一种具有净化空气功能的石材防护剂及制备方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于涂料技术领域，特别涉及一种具有净化空气功能的石材防护剂及制备 方法和应用。 技术背景
[0002] 由于目前装饰材料市场不规范，室内装修普遍使用有毒建筑材料，如不环保的涂 料、家具、地板等，在室内空间挥发大量甲醛、苯系物、氨、氡等有毒气体。甲醛具有强烈的致 癌和促癌作用，长期接触甲醛可引起鼻咽癌、结肠癌、脑瘤、内分泌失调、细胞核的基因突变 等。长期接触甲醛可引起妊娠综合症、新生儿染色体异常（畸形儿）、白血病（据统计，40% 的白血病患儿是建筑材料挥发有毒气体造成的），引起青少年记忆力和智力下降。在所有接 触者中，儿童和孕妇对甲醛尤为敏感，危害也就更大。
【发明内容】
[0003] 为了解决室内装修污染，本发明提出了一种可以净化空气、去除甲醛的石材保护 剂及其制备方法。同时该石材保护剂还可以使石材具有防水、防污、耐酸碱、抗老化、抗冻 融、抗生物侵蚀等功能，从而达到提高石材使用寿命和装饰性能的效果。本发明通过在石材 保护剂中添加光触媒成分，可以有效的催化降解甲醛，苯，氨，TV0C，达到改善空气质量的目 的。
[0004] 本发明直接将分散剂引入到石材防护剂中形成有机无机杂化的复合光催化溶剂， 而后将其一次性涂覆在基材表面形成有机无机杂化的复合光催化涂层。本发明石材防护 剂一方面利用有机聚合物的水溶性有利于其与无机纳米溶胶的互溶以提高涂料的稳定性， 另一方面利用有机无机杂化材料的双亲性有利于无机光催化膜层在基底材料表面的良好 结合和分散，减少常规无机纳米涂层易粉化、发白等引起的附着力下降，并具有保持基底外 观、抗老化、净化空气和表面自洁等防护性能。而且该有机无机杂化复合涂料只需一次性施 工，方法简单易行，可广泛适用于各种石材（特别是白云岩、页岩）表面，效果良好。
[0005] 为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：
[0006] -种具有净化空气功能的石材防护剂，由下列重量份的原料组成：负载有贵金属 的纳米二氧化钛4-8份、疏水纳米二氧化硅5-10份、分散剂240-300份、醇醚类溶剂1-5份、 水 240-300 份。
[0007] 在Ti02光催化体系中引入贵金属后，贵金属作为光生电子的接收器，可促进复合 系统界面载流子的运输，使光生电子在金属表面积累，而空穴则留在Ti02表面，降低了光生 电子-空穴的复合率，提高了催化剂的光催化活性。
[0008] 其中，当负载有贵金属的纳米二氧化钛的用量低于4重量份时，石材净化空气、去 除甲醛及表面附着性能不良。另一方面，如果负载有贵金属的纳米二氧化钛的含量高于8 重量份，则会导致成本升高。本发明已确认了下述结果：如果负载有贵金属的纳米二氧化钛 的用量在4重量份以上且8重量份以下的范围时，可获得期待的空气净化性能和表面附着 性能。
[0009] 疏水纳米二氧化硅的超疏水性能防止水渍和污物能浸入石材孔隙，使石材防护剂 具有较高的防水、防污、耐酸碱、抗老化、抗冻融等性能。就其用量而言，尽管不能一概而论， 但当疏水纳米二氧化娃的含量低于5重量份时，可能会导致疏水纳米二氧化娃的防水和抗 老化的效果减弱，构成石材防护剂的粒子间的密合力下降。
[0010] 另一方面，疏水纳米二氧化硅的用量高于10重量份时，可能会导致石材防护剂和 易性和附着力下降，因此，本申请中将疏水纳米二氧化硅的加入量限定在10重量份以下， 因此不会产生上述问题。
[0011] 醇醚类溶剂具有低毒低气味高闪点的特性，是一个相当环保安全的有机溶剂。由 于其适中的亲油亲水平衡值，在水性涂料的制造中是理想的分散/稳定/催干/偶联剂，其 较低的气味使其成为涂料的理想溶剂。
[0012] 其中，当醇醚类溶剂用量低于1重量份时，有时由于无法获得良好的水化活性，因 此与疏水纳米二氧化硅相适应性不良。另一方面，如果醇醚类溶剂用量高于5重量份时，则 可能会使石材防护剂密度和抗渗性能降低。已确认了下述结果：使醇醚类溶剂总用量分别 在1重量份以上且5重量份以下的范围时，石材防护剂各组分间相适应性良好，防护剂性能 稳定。
[0013] 本发明直接将分散剂引入到石材防护剂中形成有机无机杂化的复合光催化溶剂， 而后将其一次性涂覆在基材表面形成有机无机杂化的复合光催化涂层。本发明石材防护 剂一方面利用有机聚合物的水溶性有利于其与无机纳米溶胶的互溶以提高涂料的稳定性， 另一方面利用有机无机杂化材料的双亲性有利于无机光催化膜层在基底材料表面的良好 结合和分散，减少常规无机纳米涂层易粉化、发白等引起的附着力下降，并具有保持基底外 观、抗老化、净化空气和表面自洁等防护性能。而且该有机无机杂化复合涂料只需一次性施 工，方法简单易行，可广泛适用于各种石材（特别是白云岩、页岩）表面，效果良好。
[0014] 其中，当分散剂的用量低于240重量份时，防护剂流动性和稳定性不良。另一方 面，如果分散剂的用量高于300重量份，则会导致成本升高。本发明已确认了下述结果：如 果滑石粉的含量在240重量份以上且300重量份以下的范围时，可获得期待的防护剂流动 性和稳定性。
[0015] 优选的，所述的石材防护剂由下列重量份的原料组成：负载有贵金属的纳米二氧 化钛4-6份、疏水纳米二氧化硅5-8份、分散剂240-260份、醇醚类溶剂1-3份、水240-260 份。
[0016] 优选的，所述醇醚类溶剂为丙二醇醚类。
[0017] 优选的，所述负载有贵金属的纳米二氧化钛中，所述贵金属选自金、银、钼、舒、铭、 钯、锇、铱、铂及其混合物。将微量贵金属负载在纳光二氧化钛表面，载流子重新分布，相应 减小了二氧化钛表面的电子密度，从而有效地抑制了电子和空穴的复合，电子和空穴各自 在不同的位置发生氧化还原反应，大大提高了光催化的效能。
[0018] 优选的，所述负载有贵金属的纳米二氧化钛的粒径为10~80nm、所述疏水纳米二 氧化娃的粒径为10~80nm〇
[0019] 优选的，所述负载有贵金属的纳米二氧化钛为载银纳米二氧化钛，所述分散剂为 硅烷偶联剂KH560。
[0020] 采用硅烷偶联剂KH567作为分散剂时，不仅能够获得期待的防护剂流动性和稳定 性，还能对载铂纳米二氧化钛进行表面改性。利用元素分析、红外光谱（FTIR)和透射电子 显微镜（TEM)等表征手段及亲油化度的测定，表明：二者的质量比为1~2:60~75时，经 过表面改性后的载银纳米Ti02的亲油性和分散性与未改性的粉体相比即可得到明显改善。
[0021] 本发明还提供了一种具有净化空气功能的石材防护剂的制备方法，包括如下步 骤：
[0022] 1)将负载有贵金属的纳米二氧化钛加入水中，超声分散，将超声分散后的悬浊液 放入75-80°C的水浴中均匀搅拌并加入分散剂，持续搅拌4-4. 5h，负载有贵金属的纳米二 氧化钛分散液；
[0023] 2)将疏水纳米二氧化硅加入分散剂，搅拌，研磨1-1. 5h，得疏水纳米二氧化硅分 散液；
[0024] 3)将上述得到的载银纳米二氧化钛分散液和疏水纳米二氧化硅分散液及醇醚类 溶剂混合均匀，即得。
[0025] 上述的石材防护剂直接涂覆在石材表面，形成一层有机无机杂化的光催化涂层， 在不影响石材外观的前提下提高石材表面的耐磨性、强度、耐候性、自清洁与净化空气功 能。
[0026] 上述的石材防护剂的涂覆量为20-150mL/m2。
[0027] 上述的石材防护剂形成的涂层为复合结构，无机纳米粒子分散在具有有机聚合物 特性的膜结构中。
[0028] 上述的石材防护剂还可应用于建材装饰：所述的建材包括无机建材：户外使用的 瓷砖、石材、混凝土，也包括有机建材：墙体涂料、石膏板、木材、木质纤维板、塑料、有机玻 璃、彩钢板、铝塑板。
[0029] 本发明的反应机理：
[0030] 该石材保护剂提高石材净化和抗生物侵蚀的机理是利用纳米二氧化钛在光照射 下，价带电子被激发到导带，形成了电子和空穴，与吸附于其表面的〇 2和H20作用，生成超氧 化物阴离子自由基，〇2_和羟基自由基-0H，其自由基具有很强的氧化分解能力，能破坏有机 物中的C-C键、C-H键、C-N键、C-0键、0-H键、N-H键，分解有机物为二氧化碳与水。本发 明石材防护剂具有提高石材防水、防污、耐酸碱、抗老化、抗冻融等性能的作用机理是，利用 了疏水纳米二氧化硅的超疏水性能防止水渍和污物能浸入石材孔隙。
[0031] 本发明的有益效果：
[0032] 1.负载贵金属的纳米二氧化钛可以使得石材保护剂膜具有高效的净化空气的