酸乳液、无机粉体以及树脂聚合物、余下的水和其它助剂，继续中速搅拌35～45min，最后过滤，得环保功能涂料。

所述功能性环保涂料的制备方法中，所述低速搅的转速为500～800rpm，所述中速搅拌的转速为800～1000rpm，所述高速搅拌的转速为1000～1500rpm。

所述功能性环保涂料的制备方法中，所述方法还包括tio2/沸石复合材料的制备，具体包括：

步骤s1.沸石的预处理：取天然沸石，通过水洗、酸处理和碱处理，得预处理后的沸石；

步骤s2.tio2/沸石复合材料制备：取预处理后的沸石和去离子水以1:10的比例搅拌混合，然后加入1％的浓盐酸和0.1％～0.5％的硝酸铁，搅拌均匀，然后加入1％～2％四氯化钛，继续搅拌，然后加入稀氨水调节ph值至8～9，继续搅拌20～30min，然后陈化20～24h，抽滤并水洗至中性，滤渣先于150℃烘干，然后于300℃焙烧2h，得掺杂fe2o3的tio2/沸石复合材料。

所述功能性环保涂料的制备方法中，所述步骤s2后还包括tio2/沸石复合材料表面改性，具体包括：将步骤s2中得到的tio2/沸石复合材料置于偶联剂与乙醇/水混合液中，于60～80℃下搅拌3～4小时，然后离心并洗至中性，沉淀于140～160℃烘干，得表面改性后的tio2/沸石复合材料。

有益效果：

本发明提供了一种功能性环保涂料及其制备方法，通过在涂料中添加表面包覆有偶联剂的fe³⁺/tio2/沸石复合材料，其中掺杂fe³⁺的纳米tio2具有较宽的波长响应范围，在可见光的照射下也具有优良的光催化作用，大大的提高了tio2的光催化效果，而fe³⁺/tio2/沸石复合材料表面包覆的偶联剂，不但能改善fe³⁺/tio2/沸石复合材料在涂料中的相容性和分散性，而且能降低fe³⁺/tio2/沸石复合材料对水的吸附作用，从而大大提高材料对vocs及甲醛的吸附量。掺杂后的tio2与表面改性剂协同作用，一方面，tio2的光催化作用能使沸石中的vocs和甲醛得到降解清理，进而促使沸石能吸附更多的vocs和甲醛，另一方面，表面活性剂能阻止水的吸附，从而使沸石对vocs和甲醛的具有更大的选择吸附，两者相结合，从而大大的提高了涂料对空气的持续净化效果。

具体实施方式

本发明提供一种功能性环保涂料及其制备方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供一种功能性环保涂料，所述涂料按重量份数计包括：所述涂料按重量份数计包括：丙烯酸乳液30～35份、树脂聚合物5～10份、fe³⁺/tio2/沸石复合材料10～25份、无机粉体5～15份、分散剂0.5份、成膜助剂1～2份、增稠剂0.5～1份、其他助剂1～2份、去离子水25～30份；所述fe³⁺/tio2/沸石复合材料的表面包覆有偶联剂。

上述配比的功能性环保涂料，通过添加fe³⁺/tio2/沸石复合材料，不但具有吸附vocs和甲醛的作用，同时，附着在沸石表面的二氧化钛具有光催化降解vocs和甲醛的作用，从而实现持续不断的吸附和催化降解vocs和甲醛，达到持续净化空气的作用。并且通过在纳米tio2中掺杂fe2o3，通过fe³⁺产生的氧空位能使tio2带隙变窄，从而将tio2的光响应范围拓展到了可见光区，更好地适应室内的照明环境，大大提高对vocs及甲醛的光催化降解效果。

上述配比的功能性环保涂料中，所述fe³⁺/tio2/沸石复合材料的表面还包覆有偶联剂。在fe³⁺/tio2/沸石复合材料包覆的偶联剂一方面可以提高fe³⁺/tio2/沸石复合材料与涂料的相容性，使其分散更为均匀，另一方面，所述偶联剂为非极性有机物，能改变沸石的表面极性，从而能降低沸石对水的吸附能力，大大提高沸石对vocs和甲醛的吸附量。

优选的，上述配比的功能性环保涂料中，所述偶联剂为硅烷偶联剂或三甲基氯硅烷中的一种，具体地，所述硅烷偶联剂包括kh550、kh972。硅烷偶联剂及三甲基氯硅烷与丙烯酸乳液的相容性好，且极性弱，与水的相容性差，从而能大大降低沸石对水的吸附能力。

具体的，上述配比的功能性环保涂料中，所述树脂聚合物为甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸酯、苯乙烯聚合物中的一种或多种。

具体的，上述配比的功能性环保涂料中，所述无机粉体为硅灰石和石英粉的混合物。所述无机粉体作为涂料的填充剂，具有提高涂料硬度和强度的作用，优选地，所述无机粉体为硅灰石和石英粉的混合物时，具有更高的硬度，能适用某些对硬度有较高要求的场所。

一种如上所述的功能性环保涂料的制备方法，所述方法包括以下步骤：按配比称取原料各组分，于低速搅拌下依次加入部分水、分散剂和fe³⁺/tio2/沸石复合材料，然后中速搅拌3～5min，然后加入增稠剂，并高速搅拌分散15min后转中速搅拌；然后再加入丙烯酸乳液、无机粉体以及树脂聚合物、余下的水和其它助剂，继续中速搅拌35～45min，最后过滤，得环保功能涂料。所述低速搅的转速为500～800rpm，所述中速搅拌的转速为800～1000rpm，所述高速搅拌的转速为1000～1500rpm。

上述功能性环保涂料的制备方法，操作简单，通过不同的搅拌速度，使各材料分散均匀，得到的涂料，具有分散性好，性能均一稳定的特性。

上述功能性环保涂料的制备方法中，所述方法还包括fe³⁺/tio2/沸石复合材料复合材料的制备，具体包括：

步骤s1.沸石的预处理：取天然沸石，先湿法球磨过200目筛，然后水洗离心，再置于0.2mol/l的盐酸溶液中，于60～70℃搅拌2～4h；然后加入2mol/lnaoh溶液调节ph至7，继续搅拌2～4h；然后加入2mol/lnaoh溶液调节ph至14，继续搅拌2～4h；然后离心分离，沉淀洗涤至中性，于200～250℃烘干，得预处理后的沸石。所述沸石的预处理，通过水洗、酸处理和碱处理，去除沸石表面及孔径内部的杂质，并且使沸石与naoh进行离子交换，从而对沸石的极性进行改性。

步骤s2.fe³⁺/tio2/沸石复合材料制备：取预处理后的沸石和去离子水以1:10的比例搅拌混合，然后加入1％的浓盐酸和0.1％～0.5％的硝酸铁，搅拌均匀后，加入1％～2％四氯化钛，继续搅拌1h，然后加入稀氨水调节ph值至8～9，继续搅拌20～30min，然后陈化20～24h，抽滤并水洗至中性，滤渣先于150℃烘干，然后于300℃焙烧2h，得fe³⁺/tio2/沸石复合材料。所述fe³⁺/tio2/沸石复合材料的制备采用水热共沉淀法，得到的二氧化钛为纳米二氧化钛，且fe³⁺能较好的掺杂到tio2晶格中，从而有效改变tio2的禁带宽度，扩大光波的范围，提高tio2的光催化效率。另一方面，tio2负载在沸石表面，通过沸石的吸附作用，能大大提高tio2的光催化效果，相应的，由于tio2能降解沸石吸附的vocs和甲醛，从而大大提高了沸石的吸附量，两者相互协同作用，使fe³⁺/tio2/沸石复合材料具有较高的净化空气的能力。

上述功能性环保涂料的制备方法中，所述步骤s2后还包括fe³⁺/tio2/沸石复合材料的表面改性，具体包括：将步骤s2中得到的fe³⁺/tio2/沸石复合材料置于含10％偶联剂的乙醇/水混合液中，于60～80℃下搅拌3～4h，然后离心并洗至中性，沉淀于140～160℃烘干，得表面改性后的fe³⁺/tio2/沸石复合材料。所述fe³⁺/tio2/沸石复合材料的表面改性，主要通过表面包覆改性，使fe³⁺/tio2/沸石复合材料的极性发生改变，一方面提高其在涂料中的分散性，另一方面降低其对水的吸附能力。由于未表面改性的fe³⁺/tio2/沸石复合材料为具有极性的无机材料，其对水的吸附能力较强，当空气中的vocs、甲醛及水同时出现时，未改性的fe³⁺/tio2/沸石复合材料优先吸附水，而吸附量是有限的，在对水的吸附量大的情况下，将大大降低其对vocs及甲醛的吸附能力，特别是在南方潮湿地区，水几乎占据了整个fe³⁺/tio2/沸石复合材料孔径内部，从而对vocs及甲醛的吸附降解作用几乎可以忽略不计。而表面改性后的fe³⁺/tio2/沸石复合材料，其非极性的表面使其对水的吸附作用大大降低，从而提高了材料对vocs及甲醛的吸附量，提高了对空气的净化效果。

实施例1

一种优选的功能性环保涂料，所述涂料按重量份数计包括：丙烯酸乳液33份、树脂聚合物8份、fe³⁺/tio2/沸石复合材料20份、无机粉体10份、分散剂0.5份、成膜助剂2份，增稠剂0.8份、其他助剂2份、去离子水28份。

所述涂料通过以下步骤制备而成：

沸石的预处理：取天然沸石，先湿法球磨过200目筛，然后水洗离心，再置于0.2mol/l的盐酸溶液中，于68℃搅拌3.5h；然后加入2mol/lnaoh溶液调节ph至7，继续搅拌3h；然后继续加入2mol/lnaoh溶液调节ph至14，继续搅拌3h；然后离心分离，沉淀洗涤至中性，然后于230℃烘干，得预处理后的沸石。

fe³⁺/tio2/沸石复合材料的制备：取预处理后的沸石和去离子水以1:10的比例搅拌混合，然后加入1％的浓盐酸和0.4％的硝酸铁，搅拌均匀，然后加入1.6％四氯化钛，继续搅拌1h，然后加入稀氨水调节ph值至8.6，继续搅拌25min，然后陈化24h，抽滤并水洗至中性，滤渣先于150℃烘干，然后于300℃焙烧2h，得fe³⁺/tio2/沸石复合材料。

fe³⁺/tio2/沸石复合材料的表面改性：将fe³⁺/tio2/沸石复合材料置于含10％偶联剂的乙醇/水混合液中，于72℃下搅拌3.5h，然后离心并洗至中性，沉淀于150℃烘干，得表面改性后的fe³⁺/tio2/沸石复合材料。

涂料的制备：按配比称取原料中各组分，于600rpm转速搅拌下依次加入部分水、分散剂和表面改性后的fe³⁺/tio2/沸石复合材料，然后以800rpm搅拌4min，然后加入增稠剂，并以1200rpm的转速搅拌分散15min后，改为900rpm转速继续搅拌，然后再加入丙烯酸乳液、无机粉体以及树脂聚合物、余下的水和其它助剂，继续900rpm的速度搅拌40min，最后过滤，得环保功能涂料。

实施例2

一种功能性环保涂料，所述涂料按重量份数计包括：丙烯酸乳液30份、树脂聚合物5份、fe³⁺/tio2/沸石复合材料10份、无机粉体5份、分散剂0.5份、成膜助剂1份，增稠剂0.5份、其他助剂1份、去离子水25份。

所述涂料通过以下步骤制备而成：

沸石的预处理：取天然沸石，先湿法球磨过200目筛，然后水洗离心，再置于0.2mol/l的盐酸溶液中，于60℃搅拌2h；然后加入2mol/lnaoh溶液调节ph至7，继续搅拌2h；然后继续加入2mol/lnaoh溶液调节ph至14，继续搅拌2h；然后离心分离，沉淀洗涤至中性，然后于200℃烘干，得预处理后的沸石。

fe³⁺/tio2/沸石复合材料的制备：取预处理后的沸石和去离子水以1:10的比例搅拌混合，然后加入1％的浓盐酸和0.1％的硝酸铁，搅拌均匀，然后加入1％四氯化钛，继续搅拌1h，然后加入稀氨水调节ph值至8，继续搅拌20min，然后陈化20h，抽滤并水洗至中性，滤渣先于150℃烘干，然后于300℃焙烧2h，得掺杂fe2o3的tio2/沸石复合材料。

fe³⁺/tio2/沸石复合材料表面改性：将fe³⁺/tio2/沸石复合材料置于含10％偶联剂的乙醇/水混合液中，于60℃下搅拌3h，然后离心并洗至中性，沉淀于140℃烘干，得表面改性后的fe³⁺/tio2/沸石复合材料。

涂料的制备：按配比称取原料各组分，于500rpm转速搅拌下依次加入部分水、分散剂和表面改性后的fe³⁺/tio2/沸石复合材料，然后以800rpm搅拌3min，然后加入增稠剂，并以1000rpm高速搅拌分散15min后转800rpm中速搅拌；然后再加入丙烯酸乳液、无机粉体以及树脂聚合物、余下的水和其它助剂，继续800rpm的速度搅拌35min，最后过滤，得环保功能涂料。

实施例3

一种功能性环保涂料，所述涂料按重量份数计包括：丙烯酸乳液35份、树脂聚合物10份、fe³⁺/tio2/沸石复合材料25份、无机粉体15份、分散剂0.5份、成膜助剂2份，增稠剂1份、其他助剂2份、去离子水30份。

所述涂料通过以下步骤制备而成：

沸石的预处理：取天然沸石，先湿法球磨过200目筛，然后水洗离心，再置于0.2mol/l的盐酸溶液中，于70℃搅拌4h；然后加入2mol/lnaoh溶液调节ph至7，继续搅拌4h；然后继续加入2mol/lnaoh溶液调节ph至14，继续搅拌4h；然后离心分离，沉淀洗涤至中性，然后于250℃烘干，得预处理后的沸石。

fe³⁺/tio2/沸石复合材料制备：取预处理后的沸石和去离子水以1:10的比例搅拌混合，然后加入1％的浓盐酸和0.5％的硝酸铁，搅拌均匀，然后加入2％四氯化钛，继续搅拌1h，然后加入稀氨水调节ph值至9，继续搅拌30min，然后陈化24h，抽滤并水洗至中性，滤渣先于150℃烘干，然后于300℃焙烧2h，得fe³⁺/tio2/沸石复合材料。

fe³⁺/tio2/沸石复合材料的表面改性：将fe³⁺/tio2/沸石复合材料置于含10％偶联剂的乙醇/水混合液中，于80℃下搅拌4h，然后离心并洗至中性，沉淀于160℃烘干，得表面改性后的fe³⁺/tio2/沸石复合材料。

涂料的制备：按配比称取原料各组分，于800rpm转速搅拌下依次加入部分水、分散剂和表面改性后的fe³⁺/tio2/沸石复合材料，然后以1000rpm的转速搅拌5min，然后加入增稠剂，并以1500rpm高速搅拌分散15min后转1000rpm中速搅拌，然后再加入丙烯酸乳液、无机粉体以及树脂聚合物、余下的水和其它助剂，继续1000rpm的速度搅拌45min，最后过滤，得环保功能涂料。

对比例1

一种涂料，所述涂料按重量份数计包括：丙烯酸乳液33份、树脂聚合物8份、tio2/沸石复合材料20份、无机粉体10份、分散剂0.5份、成膜助剂2份，增稠剂0.8份、其他助剂2份、去离子水28份。所述tio2/沸石复合材料为表面负载有纳米tio2的沸石，但未掺杂有fe³⁺，且表面也未包覆有偶联剂。

所述涂料的制备方法与实施例1的相同，但是tio2/沸石复合材料的制备过程中未掺杂有fe³⁺。

对比例2

一种涂料，所述涂料按重量份数计包括：丙烯酸乳液33份、树脂聚合物8份、fe³⁺/tio2/沸石复合材料20份、无机粉体10份、分散剂0.5份、成膜助剂2份、增稠剂0.8份、其他助剂2份、去离子水28份。所述fe³⁺/tio2/沸石为表面负载有掺杂fe³⁺的纳米tio2的沸石，但表面未包覆有偶联剂。

所述涂料的制备方法与实施例1的相同，但是未包含fe³⁺/tio2/沸石复合材料的表面改性。

吸附及光催化降解能力的测试：

将实施例1-3所述涂料及对比例1-2所述涂料分别进行对vocs及甲醛、甲苯的吸附测试和光催化降解能力的测试，具体试验设计如下：

1、对甲醛的去除能力测试：

试样的制备：在5块规格为100cm×100cm×0.55cm的粘合板(经测定无甲醛释放)的两面，分别均匀涂覆实施例1-3及对比例1-2所得涂料，涂覆厚度相同，室温干燥后，裁剪成15cm×15cm×0.55cm的试样，试样边线用不含甲醛的胶水密封，然后将试验密封保存备用。

试验：将上述同种试样随机分为3组，标注为组1、组2、组3，分别竖直置于20l含有甲醛的透明密闭容器中，组1和组2的密闭容器的湿度为60％，组3的容器湿度为80％，组1和组3分别用紫外光照射，组2用可见光照射，试验过程务必保证试样的一面对准光源，且每隔12h旋转容器一次，使试样的两面交替面向光源。试验过程每隔12小时测定并记录密闭容器中的甲醛浓度值，以初始浓度、3d和5d的数值进行比较，结果如表1所示。需要说明的是，同一组试验所用光源的强度及其他试验条件均相同，在此不作详细说明。

甲醛浓度检测仪器：为国家标准计量认定的美国4160型甲醛监测仪，检测的同时显示浓度值数字(浓度偏差范围≦±5％)。

表1.涂料对去除甲醛的性能测试结果

2、对甲苯的去除能力测试：

试样的制备和试验过程同上述甲醛的测试过程，检查气体用甲苯取代，结果如表2所示。甲苯浓度检测仪器：为国家标准计量认定的mic-600型甲苯监测仪，检测的范围0-1000ppm,精度0.01ppm.

表2.涂料对去除甲苯的性能测试结果

通过表1、表2的实验数据可知，添加有fe³⁺/tio2/沸石复合材料的涂料对甲醛及甲苯的去除能力强，在高湿度的情况下，对甲醛、甲苯的去除能力仍能保持较高的水平，并且即便是在可见光的照射下，对甲醛的去除率(5d)仍能达到90％以上，而对甲苯的去除率(5d)可高达97.5％。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。