本发明属于纳米功能材料技术领域，具体涉及一种能净化空气的室内外硅藻土涂料的制备方法。
背景技术：
随着社会的发展和人们生活水平的日益提高，装修豪华的写字楼和居民室也越来越多。目前人们正身陷室内空气污染之中，室内空气污染问题已经成为一个不容忽视的全球性问题。室内空气污染的来源是具有挥发性的有机物(volatileorganiccompounds简称vocs)，它们多来自于室内装修装饰材料、木板家具、各类办公和生活设备等。室内可检测出的有害化学物质有三百多种，主要是卤代物、芳香烃、脂肪烃等。其中，甲醛和苯系物是室内主要的挥发性有毒污染物，具有毒性大、释放周期长、难被及时消除等危害。因此，国内外相关科研人员越来越关注甲醛和苯系物对人类健康的危害，并且致力于消除室内空气污染物的研究。
随着经济的发展和人们环保意识的提高，消除甲醛和苯系物的涂料成为近年来室内装修的热门环保材料。其中，硅藻土涂料对于吸附和消除室内空气污染物具有很大的实用前景。硅藻土是一种天然硅质多孔非金属矿物材料，其主要成分是非晶态的sio2。硅藻土最突出的特性是其颗粒中有规律的分布和贯通纳米孔道的硅质多孔结构，其超细微孔比活性炭多5000～6000倍，这使其具有很高的物理吸附性能和优越的离子交换性能。目前，硅藻土涂料以其优异的吸附甲醛和苯系物的性能得到人们重视，但市场上的硅藻土涂料良莠不齐，在降解氧化甲醛和苯系物方面性能极低，限制了其实际应用。因此，需要改进硅藻土涂料以获得对甲醛和苯系物的降解氧化能力更好的室内外硅藻土涂料。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种能净化空气的室内外硅藻土涂料的制备方法。该方法制备的硅藻土涂料化学性质稳定，具有良好的耐水性和耐碱性，能够有效地吸附和降解氧化空气中游离的甲醛和苯系物等有害气体，改善室内空气，能够很好地调节空气中的湿度，并且对寄生虫和微生物具有灭除功效。本发明的方法工艺简单，生产成本低。
为实现上述目的，本发明包括如下技术方案：
一种能净化空气的室内外硅藻土涂料的制备方法，该方法包括如下步骤：
i.按以下质量份配比称取原料：硅藻土30-45份、纳米二氧化钛5-8份、纳米三氧化二锰5-8份、纳米活性氧化铝5-8份、纳米氧化锌5-8份、凹凸棒土22-26份、丙烯酸乳液4-6份、硅酸钾8～12份、分散剂1-2份、胶黏剂0-2份和消泡剂0.4-1份；
ii.将纳米二氧化钛、纳米三氧化二锰、纳米活性氧化铝、纳米氧化锌和硅酸钾放入分散机中搅拌分散至均匀，然后加入硅藻土和丙烯酸乳液搅拌分散均匀，再加入分散剂、胶黏剂、凹凸棒土和消泡剂搅拌分散均匀，即得到能净化空气的室内外硅藻土涂料。
如上所述的制备方法，优选地，所述步骤ii具体操作如下：将纳米二氧化钛、纳米三氧化二锰、纳米活性氧化铝、纳米氧化锌和硅酸钾放入分散机中以800～1400r/min搅拌分散至均匀，然后加入硅藻土和丙烯酸乳液以1000～2000r/min搅拌分散，搅拌均匀后再加入分散剂、胶黏剂、凹凸棒土和消泡剂以2500～3500r/min搅拌分散15-60min，即得到所述的能净化空气的室内外硅藻土涂料。
如上所述的制备方法，优选地，所述硅藻土中含有的sio2重量百分含量≥80％，硅藻土粒径为150-200目。
如上所述的制备方法，优选地，所述凹凸棒土粒径为15-25目。
如上所述的制备方法，优选地，所述步骤i按以下质量份配比称取原料：硅藻土42份、纳米二氧化钛7份、纳米三氧化二锰7份、纳米活性氧化铝7份、纳米氧化锌7份、凹凸棒土24份、丙烯酸乳液5份、硅酸钾10份、分散剂1.2份、胶黏剂1.3份和消泡剂0.5份。
如上所述的制备方法，优选地，所述分散剂为石英和/或电气石。
如上所述的制备方法，优选地，所述胶黏剂为无机凝胶粉。
如上所述的制备方法，优选地，所述消泡剂为有机硅消泡剂。
另一方面，本发明提供一种一种能净化空气的室内外硅藻土涂料，该涂料是采用如上所述方法制备的。
本发明的涂料中含有硅藻土、凹凸棒土、纳米二氧化钛、纳米三氧化二锰、纳米活性氧化铝和纳米氧化锌。其中，
硅藻土颗粒具有贯通纳米孔道的硅质多孔结构，其超细微孔比活性炭多5000～6000倍，一方面，这使其能够有效的吸附空气中的甲醛、甲苯等有害气体，起到净化空气的效果，并且能够很好地调节空气中的湿度；另一方面，硅藻土使吸附的甲醛、甲苯等有害气体与加入的多种无机纳米功能材料(纳米二氧化钛、纳米三氧化二锰、纳米活性氧化铝和纳米氧化锌)之间进行充分接触，这样能够防止无机纳米功能材料的团聚、减少无机纳米功能材料的用量。
凹凸棒土具有较好的长径比和丰富的内孔道，本身具有甲醛、甲苯的吸附能力，同时具有增稠和稳定剂的作用，可提升涂料的涂覆性能。
纳米二氧化钛化学性质稳定，氧化性极强和无污染，在紫外光照射下能够有效催化降解甲醛、甲苯等有害气体，同时，它能够大大改善涂料的流变性，使颗粒尺寸进入纳米级，材料表面活性中心增大，表面活性中心与成膜材料官能团会发生二次化学键合，大大提高了涂层的耐腐蚀性、硬度和强度，从而提高了涂层的耐腐蚀性、耐水性和硬度等性能。
纳米三氧化二锰可在室温下与吸附的甲醛、甲苯等有害气体发生化学反应，从而促进硅藻土涂料对甲醛、甲苯等有害气体的进一步吸收。
纳米活性氧化铝能够有效地加快硅藻土涂料对空气中甲醛、甲苯等有害气体的吸收速度。
纳米氧化锌能够改善硅藻土涂料的附着力，纳米级颗粒尺寸氧化锌通过增加硅藻土、凹凸棒土表面活性中心，促进硅藻土涂料中氨基、羟基、羧基等可反应基团和基材表面氧原子或氢氧基团产生氢键或化学键键合从而改善其附着力。
无机纳米功能材料(纳米二氧化钛、纳米三氧化二锰、纳米活性氧化铝和纳米氧化锌)均是一种分散性好、多孔的固体材料，有很大的比表面积，它们的引入均可提高硅藻土、凹凸棒土的比表面积，调控其表面性质。无机纳米功能材料、凹凸棒土和硅藻土之间存在协同作用，有效地提高了涂料对空气中甲醛、甲苯等有害气体的净化效率，加快了涂料对空气中甲醛、甲苯等有害气体的吸收速度。
硅酸钾的加入可以使涂料具有机械强度大，孔隙率小，抗渗耐水性高，耐腐蚀性能好，耐酸性能好，耐热性好等优点。
本发明的有益效果在于：本发明的涂料中含有多种无机纳米功能材料，硅藻土、凹凸棒土表面有很多硅羟基和氢键，其能够与加入的多种无机纳米功能材料之间形成很强的结合能。纳米二氧化钛能够改善涂料的耐腐蚀性和强度；纳米三氧化二锰、纳米氧化铝和纳米氧化锌均是分散性好、多孔的固体材料，都具有很大的比表面积。该复合材料不仅可防止无机纳米功能材料的团聚、减少无机纳米功能材料的用量，还利用高比表面积、强吸附性及多种无机纳米功能材料之间的协同作用实现了其对空气中甲醛和苯系物等有害气体的靶向富集，在吸附后产生化学分解，可有效去除空气中游离的甲醛和苯系物等有害气体，大幅度减少室内空气污染物，改善室内空气。此外，该涂料能够很好地调节空气中的湿度，并且对寄生虫和微生物具有灭除功效，具有良好的应用前景。本发明的制备方法生产成本低，制备工艺简单，易于规模生产，不产生其它污染物。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。本领域技术人员清楚，在不偏离本发明主旨和范围的情况下可以对本发明做出变化或调整，这些变化或调整也纳入本发明的保护范围内。
以下实施例中部分原料的来源如下：
硅藻土：广东森大硅藻土材料有限公司，硅藻土，sd-3004。
无机凝胶粉：上海北陆化工科技有限公司，无机凝胶粉，hy-34。
有机硅消泡剂：烟台恒鑫化工科技有限公司，水性有机硅消泡剂，thix-278。
实施例1能净化空气的室内外硅藻土涂料(一)
依次将7g纳米二氧化钛、7g纳米三氧化二锰、7g纳米活性氧化铝、7g纳米氧化锌和10g硅酸钾放入分散机中，将搅拌速度调至1200r/min，搅拌分散10min；然后在分散机中加入42g粒径为150目的硅藻土和5g丙烯酸乳液，将搅拌速度升高到1500r/min，高速分散30min；搅拌均匀后再依次加入1.2g石英、1.3g无机凝胶粉、24g凹凸棒土和0.5g有机硅消泡剂于分散机中，继续升高搅拌速度至3000r/min，高速搅拌分散30min，即得到所述的能净化空气的室内外硅藻土涂料。
实施例2能净化空气的室内外硅藻土涂料(二)
依次将6g纳米二氧化钛、6g纳米三氧化二锰、6g纳米活性氧化铝、6g纳米氧化锌和10g硅酸钾放入分散机中，将搅拌速度调至1200r/min，搅拌分散20min；然后在分散机中加入42g粒径为150目的硅藻土和5g丙烯酸乳液，将搅拌速度升高到1500r/min，高速分散30min；搅拌均匀后再依次加入1.2g石英、1.3g无机凝胶粉、21g凹凸棒土和0.5g有机硅消泡剂于分散机中，继续升高搅拌速度至3000r/min，高速搅拌分散40min，即得到所述的能净化空气的室内外硅藻土涂料。
实施例3能净化空气的室内外硅藻土涂料(三)
依次将8g纳米二氧化钛、5g纳米三氧化二锰、5g纳米活性氧化铝、8g纳米氧化锌和10g硅酸钾放入分散机中，将搅拌速度调至1200r/min，搅拌分散30min；然后在分散机中加入42g粒径为150目的硅藻土和5g丙烯酸乳液，将搅拌速度升高到1500r/min，高速分散30min；搅拌均匀后再依次加入1.2g石英、1.3g无机凝胶粉、24g凹凸棒土和0.5g有机硅消泡剂于分散机中，继续升高搅拌速度至3000r/min，高速搅拌分散40min，即得到所述的能净化空气的室内外硅藻土涂料。
对比例1-4
除了采用如表1所示的原料配比，其它的实验条件和过程与实施例1相同。
表1
实验例1
1.实施例1～3产品技术性能检测
根据检测标准jg/t26-2002《外墙无机建筑涂料》、hg/t3950-2007《抗菌涂料》和jc/t1074-2008《室内空气净化功能涂覆材料净化性能》，对实施例1～3中的硅藻土涂料进行测试，性能测试结果如表1所示，从表2可以看出，实施例1～3获得的硅藻土涂料的各检测指标均合格，并且在降解氧化甲醛和甲苯的性能上均得到很好的效果。
表2实施例1至3中能净化空气的室内外硅藻土涂料产品的技术性能检测结果
2.对比例1～4产品甲醛和甲苯的净化效率检测
根据检测标准jc/t1074-2008《室内空气净化功能涂覆材料净化性能》对对比例1～4中的硅藻土涂料进行测试，测试结果如表3所示。从表3结果可以看出，在无机纳米功能材料总量不变的前提下，含纳米二氧化钛、纳米活性氧化铝和纳米氧化锌三种成分的涂料(对比例3)对甲醛和甲苯的净化效果优于含纳米二氧化钛和纳米氧化锌两种组分(对比例1)；单独含纳米三氧化二锰的涂料(对比例2)净化效果优于含其它三种成分的涂料(对比例3)。与之相比，同时含四种成分的涂料(实施例1)甲醛和甲苯的净化效果显著高于含其中部分成分的涂料。涂料中凹凸棒土用硅藻土代替后(对比例4)甲醛和甲苯的净化效果明显下降，说明涂料中加入凹凸棒土可提高净化效果，同时能降低原料成本。
表3对比例1～4硅藻土涂料产品的净化性能检测结果