专利名称：粘土基元－多功能涂料一体化生产工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种粘土基元-多功能涂料一体化生产工艺，属功能材料技术领域。
背景技术：
近年来，用于建筑装饰装修的功能涂料的制备过程都是按照传统涂料的制备过程制备的，工艺复杂，成本较高。例如，中国专利99113622.5公开的一种抗菌涂料的制造方法，中国专利99117416.X公开的一种具有杀菌功能的内墙涂料，中国专利96103140.9公开的一种多功能保健杀虫乳胶漆，中国专利98116908.2公开的一种能量活性内墙涂料，国内外已有防氡、抗菌、空气净化、远红外发射单一功能；国内外也已推出具有功能，主要为抗菌、防氡、远红外释放，防氡、空气净化二元或者三元复合功能涂料报道。但综合来看，目前的国内外功能涂料的制备工艺复杂，成本较高，而复合功能涂料所采用的工艺是在涂料中简单地加入具有各种功能的不同功能组分，只是简单的功能叠加且成本较高，制备过程复杂。纵观国内外还没有粘土基载负抗菌基元-抗菌涂料制备的一体化生产技术和粘土基抗菌、远红外、空气净化、防氡多功能基元-涂料的制备技术的相关报道。
发明内容
本发明提供的技术方案是1、发明目的本发明的任务在于针对目前国内外建筑功能涂料的制备工艺复杂和功能单一的不足之处，提供一种粘土基元-多功能涂料的一体化生产工艺。
2、技术方案(一)粘土基载负抗菌基元-抗菌涂料制备一体化生产工艺具体步骤如下将粘土原矿破碎、提纯、磨细至150到200目；加入浓度为2mol/L的NH4Cl溶液，控制pH值6～11；在40～100℃的温度下搅拌加热3～6h；然后加入浓度为0.1～0.2mol/L无机金属盐溶液，于30～95℃下恒温振荡1～5h，并保持整个交换过程pH值为中性或弱酸性，即制得载有抗菌离子和悬浮抗菌离子的抗菌悬浮液；然后按顺序加入涂料助剂和颜填料，经高速分散和湿法球磨后得到多功能组分-颜填料料浆；最后加入高分子乳液和其他助剂，经过低速分散后过滤、包装即可得成品。
粘土材料包括膨润土、坡缕石、硅藻土、高岭土等，也可以是麦饭石、滑石等其他矿物。抗菌离子主要是银离子、铜离子和锌离子，以及稀土化合物，低浓度的稀土化合物具有抑菌、杀菌和抗菌的作用，采用抗菌基元-抗菌涂料制备的一体化技术，能获得抗菌性能和基本性能都好的功能涂料，省去了两道过滤、洗涤、干燥、粉碎和一道抗菌涂料生产过程中的抗菌剂分散制浆的工序，实现了废物的零排放，两离子的氢氧化物和氨-铵离子缓冲体系都调节和保持整个体系为弱碱性的功能，为优良的pH调节剂，由于有抗菌离子的氢氧化物，因而可以减少涂料中游离氨水的浓度而同样控制要求的pH，降低了涂料的挥发性氨含量和气味，改善了涂料的品质。
(二)粘土基载负型抗菌、远红外、空气净化、防氡多功能基元-涂料一体化制备工艺本工艺的制备过程见说明书附5所示，将粘土原矿破碎、提纯、磨细至150到200目；加入浓度为2mol/L的NH4Cl溶液，控制pH值6～11；在40～100℃的温度下搅拌加热3～6h；然后加入浓度为0.1～0.2mol/L无机金属盐溶液，于30～95℃下恒温振荡1～5h，并保持整个交换过程pH值为中性或弱酸性，即制得载有抗菌离子和悬浮抗菌离子的抗菌悬浮液；然后按顺序加入涂料助剂、已制备的远红外和/或空气净化功能组分和颜填料，经高速分散和湿法球磨后得到多功能组分-颜填料料浆；最后加入高分子乳液和其他助剂，经过低速分散后过滤、包装即可得成品。
具体步骤如下(1)首先以粘土为基体，加入锆、铁、锰、钛的氧化物以及适量的活化剂，分散剂经过以下的步骤制成，主要步骤见说明书附6。
1)将原料按拟定的配方配制，而后在振动混料机中混合15～20分钟，同时，粉碎原料中的聚合体，使各种原料都能均匀地混合在一起。
2)将混匀后的配合料压块并置于容器之中，在1100～1300℃，的温度下经数小时高温合成。
常温远红外释放辐射粉体主要成分比例见表1。
表1常温远红外释放辐射粉体主要成分比例
(2)按顺序在制备的抗菌悬浮液中加入已制备的远红外功能组分加入，通过表面微孔载负抗菌离子，抗菌离子主要是银离子、铜离子和锌离子，可得到粘土基远红外、抗菌悬浮液。
(3)在粘土基远红外、抗菌体湿法球磨的过程中掺入的空气净化基元材料进行掺杂复合，粘土基远红外释放基元材料与纳米光催化TiO2通过掺杂复合后，形成分子级的均匀复合体，由于远红外光能的激发作用，能加剧TiO2表面空穴—电子对的形成，使氧自由基和氢氧自由基的数量有一定的提高，增强对有害气体和有害微生物的净化效率。是金红石型的纳米二氧化钛，当温差出现后，分子晶格振荡，使其周围游离的水及大分子本身的结晶水产生电离效应，负电荷即成为气相负离子与周围的离子发生碰撞，置换分解，甚至湮灭，它能够有效解决自然界中自由基未能化合的污染物质，如游离的甲醛、苯、酚、NH3、NOx等有害气体。
(4)在已制备好的粘土基抗菌、远红外、空气净化悬浮液浆体中加入各种颜填料和乳液以及涂料助剂，利用氨-铵离子缓冲体系调节和保持整个体系为弱碱性，由于有抗菌离子的氢氧化物，因而可以减少涂料中游离氨水的浓度而同样控制要求的pH。
(5)粘土基多功能浆体稠度好、储存稳定性佳，尤其是通过分散、加温载负等加工后，所得的粘土浆体达到数十微米的粒度，其基体、吸附和屏蔽氡的功能得到极大发挥，再配合加入的部分超细乳液和纳米TiO2，协同增强了防氡性能。
(6)浆体经高速分散后，过滤包装即可得本专利的粘土基远抗菌、红外、空气净化、防氡多功能涂料。
(7)粘土基载负型抗菌、远红外、空气净化、防氡多功能基元-涂料的制备技术中各种材料用量如下表所示。
表2多功能基元复合涂料配方
本工艺的创新点为(1)采用抗菌基元-抗菌涂料制备的一体化技术，能获得抗菌性能和基本性能都好的功能涂料，省去了两道过滤、洗涤、干燥、粉碎和一道抗菌涂料生产过程中的抗菌剂分散制浆的工序，实现了废物的零排放，生态化的循环利用资源材料；(2)抗菌离子的氢氧化物和氨-铵离子缓冲体系都调节和保持整个体系为弱碱性的功能，为优良的pH调节剂，由于有抗菌离子的氢氧化物，因而可以减少涂料中游离氨水的浓度而同样控制要求的pH，降低了涂料的挥发性氨含量和气味，改善了涂料的品质；(3)粘土基抗菌、远红外、防氡复合功能基元材料，将远红外功能，抗菌功能以及防氡功能复合于粘土上，实现了粘土基复合材料多功能化。
(4)粘土基远红外释放基元材料与纳米TiO2的空气净化材料的掺杂复合对TiO2空气净化功能的激发和协同增强技术粘土基远红外释放基元材料与纳米光催化净化材料通过掺杂复合后，形成分子级的均匀复合体，由于远红外光能的激发作用，能加剧TiO2表面空穴—电子对的形成，使氧自由基和氢氧自由基的数量有一定的提高，增强对有害气体和有害微生物的净化效率。如在有空气净化基元材料3.8～5.2％的体系中，加入远红外释放基元材料3.5～6.5％，能使涂膜对甲醛的去除率从60％提高到70-85％，能使24h对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌杀灭效率从98.0％提高到大于99.5％；8h对枯草杆菌杀灭效率为98.5％提高到大于99.5％；72h对黄曲霉菌杀灭效率为98.5％提高到大于99.7％。
(4)粘土基载负抗菌功能浆体载负分散复合加工及其对涂料抗菌、防氡性能协同增强技术粘土基载负抗菌浆体稠度好、储存稳定性佳，有较好的抗菌性能，尤其是通过分散、加温载负等加工后，所得的粘土浆体达到数十微米的粒度，其载抗菌剂、吸附和屏蔽氡的功能得到极大发挥，因而粘土基载负抗菌-防氡复合涂料不但具有较好的抗菌性能，而且防氡性能有所提高。经试验，以粘土载锌抗菌剂与防氡涂料复合，制备得到粘土载负抗菌-防氡复合涂料，与未加抗菌剂的防氡涂料进行对比，结果见表3。
表3粘土载负型抗菌-防氡复合涂料性能试验
注TF代表防氡涂料，TP-1、TP-2、TP-3、TP-4、TP-5分别代表加入粘土载锌抗菌剂为1％、2％、3％、4％、5％的粘土载锌抗菌-防氡复合涂料可以看出，粘土载负抗菌-防氡复合涂料不但具有较好的抗菌性能，而且防氡性能有所提高，这种粘土载负分散复合加工技术产生了抗菌和防氡的协同增强效应。
本发明与现有普通涂料制备工艺相比有如下特点1)本专利粘土基载负抗菌基元-抗菌涂料制备的一体化工艺流程见说明书附4所示，本工艺的创新点为(1)采用抗菌基元-抗菌涂料制备的一体化技术，能获得抗菌性能和基本性能都好的功能涂料，省去了两道过滤、洗涤、干燥、粉碎和一道抗菌涂料生产过程中的抗菌剂分散制浆的工序，实现了废物的零排放，生态化的循环利用资源材料；(2)低氨挥发pH调节功能两离子的氢氧化物和氨-铵离子缓冲体系都调节和保持整个体系为弱碱性的功能，为优良的pH调节剂，由于有抗菌离子的氢氧化物，因而可以减少涂料中游离氨水的浓度而同样控制要求的pH，降低了涂料的挥发性氨含量和气味，改善了涂料的品质；2)粘土基抗菌、远红外、防氡、空气净化多功能涂料的一体化制备工艺见图5，本工艺的创新点为中将远红外功能，抗菌功能以及防氡功能复合于粘土中，实现了粘土基元材料和涂料的多功能化。
3)首次提出研究远红外释放基元材料与纳米TiO2的空气净化材料的掺杂复合对TiO2空气净化功能的激发和协同增强作用。
本发明与现有多功能涂料生产技术相比有如下优点1)首次提出了抗菌基元材料-抗菌涂料生产的一体化工艺，很好地解决了基元材料制备中的离子利用率低，能耗高，步骤多的不足；2)首次制备了粘土基抗菌、远红外、防氡、空气净化基元-多功能涂料，实现了粘土基抗菌，远红外，防氡复合功能基元材料的复合制备技术，实现了粘土基元材料多功能化。
3)所得粘土基抗菌、远红外、防氡复合功能基元材料和多功能涂料，抗菌能力强对各类细菌的抑菌率平均达到98％以上；抗菌广谱对各种球菌、杆菌、真菌均有有效；远红外发射率85％，对人体有长期、显著的保健功能；防氡率达90以上。对室内有害气体的脱除率可达到80％；4)工艺简单，本发明无需添置专用设备，工序简便，容易操作；本发明的突出特点是采用抗菌基元-抗菌涂料制备的一体化技术，能获得抗菌性能和基本性能都好的功能涂料，省去了两道过滤、洗涤、干燥、粉碎和一道抗菌涂料生产过程中的抗菌剂分散制浆的工序，实现了废物的零排放，生态化的循环利用了资源材料。提出了粘土基抗菌、远红外、空气净化以及防氡复合功能基元材料，实现了粘土基复合材料多功能化。
说明书附图是本发明的工艺流程图。其中，图1抗菌基元材料制备工艺流程图；图2是乳胶涂料的制备过程图；图3是单一功能涂料的制备过程图；图4是抗菌基元-抗菌涂料制备的一体化工艺流程图；图5是粘土基远红外、抗菌、空气净化、防氡多功能涂料的制备工艺流程图；图6是远红外功能基元材料制备技术路线图。
具体实施例方式下面介绍本发明的两个实施例，对本发明作进一步说明。
(1)采用抗菌基元材料-抗菌涂料生产的一体化工艺，设计pH为8.5，以上述方法进行了抗菌-涂料一体化生产，对一体化工艺抗菌涂料进行了性能测试，结果见下表。
表4抗菌涂料对大肠杆菌的抑菌性能
注TK-W---未加抗菌剂的乳胶涂料，TY-Z---一体化锌型抗菌涂料表5抗菌涂料对金黄色葡萄球菌的抑菌性能
表6一体化锌型抗菌涂料的基本性能测试
可以看出，一体化锌型抗菌涂料基本性能指标合格，施工性能与普通涂料一样，抗菌性能比非一体化锌型抗菌涂料稍好。
(2)采用粘土基抗菌、远红外、防氡、空气净化基元-多功能涂料的制备技术，设计pH为8.5，以上述方法制备了粘土基抗菌、远红外、空气净化以及防氡基元-多功能涂料，对多功能涂料进行了性能测试，结果见下表。
表7多功能涂料的性能指标
24h对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌杀灭效率为98.9％；8h对枯草杆菌杀灭效率为99.0％；72h对黄曲霉菌杀灭效率为99.5％；远红外发射率91％；防氡率82.7％。
权利要求
1一种粘土基元-多功能涂料一体化生产工艺，依次包括如下步骤将粘土原矿破碎、提纯、磨细至150到200目；加入浓度为2mol/L的NH4Cl溶液，控制pH值6～11；在40～100℃的温度下搅拌加热3～6h；然后加入浓度为0.1～0.2mol/L无机金属盐溶液，于30～95℃下恒温振荡1～5h，并保持整个交换过程pH值为中性或弱酸性，即制得载有抗菌离子和悬浮抗菌离子的抗菌悬浮液；然后按顺序加入涂料助剂、已制备的远红外和/或空气净化功能组分和颜填料，经高速分散和湿法球磨后得到多功能组分-颜填料料浆；最后加入高分子乳液和其他助剂，经过低速分散后过滤、包装即可得成品。
2根据权利要求1所述的粘土基元-多功能涂料一体化生产工艺，其特征在于，所述的粘土是膨润土、坡缕石、硅藻土、高岭土中的一种或麦饭石、滑石等其他矿物的一种。
3根据权利要求1所述的粘土基元-多功能涂料一体化生产工艺，其特征在于，所述的抗菌体可以是可溶性Ag盐、Cu盐和Zn盐以及稀土化合物中的一种；也可以是可溶性的Ag/Cu盐复合和Cu/Zn盐复合以及Ag/Zn盐的复合。
4根据权利要求1所述的粘土基元-多功能涂料一体化生产工艺，其特征在于，所述的功能组分中粘土基远红外材料的制备工艺是将原料按拟定的配方配制，而后在振动混料机中混合15～20分钟，将混匀后的配合料压片并置于容器之中，在1100～1300℃的温度下经数小时高温合成。
5根据权利要求1所述的粘土基元-多功能涂料一体化生产工艺，其特征在于，所述的功能组分中粘土基远红外材料是以粘土为基体，加入锆、铁、锰、钛的氧化物以及适量的活化剂、分散剂，在1100-1300℃下合成。
6根据权利要求1所述的粘土基元-多功能涂料一体化生产工艺，其特征在于，采用粘土基远红外基元材料与纳米光催化TiO2的掺杂复合，激发和协同增强TiO2的空气净化功能。
7根据权利要求1所述的粘土基元-多功能涂料一体化生产工艺，其特征在于，抗菌、远红外、空气净化以及防氡功能在粘土矿物中的复合。
8根据权利要求1所述的粘土基元-多功能涂一体化生产工艺，其特征在于，所述的高分子乳液是高分子纳米聚合物聚丙烯酸酯超细乳液。
9根据权利要求1所述的粘土基元-多功能涂料一体化生产工艺，其特征在于，采用粘土基抗菌、远红外功能浆体的载负分散与复合加工，协同增强涂料的抗菌、防氡性能。
全文摘要
本发明涉及一种粘土基元－多功能涂料一体化生产工艺，属功能材料技术领域。它采用抗菌基元－抗菌涂料制备的一体化工艺，能获得抗菌性能和基本性能都好的抗菌功能涂料，省去了两道过滤、洗涤、干燥、粉碎和一道抗菌涂料生产过程中的抗菌剂分散制浆的工序，实现了废物的零排放，生态化的循环利用资源材料。本发明还采用粘土基元－多功能涂料的一体化生产工艺，实现粘土基载负型复合涂料的多功能化，获得了粘土基载负型抗菌、远红外、空气净化及防氡多功能涂料的制备。
文档编号C09D1/02GK1995158SQ20051013820
公开日2007年7月11日 申请日期2005年12月31日 优先权日2005年12月31日
发明者董发勤, 邓跃权, 徐光亮, 何登良 申请人:西南科技大学