本发明涉及水性涂料技术领域，具体涉及一种高性能室内空气净化水性内墙涂料及其制备方法。
背景技术：
随着国内经济的高速发展，人们生活水平在不断的提高，对居住环境的要求越来越高，对于室内装修材料的要求也越来越高，新型室内装饰装修材料和现代家具被大量使用。但是，由于现在还没有一些完善的法规来规管装修和施工行业，各种有毒的装修材料和家具产品进入广大家庭和办公环境，导致室内甲醛、苯、氨等挥发性有机化合物污染严重，成为健康的“隐形杀手”。一般人80％的时间都待在室内，室内的空气环境对人体的健康的影响逐步被越来越多的人所重视，因此环保型功能建筑涂料也越来越受到关注。
目前市场上的功能型内墙涂料大多以添加负离子粉或者通过二氧化钛释放负离子和分解有害气体以达到室内空气净化效果。但是，无论是负离子粉释放负氧离子，还是普通的二氧化钛催化分解有害气体，其净化条件都相对苛刻。负离子粉释放负氧离子一般需要远红外光照，而普通二氧化钛催化分解一般需要在紫外光照下才能有效分解有害物质，而这些条件在室内家居环境下是要求比较苛刻的，因此，现有的功能型内墙涂料的净化性能及实际净化效果都十分有限。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种在室内环境下(无需紫外光照)即可有效地吸附并分解室内空气中的甲醛、苯、氨等有毒有害气体，净化效率高、净化效果持久的高性能室内空气净化水性内墙涂料，并且相应地提供了一种该水性内墙涂料的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种高性能室内空气净化水性内墙涂料，包括以下重量百分比的各组分：吸附/分解功能材料2％～10％、乳液10％～35％、颜填料20％～50％、成膜助剂0.1％～1.0％、水20％～40％、润湿剂0.1％～1.0％、防腐杀菌剂0.1％～0.3％、消泡剂0.1％～1.0％、多功能助剂0.1％～0.3％、分散剂0.1％～1.5％、增稠剂0％～1.0％、防霉剂0％～0.2％。
上述的高性能室内空气净化水性内墙涂料，优选的，所述吸附/分解功能材料为负载有纳米混晶二氧化钛的硅基多孔材料。
上述的高性能室内空气净化水性内墙涂料，更优选的，所述硅基多孔材料为分子筛、海泡石或凹凸棒。
普通的单一晶型tio2只能在波长不大于387.5nm的紫外光激发下，产生光生电子和空穴，其大部分在体相内复合，只有少量迁移至表面，与吸附的反应物发生氧化还原反应。纳米混晶二氧化钛为不同晶型的二氧化钛混合体，不同晶型其带隙不同，在各晶型相接触界面产生能带弯曲，导致相界面存在空间电荷区。受光激发，tio2产生电子和空穴，电子从表面金红石相迁移至锐钛矿相，空穴则迁移至表面金红石相，使光生电子和空穴的有效分离，使光收带边发生红移，从而使得混晶在可见光区域即可有良好的催化分解功能。
硅基多孔材料高孔容、高比表面积的特点，其会强化tio2对各波段光源的吸收，其次硅基多孔材料含金属离子，金属离子在纳米混晶tio2薄膜禁带中形成了杂质能级成为电子的捕获中心，有效抑制电子-空穴对的复合，为电子从价带到导带的跃迁提供了一个台阶，从而使电子吸收小于禁带宽度的能量就能够实现从价带到导带的跃迁，进一步促进了纳米混晶在可见光区域的催化分解功能。因此，本发明采用负载有纳米混晶二氧化钛的硅基多孔材料作为吸附/分解功能材料，可有效提高涂料的净化性能，其在室内环境下(无需紫外光照射)即可有效吸附/分解室内的有害气体，实现良好的净化效果。
上述的高性能室内空气净化水性内墙涂料，优选的，所述乳液为纯苯乳液、苯丙乳液、醋酸乙烯乳液、叔醋乳液中的一种或多种。
上述的高性能室内空气净化水性内墙涂料，优选的，所述颜填料为钛白粉、重质碳酸钙、水洗高岭土、煅烧高岭土、滑石粉中的一种或多种。
上述的高性能室内空气净化水性内墙涂料，优选的，所述增稠剂为羟乙基纤维素、碱溶胀增稠剂、聚氨酯增稠剂、硅酸镁铝、改性膨润土中的一种或多种。
上述的高性能室内空气净化水性内墙涂料，优选的，所述成膜助剂为oe300或醇酯十二；所述润湿剂为非离子表面活性剂；所述防腐杀菌剂为异噻唑啉酮类防腐杀菌剂；所述消泡剂为矿物油类或有机硅类消泡剂。
上述的高性能室内空气净化水性内墙涂料，优选的，所述多功能助剂为有机胺类多功能助剂；所述分散剂为丙烯酸聚合物钠盐或丙烯酸聚合物铵盐分散剂；所述防霉剂为季铵盐类或氯酚类防霉剂。
作为一个总的技术构思，本发明另一方面提供了一种上述高性能室内空气净化水性内墙涂料的制备方法，主要包括以下步骤：将水、分散剂、润湿剂、防腐杀菌剂、防霉剂、分散剂和消泡剂混合均匀，得混合溶液，在低速搅拌下向所述混合溶液中加入吸附/分解功能材料，充分搅拌均匀，再加入增稠剂搅拌形成均匀溶液，然后将颜填料加入所述均匀溶液中，高速搅拌并进行研磨，使浆料细度达到10μm～35μm，然后在低速搅拌下向浆料中加入成膜助剂、乳液、消泡剂、增稠剂和流平剂，搅拌均匀后过滤，即得高性能室内空气净化水性内墙涂料，各组成原料按照水性内墙涂料的重量配比添加。
上述的制备方法，优选的，所述吸附/分解功能材料通过如下方法制备得到：
(1)取粒径为20μm～50μm的硅基多孔材料，按硅基多孔材料：碱性溶液重量比为(100～150)∶1将硅基多孔材料加入到碱性溶液中，经混合均匀后转移至反应釜中，在0.8mpa～1.3mpa压力下焙烧膨化，焙烧温度为480℃～850℃，焙烧时间为1min～10min，取出冷却后研磨、筛分，得粒径范围为0.5μm～30μm的粉末状硅基多孔材料载体；
(2)将钛酸四乙酯、钛酸丁酯、钛酸丙酯、钛酸异丙酯、硫酸氧钛中的一种钛盐与无水乙醇在溶剂中搅拌2h～10h，其中钛盐、无水乙醇和溶剂的重量比为1∶(1.5～4)∶(0.1～0.3)，所述溶剂为乙酰丙酮或冰醋酸，充分搅拌均匀后，加入质量分数为20％的乙醇溶液，其中钛盐与乙醇溶液的重量比为1∶(0.5～1.2)，静置5h～24h，形成纳米混晶tio2溶胶；
(3)将步骤(1)所得硅基多孔材料载体进行超声清洗，然后快速置入步骤(2)所得纳米混晶tio2溶胶中，浸泡2min～10min后，过滤，将滤饼自然阴干后，放入干燥箱内在100℃～150℃下干燥10min～30min，再置入马弗炉中，500℃～550℃温度下焙烧30min～60min，自然冷却后取出，研磨、筛分，得粒径为0.5μm～30μm的粉末状的负载有纳米混晶二氧化钛的硅基多孔材料，即为所述吸附/分解功能材料。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明通过使用负载有纳米混晶二氧化钛的硅基多孔材料作为吸附/分解功能材料，该吸附/分解功能材料具有高的比表面积，使得本发明的内墙涂料在室内环境下即可高效吸附、分解室内空气中的甲醛、苯、氨等挥发性气体，净化效率高，净化效果持久。经测试，该内墙涂料24h对室内空气中的甲醛、苯、氨的有效去除率分别为84％、86％、94％，对甲醛的净化持久率为74％。
(2)由于高比表面积的硅基多孔材料中多含有金属离子、高孔隙、吸油量高，容易引起涂料体系多泡、分水、后增稠等问题；本发明通过合理增加润湿、分散剂、消泡剂用量，再通过优选并合理搭配多种增稠剂(羟乙基纤维素、碱溶涨增稠剂、聚氨酯增稠剂、硅酸镁铝、改性膨润土)，有效避免了上述不良现象。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例1：
本发明高性能室内空气净化水性内墙涂料及其制备方法的一种实施例。该水性内墙涂料包括以下重量百分比的组分：水24.5％、吸附/分解功能材料4.5％、乳液25％、多功能助剂0.2％、钛白粉15％、重质碳酸钙20％、水洗高岭土5％、滑石粉2％、羟乙基纤维素0.4％、分散剂0.8％、润湿剂0.2％、成膜助剂0.5％、防腐杀菌剂0.2％、防霉剂0.2％、消泡剂0.5％、增稠剂0.4％、丙二醇0.6％。
该水性内墙涂料的制备方法如下：在搅拌缸中加入水245kg、分散剂8kg、润湿剂2kg、防腐杀菌剂2kg、防霉剂2kg、丙二醇6kg、消泡剂2.5kg，混合均匀，在400r/min转速搅拌下将45kg吸附/分解功能材料加入其中并充分搅拌均匀，再加入4kg羟乙基纤维素搅拌形成均匀溶液后，再将钛白粉150kg、重质碳酸钙200kg、水洗高岭土50kg、滑石粉20kg加入到上述溶液中，1200r/min下高速搅拌研磨30min，使细度达到10μm～35μm，然后在400r/min下低速搅拌加入乳液250kg、成膜助剂5kg、消泡剂2.5kg以及增稠剂4kg，搅拌15min后用过滤机过滤、出料，即得水性内墙涂料。
其中的吸附/分解功能材料通过如下方法制备得到：取粒径为20μm～50μm的分子筛硅基多孔材料，按硅基多孔材料：碱性溶液重量比为100∶1将硅基多孔材料加入到氢氧化钠溶液中，经混合均匀后转移至反应釜中，在1.0mpa压力下焙烧膨化，焙烧温度为680℃，焙烧时间为5min，取出冷却后研磨、筛分，得粒径范围为0.5μm～30μm的粉末状硅基多孔材料载体；将钛酸四乙酯与无水乙醇在乙酰丙酮溶剂中搅拌6h，控制钛盐、无水乙醇和乙酰丙酮溶剂的重量比为1∶3∶0.2，充分搅拌均匀后，加入质量分数为20％的乙醇溶液，其中钛盐与乙醇溶液的重量比为1∶0.8，静置15h，形成纳米混晶tio2溶胶；将所得硅基多孔材料载体进行超声清洗，然后快速置入所得纳米混晶tio2溶胶中，浸泡6min后，过滤，将滤饼自然阴干后，放入干燥箱内在125℃下干燥20min，再置入马弗炉中，520℃温度下焙烧45min，自然冷却后取出，研磨、筛分，得粒径为0.5μm～30μm的粉末状的负载有纳米混晶二氧化钛的硅基多孔材料，即为吸附/分解功能材料。
对所得水性内墙涂料净化室内有毒有害气体的效果进行测试，测试方法如下，具体测试结果如表1所示：
(1)在带有橡胶密封塞的碘量瓶中加入苯、甲醛溶液或浓氨水等，放置1天后作为有害气体采集源；
(2)将表面涂刷有本发明的水性内墙涂料的小块水泥板放入可密封的透明玻璃装置内(空白对比玻璃装置中不放样品)，该透明玻璃装置上根据测试的有害气体种类不同连接不同的有害气体检测仪(如甲醛检测仪、苯检测仪或氨检测仪)，用于检测有害气体的浓度，有害气体检测仪与透明玻璃装置连接的管路上设置有旋钮开关。从碘量瓶中抽取有害气体通入透明玻璃装置内，然后将透明玻璃装置密封处理；
(3)轻轻晃动装有有害气体的透明玻璃装置，使有害气体均匀散开，打开旋钮开关，观察有害气体检测仪，待读数稳定后记录有害气体浓度读数，再将旋钮开关关闭；
(4)每隔一段时间(如10min)将旋钮开关打开，读取一次数值，旋钮开关每次检测读数时旋开，读数完毕后关闭，将测试时间和有害气体浓度数值做时间-浓度图，得出涂料吸附分解有害气体的趋势，根据实验相同时间内有害气体浓度的变化大小即可判断涂料的吸附分解性能。
实施例2：
本发明高性能室内空气净化水性内墙涂料及其制备方法的一种实施例。该水性内墙涂料包括以下重量百分比的组分：水310％、吸附/分解功能材料8％、乳液20％、多功能助剂0.1％、钛白粉15％、重质碳酸钙15％、水洗高岭土5％、滑石粉2％、羟乙基纤维素0.3％、分散剂1.2％、润湿剂0.3％、成膜助剂0.4％、防腐杀菌剂0.2％、防霉剂0.1％、消泡剂0.6％、增稠剂0.3％、丙二醇0.5％。
该水性内墙涂料的制备方法如下：在搅拌缸中加入310kg的水，分散剂12kg、润湿剂3kg、防腐杀菌剂2kg、防霉剂1kg、丙二醇5kg、消泡剂3kg，混合均匀，在400r/min转速搅拌下将80kg吸附/分解功能材料加入其中并充分搅拌均匀，再加入3kg羟乙基纤维素搅拌形成均匀溶液后，再将钛白粉150kg、重质碳酸钙150kg、水洗高岭土50kg、滑石粉20kg加入到上述溶液中，1200r/min下高速搅拌研磨30min，使细度达到10μm～35μm，然后在400r/min下低速搅拌加入乳液200kg、成膜助剂4kg、消泡剂3kg和增稠剂3kg，搅拌15min后用过滤机过滤、出料，即得水性内墙涂料。
其中的吸附/分解功能材料通过如下方法制备得到：取粒径为20μm～50μm的海泡石硅基多孔材料，按硅基多孔材料：碱性溶液重量比为100∶1将硅基多孔材料加入到氢氧化钾溶液中，经混合均匀后转移至反应釜中，在1.3mpa压力下焙烧膨化，焙烧温度为480℃，焙烧时间为10min，取出冷却后研磨、筛分，得粒径范围为0.5μm～30μm的粉末状硅基多孔材料载体；将钛酸丁酯与无水乙醇在冰醋酸溶剂中搅拌10h，控制钛盐、无水乙醇和冰醋酸溶剂的重量比为1∶4∶0.1，充分搅拌均匀后，加入质量分数为20％的乙醇溶液，其中钛盐与乙醇溶液的重量比为1∶1.2，静置20h，形成纳米混晶tio2溶胶；将所得硅基多孔材料载体进行超声清洗，然后快速置入所得纳米混晶tio2溶胶中，浸泡10min后，过滤，将滤饼自然阴干后，放入干燥箱内在150℃下干燥30min，再置入马弗炉中，550℃温度下焙烧60min，自然冷却后取出，研磨、筛分，得粒径为0.5μm～30μm的粉末状的负载有纳米混晶二氧化钛的硅基多孔材料，即为吸附/分解功能材料。
对该水性内墙涂料净化室内有毒有害气体的效果进行测试，测试方法与实施例1相同，具体测试结果如表1所示。
表1实施例1和实施例2的水性内墙涂料的净化效果数据
由表1可见，相对于空白对比舱，实施例1、实施例2其24h后舱中甲醛、苯、氨的浓度明显低于空白舱中相对应的浓度。实施例1其24h对甲醛、苯、氨的净化率分别为80％、80％、84％，实施例2其24h对甲醛、苯、氨的净化率分别为84％、86％、94％。说明本发明的水性内墙涂料对甲醛、苯、氨等具有良好的净化效果。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。