一种自分层的聚合物水泥光催化涂料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于自分层光催化涂料技术领域，尤其涉及一种自分层的聚合物水泥光催化涂料及其制备方法和应用。按重量份计，所述光催化涂料的原料组成包括：聚丙烯酸酯乳液25～30份、炭吸附纳米TiO

A self stratifying polymer cement photocatalytic coating and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种自分层的聚合物水泥光催化涂料及其制备方法和应用
本专利技术属于自分层光催化涂料
，尤其涉及一种自分层的聚合物水泥光催化涂料及其制备方法和应用。
技术介绍
本专利技术
技术介绍
中公开的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。光催化技术是利用紫外线照射产生的氧化还原反应，将太阳能转变为化学能的一种节能、绿色、环保的新技术，在能源与环境方面有着极为广阔的应用前景。在众多的光催化材料中，纳米TiO2凭借催化效率高、稳定性好、价格低廉、对人体无害等优点，成为目前研究最多、应用最广的光催化材料。而将TiO2做成涂料涂在基体表面，可减少TiO2的使用量，降低成本。自分层涂料是由两种或更多不相容(或部分相容)的高分子混合物组成，一次施工在底材上之后，随着溶剂的挥发或组分固化，由于表面能的不同，组分将自发地产生相分离和迁移，在成膜过程中分成两个(或多个)连续的具有不同功能的涂层，各涂层之间存在一个过渡层，每层显示出不同的性能。例如，叶晶晶在其硕士论文《纳米TiO2的原位乳液聚合及自分层涂层的制备》中通过原位乳液聚合法将经过改性的纳米TiO2水溶胶引入到氟碳乳液中，将该氟碳乳液与常规丙烯酸酷乳液共混，共混乳液在成膜时会发生自分层，表层为含氟和含纳米TiO2的涂层，而下层主要为常规丙烯酸酯，并与基材粘结。然而，现有的这类涂料在施工过程中易出现涂膜厚度不够，附着力不强或不能同时具备所需功能，因此需要多次涂覆两层或多层功能不同的涂层，而且功能各异、材质不同的涂层之间还要使用各种粘接剂、防腐剂、表面光滑剂等不同助剂。这种常规的多次涂膜法，体系复杂、施工繁琐，虽然能在一定程度上满足工程需求，但劳动力消耗大，原材料浪费严重，且涂层间结合力不强，严重影响了各膜层的性能，大大降低了涂层的使用寿命。区别于常规的多次涂膜法，自分层涂料能够实现多层涂膜一次涂装，从而缩短涂装时间，减少涂料损耗，降低生产成本。本专利技术人进一步研究发现，现有的一些自分层光催化涂料仍然至少存在以下几方面的不足：(1)纳米TiO2分散不均匀，表层TiO2占比低等缺点，严重影响涂料的光催化性能；(2)现有的光催化涂料的基体组分难以兼顾高的界面附着力、耐候性、耐水性和力学性能。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种自分层的聚合物水泥光催化涂料及其制备方法。本专利技术得到的自分层丙烯酸-氟碳聚合物水泥涂料可以最大限度发挥涂料中有限的纳米TiO2的光催化功能。本专利技术目的之一，提供一种自分层的聚合物水泥光催化涂料。本专利技术目的之二，提供一种自分层的聚合物水泥光催化涂料的制备方法。本专利技术目的之三，提供所述自分层的聚合物水泥光催化涂料的应用。为实现上述专利技术目的，本专利技术公开了下述技术方案：首先，本专利技术公开一种自分层的聚合物水泥光催化涂料，按重量份计，其原料组成包括：聚丙烯酸酯乳液25～30份、炭吸附纳米TiO2修饰的氟丙乳液20～25份，水泥15～20份。进一步地，所述聚丙烯酸酯乳液固含量为50～60％。进一步地，所述氟丙乳液为阴离子型，固含量为50～55％，含氟量为5～10％。进一步地，所述纳米TiO2为P25型纳米TiO2。进一步地，所述水泥为普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、铝酸盐水泥中的任意一种。本专利技术通过在涂料组分中添加水泥，从而利用水泥的水化产物与聚合物固化交联，两者复合后形成高韧性、高强度、高粘度的涂层。进一步地，所述自分层的聚合物水泥光催化涂料还包括助剂。进一步地，所述助剂包括：滑石粉、绢云母粉、分散剂、成膜助剂、消泡剂、增稠剂、流平剂等中的任意一种或几种。可选地，所述滑石粉为片状和纤维状结构的任意比例的混合物，其能够提高涂膜柔韧性防水性。可选地，所述绢云母粉具有层状结构，可提高涂膜的耐候性和抗透水性，且能提高涂膜与基体的附着力。可选地，所用分散剂为六偏磷酸钠。由于水泥、微纳填料等比表面积较小的粉料物质，表面能高，易形成二次粒子。在涂料配制过程中分散剂可使粉料解团聚形成一次粒子，最终均匀分散在涂料中。可选地，所用成膜助剂为酯醇类成膜助剂。成膜助剂可软化聚合物粒子，便于粒子间的结合，同时成膜助剂的加入能降低涂膜的最低成膜温度，扩大涂料的施工温度范围。可选地，所用消泡剂为有机硅类消泡剂。涂料在混合搅拌时会引入大量气泡，气泡若不及时排出会导致涂料成膜后的微观缺陷，消泡剂可降低溶液中气泡液膜的厚度，当液膜厚度小于一定临界值时，气泡的稳定性变差，导致破裂。可选地，所述流平剂为烯酸类流平剂。流平剂可以有效降低涂料表面张力，提高其流平性和均匀性。可选地，所述增稠剂为纤维素类、聚丙烯酸酯类和缔合型聚氨酯增稠剂的一种，能调节涂料粘度，控制涂膜涂覆厚度。进一步地，按重量份计，各助剂的添加量为：滑石粉10～15份，绢云母粉8～15份，分散剂0.05～0.1份，成膜助剂0.1～0.3份，消泡剂0.1～0.5份，增稠剂0.05～0.2份，流平剂0.2～0.4份。进一步地，本专利技术公开所述炭吸附纳米TiO2修饰的氟丙乳液的制备方法，包括如下步骤：1、改性活性炭制备：(1)将多孔吸附类碳材料在水中煮沸，然后过滤，将得到的固体烘干，得到活性炭；(2)将所述活性炭分散在无水乙醇中，得到活性碳醇溶液；(3)将所述活性碳醇溶液与偶联剂水解液在中性反应环境下加热搅拌，完成后将分离得到的固体干燥、粉磨，即得改性活性炭粉。2、纳米TiO2/炭复合材料制备：(4)将纳米TiO2的水溶液与改性活性炭粉溶液混合，将反应体系调节成碱性环境，然后加入偶联剂，在加热条件下反应，完成后将分离得到的固体干燥、粉磨，即得纳米TiO2/炭复合材料。3、炭吸附纳米TiO2修饰的氟丙乳液制备：(5)将乳化剂和碳酸氢盐溶于水中，然后加入丙烯酸类单体和有机氟单体，搅拌得到预乳化乳液；(6)将过硫酸盐、乳化剂和部分步骤(5)的预乳化乳液加入水中加热至设定温度；(7)继续加入过硫酸盐和余量预乳化乳液，并在余量预乳化乳液未加完之前加入步骤(4)得到的纳米TiO2/炭复合材料，物料添加完毕后在设定温度下反应，完成后过滤掉反应液中的固体，将剩余反应液调节至碱性，即得炭吸附纳米TiO2修饰的氟丙乳液。进一步地，步骤(1)中，所述多孔吸附类碳材料包括竹炭等生物质碳化后形成的碳材料。进一步地，步骤(1)中，所述烘干的条件为：在100～120℃下烘干至恒重。进一步地，步骤(2)中，所述活性碳醇溶液的制备方法为：按重量份计，将活性炭和无水乙醇按10～30份：50～60份的比例混合后进行超声分散，即得。进一步地，步骤(3)中，所述偶联剂水解液是由蒸馏水和无水乙醇对偶联剂稀释而得。进一步地，步骤(3)中，采用草酸和氨水溶液将反应pH值调节为中性。可选地，所述草酸的浓度为0.5～1mol/本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种炭吸附纳米TiO

【技术特征摘要】
1.一种炭吸附纳米TiO2修饰的氟丙乳液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
改性活性炭制备：
(1)将多孔吸附类碳材料在水中煮沸，然后过滤，将得到的固体烘干，得到活性炭；
(2)将所述活性炭分散在无水乙醇中，得到活性碳醇溶液；
(3)将所述活性碳醇溶液与偶联剂水解液在中性反应环境下加热搅拌，完成后将分离得到的固体干燥、粉磨，即得改性活性炭粉；
纳米TiO2/炭复合材料制备：
(4)将纳米TiO2的水溶液与改性活性炭粉溶液混合，将反应体系调节成碱性环境，然后加入偶联剂，在加热条件下反应，完成后将分离得到的固体干燥、粉磨，即得纳米TiO2/炭复合材料；
炭吸附纳米TiO2修饰的氟丙乳液制备：
(5)将乳化剂和碳酸氢盐溶于水中，然后加入丙烯酸类单体和有机氟单体，搅拌得到预乳化乳液；
(6)将过硫酸盐、乳化剂和部分步骤(5)的预乳化乳液加入水中加热至设定温度；
(7)继续加入过硫酸盐和余量预乳化乳液，并在余量预乳化乳液未加完之前加入步骤(4)得到的纳米TiO2/炭复合材料，物料添加完毕后在设定温度下反应，完成后过滤掉反应液中的固体，将剩余反应液调节至碱性，即得炭吸附纳米TiO2修饰的氟丙乳液。


2.如权利要求1所述的炭吸附纳米TiO2修饰的氟丙乳液的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述多孔吸附类碳材料包括生物质碳化后形成的碳材料，优选为竹炭；
或者，步骤(1)中，所述烘干的条件为：在100～120℃下烘干至恒重；
或者，步骤(2)中，所述活性碳醇溶液的制备方法为：按重量份计，将活性炭和无水乙醇按10～30份：50～60份的比例混合后进行超声分散，即得；
或者，步骤(3)中，所述加热搅拌的条件为：在50～70℃下磁力搅拌至少2h；
或者，步骤(3)中，所述干燥的条件为：在100～120℃下干燥2h；
或者，步骤(4)中，所述纳米TiO2的水溶液的制备方法为：将纳米TiO2与分散剂加入蒸馏水中，超声分散，即得；
或者，步骤(4)中，所述纳米TiO2的水溶液与改性活性炭粉溶液的添加比例为30～50份：30～50份；
或者，步骤(4)中，所述改性活性炭粉溶液由改性活性炭粉分散于水中得到；
或者，步骤(4)中，所述干燥的条件为：在100～120℃下干燥2h；
或者，步骤(4)中，所述加热温度为60～80℃，反应时间为4～6h；
优选地，步骤(3)中，所述偶联剂水解液是由蒸馏水和无水乙醇对偶联剂稀释而得；
优选地，步骤(3)中，采用草酸和氨水溶液将反应pH值调节为中性；可选地，所述草酸的浓度为0.5～1mol/L；所述氨水溶液pH为8～9；
优选地，步骤(4)中，所述碱性环境的调节采用氨水进行，可选地，将pH调节至8～9之间。


3.如权利要求1所述的炭吸附纳米TiO2修饰的氟丙乳液的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，按重量份计，所述乳化剂、碳酸氢盐、丙烯酸类单体、有机氟单体的添加比例依次序为2～5份：0.5～2份30～40份：5～20份；
或者，步骤(6)中，所述部分步骤(5)的预乳化乳液为全部预乳化乳液份数的1/10～1/3；
或者，步骤(6)中，按重量份计，所述过硫酸盐、乳化剂的添加比例为0.1～0.5份：2～5份；且步骤(6)和(7)中，过硫酸盐的添加比例分别为0.1～0.5份：0.1～2份；所述纳米TiO2/炭复合材料和乳化剂的添加比例为5～10份...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯鹏坤，赵丕琪，付兴华，梁辰，刘明乐，芦令超，程新，
申请(专利权)人：济南大学，深圳港创建材股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37