技术领域本发明涉及一种涂料组合物，特别涉及一种掺杂纳米二氧化钛的具有杀菌功能的水性涂料及其制备方法。
背景技术：
目前，公知的涂料在建筑、车辆、军事、装饰、船舶行业用量大，与人们的生活息息相关，且随着人们对生活质量水平要求越来越高，对涂料的毒害等也越来越重视；因此，一些卫生清洁度要求较高的特殊场所和人群密集的公共场所对所使用的涂料有了更高的卫生方面要求，但是现在市场上普通的涂料已经无法满足这一卫生性能要求。目前，大部分涂料均由于其自身的毒性，会对人体造成一定的伤害。众所周知，在光的照射下，二氧化钛作为催化剂，利用光能进行催化作用，在光源中的紫外光照射下产生带电粒子，与空气中的水和氧气发生反应，产生负氧离子和氢氧离子，负离子和氢氧离子具有大于120kcal/mol氧化能力，可破坏细菌的细胞壁，使细胞质流失而死亡，还能凝固病毒的蛋白质，抑制病毒活性，并捕捉空气中的各种浮游细菌，才可抗菌消毒，消除异味，净化空气，而二氧化钛本身不会消耗。同时二氧化钛本身无毒无害，还可以将甲醛、甲苯、二甲苯、氨、氡、TVOC等有害有机物、污染物、臭气、细菌、微生物等有害有机物彻底分解成无害的CO2和H2O，并具有去除污染物、亲水性、自洁性等特性，性能持久，不产生二次污染。因此，现在需要开发一种无毒无害、抗菌性强、附著性强、涂布后亮度高的掺杂纳米二氧化钛的具有杀菌功能的水性涂料。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是，提供一种无毒无害、抗菌性强、附著性强、涂布后亮度高且抗老化的掺杂纳米二氧化钛的具有杀菌功能的水性涂料。为了解决上述问题，本发明采用的技术方案是，该掺杂纳米二氧化钛的具有杀菌功能的水性涂料的配方按下述重量百分比为：去离子水38~48%，纳米硅藻土5~12%，纳米二氧化钛20~30%，纯丙烯酯乳液3~7%，助剂7~10%，氢氧化钠溶液1~1.5%，碳酸钙5~10%，纳米银抗菌剂1~1.5%。通过上述配方，可以获得无毒无害、抗菌性强、附著力强、亮度高且抗老化的掺杂纳米二氧化钛的具有杀菌功能的水性涂料；其中，纯丙烯酯乳液可增强涂料涂布后涂料层的硬度和亮度且使其抗老化，同时降低涂料层的表面张力，提高了涂料的可刷性和附著性，还可以提高涂布层的固化速度；碳酸钙可以与纯丙烯酯乳液产生协同作用，可降低涂料层的表面张力，提高了涂料的可刷性和附著性；纳米二氧化钛在可见光或紫外光的作用下具有很强的氧化还原能力，化学性能稳定，能将甲醛、甲苯、二甲苯、氨、氡、TVOC等有害有机物、污染物、臭气、细菌、微生物等有害有机物彻底分解成无害的CO2和H2O，并具有去除污染物、亲水性、自洁性等特性，性能持久，不产生二次污染；纳米二氧化钛还具有抗菌的作用，同时还可以通过紫外光固化该掺杂纳米二氧化钛的具有杀菌功能的水性涂料，降低固化时间，省时省力；硅藻土具有孔隙度大、吸收性强、化学性质稳定、耐磨、耐热等特点，能为涂料提供优异的表面性能，增容，增稠以及提高附着力，能缩短涂膜的干燥时间；纳米银抗菌剂能够很好地抑制大肠杆菌、葡萄球菌等几十种细菌；该掺杂纳米二氧化钛的具有杀菌功能的水性涂料涂布后不含残留的有害小分子物质，且涂布时可以根据使用的需要随时加入水，以调整涂料的粘度。本发明进一步改进在于，所述纳米硅藻土的制备方法为：将硅藻土先放在马弗炉内煅烧，设置温度为400~500℃下煅烧2~3小时，冷却后；放入球磨机中研磨，成200目的颗粒，然后于15~20%的碳酸溶液中浸泡3~4小时改性后，取出；再用去离子水洗涤至中性，再放入马弗炉内煅烧，温度为800~900℃下煅烧2~3小时后取出研磨，制得纳米硅藻土。本发明进一步改进在于，所述助剂由消泡剂、防腐剂、流平剂、成膜剂、增稠剂和分散剂组成。本发明进一步改进在于，所述纳米二氧化钛为金红石型纳米二氧化钛与锐钛矿型纳米二氧化钛的混合物，其中，金红石型纳米二氧化钛与锐钛矿型纳米二氧化钛的质量比例为2~3：1。将金红石型和锐钛矿型的纳米二氧化钛混合使用，可以提高纳米二氧化钛的氧化还原能力，提高其去污力。本发明进一步改进在于，所述消泡剂为破泡聚合物和聚硅氧烷溶液的混合物或有机硅消泡剂或/和矿物油类，其中，所述破泡聚合物与聚硅氧烷的质量比例为1：1.5~3，所述消泡剂占所述助剂的质量百分数为36～45%。本发明进一步改进在于，所述成膜剂为二乙二醇甲醚，所述成膜剂占所述助剂的质量百分数为34～45%；所述分散剂为聚丙烯酸钠盐，所述分散剂占所述助剂的质量百分数为3.5～5.6%；所述增稠剂为阴离子碱溶胀聚丙烯酸，所述增稠剂占所述助剂的质量百分数为3.5～5.6%；所述流平剂为非离子缔合型聚氨酯和/或羧甲基纤维素，所述流平剂占所述助剂的质量百分数为3.5～5.6%；所述防腐剂为丙酸钠或/和异噻唑啉酮，所述防腐剂占所述助剂的质量百分数为3.5～5.6%。本发明还要解决的技术问题是，提供一种无毒无害、附著性强、涂布后亮度强度高且抗老化的掺杂纳米二氧化钛的具有杀菌功能的水性涂料的制备方法，该制备方法工艺简单、可操控性强、生产效率高、适合大批量生产，同时可以节约人力成本。为了解决上述问题，本发明采用的技术方案是，该掺杂纳米二氧化钛的具有杀菌功能的水性涂料的制备方法，包括以下步骤：（1）按重量份配比称取原材料；检查并清洗仪器；（2）制备纳米硅藻土：将硅藻土先放在马弗炉内煅烧，设置温度为400~500℃下煅烧2~3小时，冷却后；放入球磨机中研磨，成200目的颗粒，然后于15~20%的碳酸溶液中浸泡3~4小时改性后，取出；再用去离子水洗涤至中性，再放入马弗炉内煅烧，温度为800~900℃下煅烧2~3小时后取出研磨，制得纳米硅藻土；（3）在无尘环境下向原料搅拌缸内加入配方规定量的纳米二氧化钛，同时加入去离子水，加入的量为规定量的30%，启动搅拌电机，搅拌速度为450~500r/min，搅拌时间为4~6min，（4）在步骤（3）中加入配方规定量的碳酸钙和配方规定量的30%的去离子水，继续搅拌，搅拌速度为1500~2500r/min，搅拌时间为15~30min，搅拌均匀，得到混合乳液；（5）将步骤（4）中得到的混合乳液放入反应釜，同时加入助剂、纳米硅藻土和去离子水，其中去离子水的加入量为规定量的40%，一起搅拌，搅拌速度为1500~2500r/min，搅拌时间为8~13min，然后打开电加热装置升温，加热至80~100℃，再继续搅拌10~20min，再缓缓滴加入规定量的纯丙烯酯乳液，滴加时控制温度在80~100℃，滴加完后，继续搅拌10~15min，然后密封反应釜，将反应釜放入干燥箱中，温度控制在80~90℃，反应保温时间为1~3小时；其中，电加热装置由两组加热棒组成，通过温度传感器测得反应釜内的温度，以控制电加热器的其中一组加热棒是否启动，维持反应釜的温度在合适的温度；（6）等反应釜降温至室温，打开反应反应釜，滴加氢氧化钠溶液调节pH值中性，然后加入纳米银抗菌剂，并搅拌均匀，获得所需掺杂纳米二氧化钛的具有杀菌功能的水性涂料。采用本发明的技术方案，其产生的有益效果是：通过上述配方，可以获得无毒无害、抗菌性强、附著力强、亮度高的掺杂纳米二氧化钛的具有杀菌功能的水性涂料；该掺杂纳米二氧化钛的具有杀菌功能的水性涂料在可见光或紫外光的作用下具有很强的氧化还原能力，化学性能稳定，能将甲醛、甲苯、二甲苯、氨、氡、TVOC等有害有机物、污染物、臭气、细菌、微生物等有害有机物彻底分解成无害的CO2和H2O，并具有去除污染物、亲水性、自洁性等特性，性能持久，不产生二次污染；纯丙烯酯乳液可增强涂料涂布后涂料层的硬度和亮度且使其抗老化，同时降低涂料层的表面张力，提高了涂料的可刷性和附著性，还可以提高涂布层的固化速度，节约固化时间；碳酸钙可以与纯丙烯酯乳液产生协同作用，可降低涂料层的表面张力，提高了涂料的可刷性和附著性；硅藻土具有孔隙度大、吸收性强、化学性质稳定、耐磨、耐热等特点，能为涂料提供优异的表面性能，增容，增稠以及提高附着力，能缩短涂膜的干燥时间；该掺杂纳米二氧化钛的具有杀菌功能的水性涂料涂布后不含残留的有害小分子物质，且涂布时可以根据使用的需要随时加入水，以调整涂料的粘度；该方法工艺简单，可操作性强；且采用该方法节约了原料降低了成本，而且零环境污染，实现了环境友好，对人身体没有任何伤害，适用于商业广泛推广。具体实施方式实施例1：按制备1000Kg水性涂料计，按下列重量准备原料：去离子水480Kg，纳米硅藻土50Kg，纳米二氧化钛250Kg，纯丙烯酯乳液50Kg，助剂100Kg，氢氧化钠溶液15Kg，碳酸钙100Kg，纳米银抗菌剂10Kg；其中，助剂由消泡剂、防腐剂、流平剂、成膜剂、增稠剂和分散剂组成；纳米二氧化钛为金红石型纳米二氧化钛与锐钛矿型纳米二氧化钛的混合物，金红石型纳米二氧化钛的重量为167Kg，锐钛矿型纳米二氧化钛的重量为83Kg；消泡剂为破泡聚合物和聚硅氧烷溶液的混合物，破泡聚合物与聚硅氧烷的质量比例为1：2，消泡剂的质量为36.8Kg成膜剂为二乙二醇甲醚，成膜剂的质量为45Kg；分散剂为聚丙烯酸钠盐，分散剂的质量为3.5Kg；增稠剂为阴离子碱溶胀聚丙烯酸，增稠剂的质量为3.5Kg；流平剂为非离子缔合型聚氨酯，流平剂的质量为5.6Kg；防腐剂为异噻唑啉酮，所述防腐剂的质量为5.6Kg，氢氧化钠溶液的浓度为质量百分比25%。该掺杂纳米二氧化钛的具有杀菌功能的水性涂料的制备方法，包括以下步骤：（1）按重量份配比称取原材料；检查并清洗仪器；（2）制备纳米硅藻土：将硅藻土先放在马弗炉内煅烧，设置温度为400℃下煅烧3小时，冷却后；放入球磨机中研磨，成200目的颗粒，然后于15%的碳酸溶液中浸泡4小时改性后，取出；再用去离子水洗涤至中性，再放入马弗炉内煅烧，温度为800℃下煅烧3小时后取出研磨，制得纳米硅藻土；（3）在无尘环境下向原料搅拌缸内加入配方规定量的纳米二氧化钛，同时加入去离子水，加入的量为规定量的30%，启动搅拌电机，搅拌速度为450r/min，搅拌时间为6min；（4）在步骤（3）中加入配方规定量的碳酸钙和配方规定量的30%的去离子水，继续搅拌，搅拌速度为1500r/min，搅拌时间为30min，搅拌均匀，得到混合乳液；（5）将步骤（4）中得到的混合乳液放入反应釜，同时加入助剂、纳米硅藻土和去离子水，其中去离子水的加入量为规定量的40%，一起搅拌，搅拌速度为1500r/min，搅拌时间为13min，然后打开电加热装置升温，加热至80℃，再继续搅拌20min，再缓缓滴加入规定量的纯丙烯酯乳液，滴加时控制温度在80℃，滴加完后，继续搅拌15min，然后密封反应釜，将反应釜放入干燥箱中，温度控制在80℃，反应保温时间为3小时；其中，电加热装置由两组加热棒组成，通过温度传感器测得反应釜内的温度，以控制电加热器的其中一组加热棒是否启动，维持反应釜的温度在合适的温度；（6）等反应釜降温至室温，打开反应反应釜，滴加氢氧化钠溶液调节pH值中性，然后加入纳米银抗菌剂，并搅拌均匀，获得所需掺杂纳米二氧化钛的具有杀菌功能的水性涂料。实施例2：按制备1000Kg水性涂料计，按下列重量准备原料：去离子水440Kg，纳米硅藻土90Kg，纳米二氧化钛300Kg，纯丙烯酯乳液30Kg，助剂84Kg，氢氧化钠溶液15Kg，碳酸钙80Kg，纳米银抗菌剂12Kg，其中，助剂由消泡剂、防腐剂、流平剂、成膜剂、增稠剂和分散剂组成；纳米二氧化钛为金红石型纳米二氧化钛与锐钛矿型纳米二氧化钛的混合物，金红石型纳米二氧化钛的重量为225Kg，锐钛矿型纳米二氧化钛的重量为75Kg；消泡剂为破泡聚合物和聚硅氧烷溶液的混合物，破泡聚合物与聚硅氧烷的质量比例为1：2，消泡剂的质量为36Kg，成膜剂为二乙二醇甲醚，成膜剂的质量为34Kg；分散剂为聚丙烯酸钠盐，分散剂的质量为3.5Kg；增稠剂为阴离子碱溶胀聚丙烯酸，所述增稠剂的质量为3.5Kg；流平剂为非离子缔合型聚氨酯，所述流平剂的质量为3.5Kg；防腐剂为异噻唑啉酮，所述防腐剂的质量为3.5Kg，氢氧化钠溶液的浓度为质量百分比25%。该掺杂纳米二氧化钛的具有杀菌功能的水性涂料的制备方法，包括以下步骤：（1）按重量份配比称取原材料；检查并清洗仪器；（2）制备纳米硅藻土：将硅藻土先放在马弗炉内煅烧，设置温度为450℃下煅烧2.5小时，冷却后；放入球磨机中研磨，成200目的颗粒，然后于17%的碳酸溶液中浸泡3.5小时改性后，取出；再用去离子水洗涤至中性，再放入马弗炉内煅烧，温度为850℃下煅烧2.5小时后取出研磨，制得纳米硅藻土；（3）在无尘环境下向原料搅拌缸内加入配方规定量的纳米二氧化钛，同时加入去离子水，加入的量为规定量的30%，启动搅拌电机，搅拌速度为475r/min，搅拌时间为5min，（4）在步骤（3）中加入配方规定量的碳酸钙和配方规定量的30%的去离子水，继续搅拌，搅拌速度为2000r/min，搅拌时间为23min，搅拌均匀，得到混合乳液；（5）将步骤（4）中得到的混合乳液放入反应釜，同时加入助剂、纳米硅藻土和去离子水，其中去离子水的加入量为规定量的40%，一起搅拌，搅拌速度为2000r/min，搅拌时间为10min，然后打开电加热装置升温，加热至90℃，再继续搅拌15min，再缓缓滴加入规定量的纯丙烯酯乳液，滴加时控制温度在90℃，滴加完后，继续搅拌12min，然后密封反应釜，将反应釜放入干燥箱中，温度控制在90℃，反应保温时间为2小时；其中，电加热装置由两组加热棒组成，通过温度传感器测得反应釜内的温度，以控制电加热器的其中一组加热棒是否启动，维持反应釜的温度在合适的温度；（6）等反应釜降温至室温，打开反应反应釜，滴加氢氧化钠溶液调节pH值中性，然后加入纳米银抗菌剂，并搅拌均匀，获得所需掺杂纳米二氧化钛的具有杀菌功能的水性涂料。实施例3：按制备1000Kg水性涂料计，按下列重量准备原料：去离子水480Kg，纳米硅藻土120Kg，纳米二氧化钛200Kg，纯丙烯酯乳液70Kg，助剂100Kg，氢氧化钠溶液10Kg，碳酸钙100Kg，纳米银抗菌剂15Kg，其中，助剂由消泡剂、防腐剂、流平剂、成膜剂、增稠剂和分散剂组成；纳米二氧化钛为金红石型纳米二氧化钛与锐钛矿型纳米二氧化钛的混合物，金红石型纳米二氧化钛的重量为150Kg，锐钛矿型纳米二氧化钛的重量为50Kg；消泡剂为破泡聚合物和聚硅氧烷溶液的混合物，破泡聚合物与聚硅氧烷的质量比例为1：3，消泡剂的质量为40Kg，成膜剂为二乙二醇甲醚，成膜剂的质量为40Kg；分散剂为聚丙烯酸钠盐，分散剂的质量为5.6Kg；增稠剂为阴离子碱溶胀聚丙烯酸，所述增稠剂的质量为5.6Kg；流平剂为非离子缔合型聚氨酯，所述流平剂的质量为4.6Kg；防腐剂为异噻唑啉酮，所述防腐剂的质量为4.2Kg，氢氧化钠溶液的浓度为质量百分比35%。该掺杂纳米二氧化钛的具有杀菌功能的水性涂料的制备方法，包括以下步骤：（1）按重量份配比称取原材料；检查并清洗仪器；（2）制备纳米硅藻土：将硅藻土先放在马弗炉内煅烧，设置温度为500℃下煅烧2小时，冷却后；放入球磨机中研磨，成200目的颗粒，然后于20%的碳酸溶液中浸泡3小时改性后，取出；再用去离子水洗涤至中性，再放入马弗炉内煅烧，温度为900℃下煅烧2小时后取出研磨，制得纳米硅藻土；（3）在无尘环境下向原料搅拌缸内加入配方规定量的纳米二氧化钛，同时加入去离子水，加入的量为规定量的30%，启动搅拌电机，搅拌速度为500r/min，搅拌时间为4min，（4）在步骤（3）中加入配方规定量的碳酸钙和配方规定量的30%的去离子水，继续搅拌，搅拌速度为2500r/min，搅拌时间为15min，搅拌均匀，得到混合乳液；（5）将步骤（4）中得到的混合乳液放入反应釜，同时加入助剂、纳米硅藻土和去离子水，其中去离子水的加入量为规定量的40%，一起搅拌，搅拌速度为2500r/min，搅拌时间为8min，然后打开电加热装置升温，加热至100℃，再继续搅拌10min，再缓缓滴加入规定量的纯丙烯酯乳液，滴加时控制温度在100℃，滴加完后，继续搅拌10min，然后密封反应釜，将反应釜放入干燥箱中，温度控制在90℃，反应保温时间为1小时；其中，电加热装置由两组加热棒组成，通过温度传感器测得反应釜内的温度，以控制电加热器的其中一组加热棒是否启动，维持反应釜的温度在合适的温度；（6）等反应釜降温至室温，打开反应反应釜，滴加氢氧化钠溶液调节pH值中性，然后加入纳米银抗菌剂，并搅拌均匀，获得所需掺杂纳米二氧化钛的具有杀菌功能的水性涂料。实施例4：按制备1000Kg水性涂料计，按下列重量准备原料：去离子水480Kg，纳米硅藻土120Kg，纳米二氧化钛200Kg，纯丙烯酯乳液70Kg，助剂100Kg，氢氧化钠溶液10Kg，碳酸钙100Kg，纳米银抗菌剂10Kg，其中，助剂由消泡剂、防腐剂、流平剂、成膜剂、增稠剂和分散剂组成；纳米二氧化钛为金红石型纳米二氧化钛与锐钛矿型纳米二氧化钛的混合物，金红石型纳米二氧化钛的重量为150Kg，锐钛矿型纳米二氧化钛的重量为50Kg；消泡剂为矿物油类，消泡剂的质量为40Kg，成膜剂为二乙二醇甲醚，成膜剂的质量为40Kg；分散剂为聚丙烯酸钠盐，分散剂的质量为5.6Kg；增稠剂为阴离子碱溶胀聚丙烯酸，所述增稠剂的质量为5.6Kg；流平剂为非离子缔合型聚氨酯和羧甲基纤维素的混合物，比例为1：1，所述流平剂的质量为4.6Kg；防腐剂为丙酸钠和异噻唑啉酮的混合物，比例为1：1，所述防腐剂的质量为4.2Kg，氢氧化钠溶液的浓度为质量百分比35%。该掺杂纳米二氧化钛的具有杀菌功能的水性涂料的制备方法，包括以下步骤：（1）按重量份配比称取原材料；检查并清洗仪器；（2）制备纳米硅藻土：将硅藻土先放在马弗炉内煅烧，设置温度为450℃下煅烧2.5小时，冷却后；放入球磨机中研磨，成200目的颗粒，然后于17%的碳酸溶液中浸泡3.5小时改性后，取出；再用去离子水洗涤至中性，再放入马弗炉内煅烧，温度为850℃下煅烧2.5小时后取出研磨，制得纳米硅藻土；（3）在无尘环境下向原料搅拌缸内加入配方规定量的纳米二氧化钛，同时加入去离子水，加入的量为规定量的30%，启动搅拌电机，搅拌速度为475r/min，搅拌时间为5min，（4）在步骤（3）中加入配方规定量的碳酸钙和配方规定量的30%的去离子水，继续搅拌，搅拌速度为2000r/min，搅拌时间为23min，搅拌均匀，得到混合乳液；（5）将步骤（4）中得到的混合乳液放入反应釜，同时加入助剂、纳米硅藻土和去离子水，其中去离子水的加入量为规定量的40%，一起搅拌，搅拌速度为2000r/min，搅拌时间为10min，然后打开电加热装置升温，加热至90℃，再继续搅拌15min，再缓缓滴加入规定量的纯丙烯酯乳液，滴加时控制温度在90℃，滴加完后，继续搅拌12min，然后密封反应釜，将反应釜放入干燥箱中，温度控制在90℃，反应保温时间为2小时；其中，电加热装置由两组加热棒组成，通过温度传感器测得反应釜内的温度，以控制电加热器的其中一组加热棒是否启动，维持反应釜的温度在合适的温度；（6）等反应釜降温至室温，打开反应反应釜，滴加氢氧化钠溶液调节pH值中性，然后加入纳米银抗菌剂，并搅拌均匀，获得所需掺杂纳米二氧化钛的具有杀菌功能的水性涂料。最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。