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净化空气多功能内墙涂料的制备及其性质研究 加入纳米TiO 作为光催化粉体,对传统建筑内墙涂料进行改性,使之具有较强的净化空气、杀菌抑菌的功能,中国建材网,cnprofit.com
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净化空气多功能内墙涂料的制备及其性质研究 加入纳米TiO 作为光催化粉体,对传统建筑内墙涂料进行改性,使之具有较强的净化空气、杀菌抑菌的功能
2019年07月27日    阅读量:8536    新闻来源:中国建材网 cnprofit.com  |  投稿

      摘要:加入纳米TiO 作为光催化粉体,对传统建筑内墙涂料进行改性,使之具有较强的净化空气、杀菌抑菌的功能。从分散剂用量的确定、纳米TiO 用量的确定、PVC的确定三个方面来提高涂料本身的性能。对其光催化氧化降解甲醛进行了初步测试表明,对室内有害气体污染有较大的改善作用中国建材网cnprofit.com


将纳米TiO:添加到涂料中,不仅提高了涂料的传统性能,同时赋予涂料净化空气的作用?。利用纳米材料比表面积大、吸附能力强、易与污染气体完全反应等特点,可将甲醛、苯系物等有害气体转化为无毒化合物,对室内空气起到极好的净化作用,并能避免二次污染的发生。


已有一些关于光催化降解甲醛的报道12,31。本文对加入纳米TiO,的光催化涂料配方从分散剂用量、纳米TiO,用量的确定、涂料PVC值确定三方面进行优化,制备出性能优良的光催化内墙涂料使其对传统涂料性能进行提升;并以甲醛为模拟有害物质,研究这种光催化涂料对甲醛的光催化降解特性。


1净化空气多功能内墙涂料的制备工艺

将分散剂、润湿剂、纤维素加入一定量的水中,预分散10 min;然后将纳米光催化粉慢慢加入,在1000 r/min下分散15 min。依次将其它颜填料加入,转速提高到2000 r/min,分散30 min后,测细度<45m。调低转速到500 r/min,将成膜助剂、消泡剂、乳液分别加入,待稳定后将增稠剂加入到达到低剪黏度在3—4 Pa-S、中剪黏度在95—105(KU)要求,即可得到净化空气内墙涂料。


2结果与讨论

2.1分散剂用量的确定

纳米粉体粒径小,比表面积和表面能都很大,在涂料中易于团聚。在纳米涂料的制备过程中,分散剂的最佳用量是获得涂料体系稳定的重要因素。

罗门哈斯分散剂OROTAN1 124是一种乳胶漆用低成本聚丙烯酸铵盐分散剂,是一种亲水性多元酸共聚物。它和疏水碱溶胀乳液缔合型增稠剂、非离子聚氨酯缔合型增稠剂都有最佳的配合使用,故采用这种分散剂。确定分散剂用量的方法为:

(1)按试验配方中所用颜填料和水的量制成浆料,开动分散机,以最低速度搅拌。

(2)每次在浆料中滴入O.5 g左右的分散剂,低速分散后用黏度计以12 r/min测定黏度。重复步骤3,达到最小黏度后再做三次滴加。

(3)作出黏度对不同分散剂用量对应的曲线图。

最佳分散剂用量=最小分散剂用量的150%。

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根据图1中五个所示的曲线,按照上面分散剂确定方法,可得到在不同纳米TiO2含量涂料配方中添加分散剂大致最佳用量,如表1。

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2.2纳米TiO 最佳用量的确定

由于涂料体系的组分复杂,且涂料的黏度较大,因此,纳米粒子在涂料体系中的分散量是有限的。纳米粒子的用量小于某一值时,在表面活性剂、分散剂等作用下,纳米粒子在涂料体系中能得到有效分散;当纳米粒子的用量进一步增加时,由于体系黏度大,纳米粒子表面能高,纳米粒子发生团聚而成为微米级粒子,从而使体系中的纳米相的比例降低甚至消失, 因而涂料性能也发生相应的变化。所以在实验中要根据涂料的性能与成本,合理控制纳米TiO,的用量。

表2纳米TiO 添加量对涂料性能的影响

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由表2可见,纳米TiO,(CYC粉体)用量为1%、2%、3%时所制涂料性质比较稳息在4%时其储存稳定性很差,在50℃烘箱中放置一个月后出现明显分水现象;大于4%在调漆阶段未添加任何增稠剂其黏度严重超标。因为纳米粉体很快发生团聚,造成体系更加不稳定。


从表2可见,在添加纳米TiO,量比较低的时候(1%),改性涂料的硬度和涂料原始样品(0%)的硬度相差不大;在添加量2%、3%时改性涂料的硬度分别比原始样品提高了四个和两个等级。


从表2可看见,含纳米TiO,的涂料耐洗刷性能优于不含纳米TiO 的涂料,相对于涂料原始样品结果(4800),经过纳米TiO,改性后,涂料的耐洗刷性有很大提高,是原来的1.7~2.5倍,在加入量为3%达到最大值。


纳米TiO,粒子在涂料体系中处于一种动态平衡,随着添加量的增加,纳米TiO 粒子与涂料中的其它成分的相互作用也随之增加,并且随着这种相互作用不断增强使得耐洗刷性不断增强,在3%n~t出现一个介稳平衡态。随着添加量的进一步增大,此介稳平衡态遭到破坏,耐洗刷性下降1 1。


从表2可见,加入纳米TiO,改性后,涂料的对比率得到很大提高,远远高于未加纳米TiO 的涂料.纳米TiO,加入量为1%一3%时涂料对比率相差不大都在96以上。

本实验中,纳米TiO,(cYc粉体)的适合用量为总涂料重的1%、2%和3%,最佳用量确定为3%。


2.3不同PVC对涂料性能影响

涂膜性能会随着颜填料用量的增加而发生变化,在较低PVC下这些变化较小呈梯度变化。可是在大于某一PVC值,涂料性能发生剧烈变化。在CPVC处发生变化的涂料性质可以分成四大类:传递性能(耐沾污性、电阻性、起泡性);机械性能(伸长率、密度、耐洗刷性、附着力);光学性能(光泽、遮盖力) 1。选择较好颜料体积浓度是涂料配方设计的首要任务。


乳胶漆配方设计中最关键的两个参数为颜料体积浓度(PVC)、临界颜料体积浓度(CPVC)。本实验所用的四种颜填料的吸油值根据国家标准通过试验测定出,然后计算出所用每一种颜料的CPVC。涂. 料中四种颜填料的混合CPVC经计算为59.5。


可通过改变乳液用量,粉体用量保持不变,做PVC分别为50%、55%、60%、65%、70% 的五组涂料样品,测试其光泽、耐洗刷、对比率三方面的性质进行比较,确定乳液的最佳用量。

表3不同PVC值涂料的性质测试比较

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由表3可知,当PVC<CPVC时,涂料的光泽随PVC增加而降低,这是因为在涂料中加入折射率很大的TiO 颜料时,涂料的平均折射率增大,同时颜料的加入增大了涂膜的粗糙度,这两方面因素使得光泽度随PVC增加而急剧降低;


当PVC=CPVC时,涂膜光泽最低;当PVC>CPVC时,光泽随PVC增大而增大,因为乳液基料不足以填充颜料问空隙,从而引入空气形成气相l 6l,这时涂膜由乳液相、颜填料相和空气相组成。随PVC的增加,颜填料量增加,涂膜的粗糙度增加,使光泽度降低。但是由于空气的折射作用抵消涂膜表面粗糙度的影响,综合结果使涂膜光泽随PVC增加而增加 铅笔硬度当PVC<cevcu~随PVC增加而增加;当PVC=CPVC时,铅笔硬度最高;当PVC>CPVC时,其随PVC增大而降低,其原因如同光泽度相同的解释。


由表3可知,随着PVC的增大,乳胶漆的遮盖力增大,当较PVC小时(<55),钛白粒子浓度较低,遮盖率较小并随着钛白用量的增多而增大;当PVC达到CPVC范围时(55~60之间),由于钛白粒子浓度的进一步增大导致钛白粒子间距离缩小,钛白粒子紧密相连,发生光学上的絮凝,降低了遮盖力,这降低的遮盖力部分与由于颜料粒子浓度增大带来的遮盖力增大相抵消了,因而这一PVC范围内,遮盖力基本保持不变:当PVC大于6O时,钛白粒子浓度进一步增大,一部分可用来抵消了钛白粒子间絮凝导致的遮盖力下降,从而使遮盖力随着PVC的增大而增大。综合上面三方面的性质要求,确定PVC为7O的乳液用量为最佳用量。


2.4纳米粉体光催化降解甲醛研究

光催化实验是在密封测试箱内放置涂覆有普通涂料和纳米TiO,涂料的玻璃板,打开荧光灯所作的实验,将测试甲醛浓度与时间作图,曲线中最高点记为Do,24d'U~后甲醛浓度为D ,甲醛去除率按下式计算:

.I7(%)=[(Do—DI)/D0】×100

其中:.I7一光催化降解率,D 一甲醛的最高点浓度,D,一24小时后甲醛浓度。


2.5不同纳米TiO 含量的光催化涂料对甲醛降解活性比较

由图2可见,随着光照时间的延长,不含纳米TiO 的样品箱内甲醛浓度几乎没有变化,而在含有纳米TiO,的样品箱内甲醛浓度逐渐下降。在纳米TiO,含量分别为】%、2%、3%时甲醛降解率分别为81.4%、86.1%、92.3%,在3%时降解率达到最大。

说明纳米TiO,在光照条件下才能产生其光催化活性,发挥催化降解甲醛的作用。随着TiO:含量的增加,光催化降解率也增加,这是由于参与光催化反应的TiO 颗粒数量增加,因而光照条件下产生的光致电子和空穴的数量增加,所以光催化反应加快。

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3结论

(1)本试验采用罗门哈斯OROTAN1 124作为纳米粉体分散剂,并确定了纳米TiO,含量为l%、2%、3%时,分散剂用量为4 g、7 g、lO g。

(2)涂料性能随着纳米粒子用量的增加而提高,但当纳米粒子的用量达到一定值2%时,性能基本不在提高:而当纳米粒子的用量进一步增加时3%,涂料的性能略有下降。

(3)通过测定的颜填料的吸油值算出涂料的CPVC为59.5。分别制备PVC为5O、55、6O、65、7O的五个样品,对光泽度、遮盖率、铅笔硬度性质进行测试比较,确定PVC为7O时的乳液用量为最佳值。

(4)对普通涂料和纳米TiO,含量为l%、2%、3%的涂料进行光催化氧化降解甲醛的测试比较,发现加入纳米粉体后的涂料对甲醛有很明显的催化降解,纳米TiO,含量为3%降解甲醛率最大。


参考文献:

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