制备棒状二氧化硅基复合光催化抗菌水性内墙漆的方法

本发明属于光催化环保涂料技术领域，具体涉及制备棒状二氧化硅基复合光催化抗菌水性内墙漆的方法。

背景技术：

光催化颗粒利用光催化机理具有良好的室内杀菌能力，但利用光催化颗粒与内墙漆结合进行环保抗菌水性涂料生产时，目前绝大多数光催化抗菌内墙漆都是用光催化颗粒和水性内墙漆原料通过简单机械搅拌制得，普遍存在着光催化颗粒容易团聚造成涂料中聚合物乳胶粒过大和太硬，而且出现内墙漆的耐水性差和附着力下降的等问题。现有技术内墙漆中主要是添加单一结构或者单一种类的光催化颗粒，室内抗菌效果欠佳，因此本发明的目的就是利用水性内墙漆和复合光催化颗粒前驱体溶液进行有机结合，提供一种提高内墙漆附着力并且聚合物紧密结合的光催化颗粒抗菌水性内墙漆的制备方法。

技术实现要素：

综上所述，本发明的目的在于提供制备棒状二氧化硅基复合光催化抗菌水性内墙漆的方法，以解决现有技术中添加单一结构或者单一种类的光催化颗粒在取得抗菌效果不足，光催化颗粒团聚造成涂料中聚合物乳胶粒过大和太硬，而且出现内墙漆附着力下降的等问题。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

制备棒状二氧化硅基复合光催化抗菌水性内墙漆的方法，包括如下步骤：

步骤1，配置二氧化硅基复合光催化颗粒前驱体溶液；具体步骤包括：

步骤1.1，称取二氧化硅硅源溶解在超纯水中，通过加入氨水溶液控制硅氨络合物析出沉淀，随后通过抽滤使沉淀分离，再通过超纯水和无水乙醇充分清洗沉淀，恒温干燥箱烘干得到硅氨络合物沉淀；

步骤1.2，将6mg/ml附着光催化纳米颗粒的溶液加入到步骤1.1制备的硅氨络合物沉淀中，通过氨水和超纯水配置为0.5-2.5mol/l的前驱体溶液中，超声震荡30min使其充分分散，即得二氧化硅基复合光催化颗粒前驱体溶液；

步骤2，将步骤1中的复合前驱体溶液与水性内墙漆各组分依次在反应釜中机械搅拌混合均匀得到混合涂料；

步骤3，将所述混合涂料微波反应合成，即得棒状二氧化硅基复合光催化抗菌水性内墙漆。

进一步的，所述二氧化硅基复合光催化颗粒包括二氧化硅光催化颗粒和附着光催化纳米颗粒。

进一步的，步骤1.2的二氧化硅硅源为三氯氢硅、四氯化硅、二氯二氢硅和硅烷其中的一种或几种。

进一步的，步骤1.2的附着光催化纳米颗粒为纳米银线、石墨烯、氧化石墨烯、还原氧化石墨烯或石墨烯量子点其中的一种或几种。

进一步的，步骤2中二氧化硅基复合光催化颗粒和水性内墙漆各组分质量百分数为二氧化硅基复合光催化颗粒13-15wt％，单组分水性树脂47-65wt％，颜填料14-20wt％，分散剂2-3wt％，消泡剂2-3wt％，增稠剂1-2wt％和水17-20wt％。

进一步的，步骤2复合前驱体溶液与水性内墙漆各组分混合的方法是先在复合前驱体溶液添加单组分水性树脂，充分搅拌30min，搅拌速度为550-850r/min，然后再添加颜填料、分散剂、消泡剂和增稠剂的混合体，充分搅拌1h，搅拌速度为1600-1900r/min。

进一步的，步骤3中微波反应加热温度为155-225℃，反应时间为5-8min。

进一步的，所述单组分水性树脂为水性醇酸树脂、水性丙烯酸树脂和水性聚氨酯树脂其中的一种或几种。

进一步的，所述颜填料为碳酸钙、煅烧高岭土和硅白粉其中的一种或几种。

将微波合成棒状二氧化硅基复合光催化抗菌水性内墙漆置于扫描电镜下观测，得到的棒状二氧化硅基复合光催化颗粒长度集中在100-200nm之间，直径集中在30-60nm之间。

本发明的有益效果在于：

1、本发明首先将二氧化硅基复合光催化纳米颗粒以前驱体混合液的形式分散于水性内墙漆中，使得光催化颗粒稳定性更好，二氧化硅基复合光催化颗粒在水性内墙漆中分散性更佳、颗粒不易发生团聚，造成最后制备出的水性内墙漆光催化抗菌性能更加优异；

2、本发明通过微波快速反应在水性内墙漆中合成棒状二氧化硅基复合光催化颗粒，相比于传统的光催化颗粒，本发明的附着光催化纳米颗粒均匀分散包覆在棒状的二氧化硅光催化颗粒上，并且合成的棒状二氧化硅基复合光催化颗粒的比表面积更大，提供更多的活性位点数量，都可以有效提高制得复合水性内墙漆的抗菌杀菌效果，最终使得于复合水性内墙漆在可见光的条件下在短时间内对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌实现光催化抗菌灭活；

3、本发明通过二氧化硅基复合光催化颗粒前驱体混合液与各水性内墙漆原料不同的添加顺序和添加工艺，一方面使得水性内墙漆中树脂有良好的力学性能、机械加工性能、成膜性好、附着力强和干燥速度快等优点。另一方面棒状二氧化硅基复合光催化颗粒和水性内墙漆结合更加紧密，在施工和长期使用过程中光催化颗粒不易脱落；

4、二氧化硅的吸附作用对光催化活性有重要影响，二氧化硅可以增加复合光催化颗粒表面酸性位对有机物的强吸附作用，而且在表面形成较强的基团，这些基团作为空穴的捕获位，阻止了电子-空穴对的复合，进而具有更好的光催化效果。同时，二氧化硅能够有效地控制复合光催化颗粒的长大，从而获得较小的粒径和高的比表面积，进一步提高光催化抗菌效果。

附图说明

图1为本发明实施例3制得的棒状二氧化硅基复合光催化抗菌水性内墙漆放大约43000倍显微结构图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落后于本申请所附权利要求所限定。

实施例1

制备棒状二氧化硅基复合光催化抗菌水性内墙漆的方法，包括如下步骤：

步骤1，配置二氧化硅基复合光催化颗粒前驱体溶液：称取二氧化硅硅源四氯化硅溶解在超纯水中，通过加入氨水溶液控制硅氨络合物析出沉淀，随后通过抽滤使沉淀分离，再通过超纯水和无水乙醇充分清洗沉淀，恒温干燥箱烘干得到硅氨络合物沉淀。随后将6mg/ml附着光催化纳米颗粒石墨烯和还原氧化石墨烯的溶液加入到制备出的硅氨络合物沉淀中，通过氨水和超纯水配置为0.5mol/l的前驱体溶液中，超声震荡30min制得分散均匀的二氧化硅基复合光催化颗粒前驱体溶液。步骤2，选取30wt％步骤1中制得的复合前驱体溶液与51wt％的水性聚氨酯树脂在反应釜内以750r/min的搅拌速度充分搅拌30min，然后再添加14wt％颜填料、2wt％分散剂、2wt％消泡剂和1wt％增稠剂的混合体在反应釜内以1700r/min的搅拌速度下充分搅拌1h，其中所述颜填料包括33wt％份碳酸钙、11wt％煅烧高岭土和56wt％份的硅白粉。步骤3，将步骤2制得的混合涂料放入微波快速反应合成器中155℃反应5min。最终制备出的棒状二氧化硅基复合光催化抗菌水性内墙漆的光催化降解性能达到在可见光的条件下50min降解93％的10mg/l的罗丹明b溶液，对于大肠杆菌和金黄色葡萄球菌在可见光的条件下1小时内100％杀死，voc含量0，附着力0级，耐洗刷性≥15000次，耐碱性(24h)无异常，干燥时间30min(表干)。

实施例2

制备棒状二氧化硅基复合光催化抗菌水性内墙漆的方法，包括如下步骤：

步骤1，配置二氧化硅基复合光催化颗粒前驱体溶液：称取二氧化硅硅源四氯化硅溶解在超纯水中，通过加入氨水溶液控制硅氨络合物析出沉淀，随后通过抽滤使沉淀分离，再通过超纯水和无水乙醇充分清洗沉淀，恒温干燥箱烘干得到硅氨络合物沉淀。随后将6mg/ml附着光催化纳米颗粒石墨烯和还原氧化石墨烯的溶液加入到制备出的硅氨络合物沉淀中，通过氨水和超纯水配置为1.75mol/l的前驱体溶液中，超声震荡30min制得分散均匀的二氧化硅基复合光催化颗粒前驱体溶液。步骤2，选取31wt％步骤1中制得的复合前驱体溶液与50wt％的水性聚氨酯树脂在反应釜内以800r/min的搅拌速度充分搅拌30min，然后再添加14wt％颜填料、2wt％分散剂、2wt％消泡剂和1wt％增稠剂的混合体在反应釜内以1800r/min的搅拌速度下充分搅拌1h，其中所述颜填料包括33wt％份碳酸钙、11wt％煅烧高岭土和56wt％份的硅白粉。步骤3，将步骤2制得的混合涂料放入微波快速反应合成器中190℃反应6.5min。最终制备出的棒状二氧化硅基复合光催化抗菌水性内墙漆的光催化降解性能达到在可见光的条件下35min降解96％的10mg/l的罗丹明b溶液,对于大肠杆菌和金黄色葡萄球菌在可见光的条件下50小时内100％杀死，voc含量0，附着力0级，耐洗刷性≥15000次，耐碱性(24h)无异常，干燥时间30min(表干)。

实施例3

制备棒状二氧化硅基复合光催化抗菌水性内墙漆的方法，包括如下步骤：

步骤1，配置二氧化硅基复合光催化颗粒前驱体溶液：称取二氧化硅硅源四氯化硅溶解在超纯水中，通过加入氨水溶液控制硅氨络合物析出沉淀，随后通过抽滤使沉淀分离，再通过超纯水和无水乙醇充分清洗沉淀，恒温干燥箱烘干得到硅氨络合物沉淀。随后将6mg/ml附着光催化纳米颗粒石墨烯和还原氧化石墨烯的溶液加入到制备出的硅氨络合物沉淀中，通过氨水和超纯水配置为2.5mol/l的前驱体溶液中，超声震荡30min制得分散均匀的二氧化硅基复合光催化颗粒前驱体溶液。步骤2，选取34wt％步骤1中制得的复合前驱体溶液与47wt％的水性聚氨酯树脂在反应釜内以850r/min的搅拌速度充分搅拌30min，然后再添加14wt％颜填料、2wt％分散剂、2wt％消泡剂和1wt％增稠剂的混合体在反应釜内以1900r/min的搅拌速度下充分搅拌1h，其中所述颜填料包括33wt％份碳酸钙、11wt％煅烧高岭土和56wt％份的硅白粉。步骤3，将步骤2制得的混合涂料放入微波快速反应合成器中225℃反应8min。最终制备出的棒状二氧化硅基复合光催化抗菌水性内墙漆的光催化降解性能达到在可见光的条件下25min降解97％的10mg/l的罗丹明b溶液，对于大肠杆菌和金黄色葡萄球菌在可见光的条件下32min内100％杀死，voc含量0，附着力0级，耐洗刷性≥15000次，耐碱性(24h)无异常，干燥时间30min(表干)。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。