一种分解有害有机气体的柔性光触媒涂料及其制造方法与流程

1.本发明涉及光触媒材料技术领域，尤其是涉及一种分解有害有机气体的柔性光触媒涂料及其制造方法。


背景技术：

2.我国是以煤炭为主要能源的国家，煤炭产量居世界第一位，而高硫煤的储量占煤炭总储量的20％～25％。因此在日常的生产和生活中会排放大量的硫化物，其中以二氧化硫为主。大气中的二氧化硫同空气中的水结合能够形成酸性物质，在达到一定浓度时可以引发酸雨，进而会对环境造成非常严重的危害。因此控制和减少二氧化硫等有害有机气体的排放以及治理，一直是社会广为关注的话题；在高科技发展的今天，仍然是一项与人类健康息息相关的重要课题，受到人们的不断关注。
3.随着人们生活水平的提高和科研技术的发展，对于新型功能性材料也有着越来越多的需求。光触媒分解有害有机气体是一种新型、高效、绿色环保的降解有害物的途径，对包括二氧化硫、甲醛等在内的有害有机气体的降解具有非常高效的处理效率，光触媒材料分解有害有机气体的应用范围也越来越广泛。
4.目前，光触媒材料主要有纳米银离子光触媒材料和传统内混共挤工艺的光触媒材料两种，其中纳米银离子光触媒材料以银离子为主要功能性成分，而银离子是贵金属，运用成本高，而且银离子化学性质较活泼，对光和热较敏感，特别是经紫外线长时间照射后会还原为黑色的单质银，从而影响白色或浅色制品的外观，极大地限制了其应用；传统内混共挤工艺的光触媒材料以纳米离子为主要功能性成分，而且纳米离子的添加比例较高，而纳米离子和基础物料的相容性差，成品的光触媒分解效果不高，但制备和使用成本较高，同时由于纳米离子的活性较强，在内混后会造成降低元基础材料的一些物理性能，从而出现使用寿命缩短的情况。


技术实现要素：

5.针对现有技术不足，本发明提供了一种分解有害有机气体的柔性光触媒涂料及其制造方法。
6.本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：
7.一种分解有害有机气体的柔性光触媒涂料，其由特殊改性水性聚氨酯树脂液体、水性纳米氧化锌和纳米氧化钛混合液体、功能性添加剂组成，其中所述水性纳米氧化锌和纳米氧化钛混合液体的质量占比为20-40％。
8.进一步地，所述的特殊改性水性聚氨酯树脂液体的制备方法为：水性聚氨酯树脂在惰性气体的保护下在设定温度下与改性混合物混合反应，反应完成后降温，采用n,n-二甲基乙醇胺中和至中性，在高速搅拌下滴加去离子水乳化，自然冷却至常温既得；所述的改性混合物为有机硅单体和丙烯酸系单体的混合物，而且混合物中溶解有过氧化二苯甲酰；改性混合物的加入方式为滴加，混合反应控制温度90-105℃，本制备方法中所用的水性聚
氨酯树脂为普通市售水性聚氨酯乳液。
9.进一步地，所述的改性混合物中有机硅单体、丙烯酸系单体以及过氧化二苯甲酰的质量份配比为3-5:5-8:1，即1质量份的过氧化二苯甲酰与3-5质量份的有机硅单体、5-8质量份的丙烯酸系单体进行混合；所述的滴加时间为1-2h，且在滴加完成以后继续保温反应1-2h，完成混合反应；混合反应完成后降温至45-55℃，进行中和反应以及去离子水乳化操作；所述的去离子水的加入量为混合反应后液体质量的30-50％。
10.进一步地，所述的水性纳米氧化锌和纳米氧化钛混合液体的制备方法：将纳米氧化锌和纳米氧化钛粉末置于50-60℃的混合改性剂中恒温搅拌40min以上，然后保温超声处理20min以上制得水性纳米氧化锌和纳米氧化钛混合液体。
11.进一步地，所述的混合改性剂为水和乙二醇的混合溶剂，所述混合改性剂中水的质量占比为20-30％；所述的纳米氧化锌和纳米氧化钛粉末的质量份配比为1:1-3，即1质量份的纳米氧化锌粉末与1-3质量份的纳米氧化钛粉末进行混合配比。
12.进一步地，所述的功能性添加剂包括流平剂、润湿剂、滑爽助剂，所述功能性添加剂在柔性光触媒涂料中的添加量以质量占比计为1-4％，且所述流平剂、润湿剂、滑爽助剂均为涂料领域常用添加剂。
13.所述的分解有害有机气体的柔性光触媒涂料的制备方法，包括以下步骤：
14.(1)制备特殊改性水性聚氨酯树脂液体；
15.(2)制备水性纳米氧化锌和纳米氧化钛混合液体；
16.(3)将得到的水性纳米氧化锌和纳米氧化钛混合液体在高速搅拌状态下加入特殊改性水性聚氨酯树脂液体中得到混合液；
17.(4)在搅拌状态下向步骤(3)得到的混合液中加入功能性添加剂，充分搅拌后得到光触媒涂料。
18.纳米氧化锌和纳米氧化钛等纳米颗粒之间由于静电作用力与范德华力的作用下非常容易发生团聚，而且无机纳米颗粒与聚氨酯树脂液体之间的相容性较差，进而很难获得均一的涂液，因此即便涂覆以后也很难获得良好的实际使用效果；而水性聚氨酯树脂经涂覆干燥以后的涂膜柔韧度较差，在很大程度上会影响原材质的物理性能。本发明所述的特殊改性水性聚氨酯树脂液体的水分散稳定性良好，黏度适中，与纳米氧化锌、纳米氧化钛的互溶性良好，同时可以增加涂膜的柔韧性，使涂覆本发明的涂料以后的原材料可以保留其原有的其它物理性能。同时经改性处理后的水性纳米氧化锌和纳米氧化钛混合液体，由于对纳米氧化锌和纳米氧化钛颗粒进行了适当时间的改性、超声活化、分散等表面处理，经处理后的纳米颗粒表面存在一定的亲水性的羟基，以及因羟基与少量乙二醇发生类酯化反应形成的烷羟结构，降低了颗粒的表面能以及表面活性，改变了纳米颗粒间的相互作用，使颗粒间具有一定静电排斥力进而抑制团聚，可以较均匀地稳定分散在改性水性聚氨酯树脂液体中，且可在较长时间内均保持稳定分散状态，同时无论制备工艺还是选用的改性剂均为较为常规，成本较低。得到的柔性光触媒涂料在塑料(如ps、pp、pc、apet、abs、pe等)、薄膜、无纺布、纸张、建材、木材等材质材料的表面，通过印刷、涂布、喷涂等表面处理工艺加工过后既有优异的光触媒分解有机物效果，又能保留原有材料材质的其它物理性能效果，普通产品通过便利的工艺实现具备光触媒分解有害气体特殊功能的效果，使普通材料成为新型的纳米光触媒材料。显著的提高了一般材料的使用附加值，降低了材料的成本，可进一步
推动光触媒分解有机物材料的市场运用。
19.与现有技术相比，本发明具备的有益效果为：
20.本发明的光触媒纳米原料纳米氧化锌以及纳米氧化钛在通过特殊的分散工艺后结合树脂等原料，制作成特殊功能涂液后，可以通过涂布、印刷等表面加工工艺在塑料片材、薄膜、纸张、布料等材料的表面，使之形成特殊的纳米功能涂层，在紫外线的作用下达到分解有害有机气体的效果，满足特殊的产品要求，成为新型的功能材料；可有效解决空间环境净化治理，有害有机气体污染的问题，能有效降低有害有机气体的含量，显著提升空间空气质量；可以广泛地运用于热成型、覆膜、纺织、环保行业，涉及到家装、汽车、电子、医疗、卫生用品、空气洁净、环境保护、公共设施等各个领域。
21.本发明的分解有害有机气体的柔性光触媒涂料能满足特殊的产品分解有害有机气体要求，拓展了光触媒产品的运用领域，有效地降低了成本，更加便捷地实现了将普通材料/普通产品通过便利的工艺实现具备光触媒分解有害气体特殊功能的效果。可有效解决空间环境净化治理、有害有机气体污染的问题，能有效降低有害有机气体的含量，显著提升空间空气质量的新型纳米光触媒材料。
具体实施方式
22.下面结合具体实施例对本发明做进一步地说明。
23.实施例1：一种分解有害有机气体的柔性光触媒涂料，其由特殊改性水性聚氨酯树脂液体、水性纳米氧化锌和纳米氧化钛混合液体、功能性添加剂组成，其中所述水性纳米氧化锌和纳米氧化钛混合液体的质量占比为30％。
24.进一步地，所述的特殊改性水性聚氨酯树脂液体的制备方法为：水性聚氨酯树脂在惰性气体的保护下在设定温度下与改性混合物混合反应，反应完成后降温，采用n,n-二甲基乙醇胺中和至中性，在高速搅拌下滴加去离子水乳化，自然冷却至常温既得；所述的改性混合物为有机硅单体和丙烯酸系单体的混合物，而且混合物中溶解有过氧化二苯甲酰；改性混合物的加入方式为滴加，混合反应控制温度95℃；所述的改性混合物中有机硅单体、丙烯酸系单体以及过氧化二苯甲酰的质量份配比为4:7:1，所述的滴加时间为1.5h，且在滴加完成以后继续保温反应1.5h，完成混合反应；混合反应完成后降温至50℃，进行中和反应以及去离子水乳化操作；所述的去离子水的加入量为混合反应后液体质量的40％。
25.进一步地，所述的水性纳米氧化锌和纳米氧化钛混合液体的制备方法：将纳米氧化锌和纳米氧化钛粉末置于55℃的混合改性剂中恒温搅拌50min，然后保温超声处理30min制得水性纳米氧化锌和纳米氧化钛混合液体；所述的混合改性剂为水和乙二醇的混合溶剂，所述混合改性剂中水的质量占比为25％；所述的纳米氧化锌和纳米氧化钛粉末的质量份配比为1:2。
26.进一步地，所述的功能性添加剂包括流平剂、润湿剂、滑爽助剂，所述功能性添加剂在柔性光触媒涂料中的添加量以质量占比计为2％。
27.实施例2：一种分解有害有机气体的柔性光触媒涂料，其由特殊改性水性聚氨酯树脂液体、水性纳米氧化锌和纳米氧化钛混合液体、功能性添加剂组成，其中所述水性纳米氧化锌和纳米氧化钛混合液体的质量占比为40％。
28.进一步地，所述的特殊改性水性聚氨酯树脂液体的制备方法为：水性聚氨酯树脂
在惰性气体的保护下在设定温度下与改性混合物混合反应，反应完成后降温，采用n,n-二甲基乙醇胺中和至中性，在高速搅拌下滴加去离子水乳化，自然冷却至常温既得；所述的改性混合物为有机硅单体和丙烯酸系单体的混合物，而且混合物中溶解有过氧化二苯甲酰；改性混合物的加入方式为滴加，混合反应控制温度105℃；所述的改性混合物中有机硅单体、丙烯酸系单体以及过氧化二苯甲酰的质量份配比为5:8:1，所述的滴加时间为2h，且在滴加完成以后继续保温反应2h，完成混合反应；混合反应完成后降温至55℃，进行中和反应以及去离子水乳化操作；所述的去离子水的加入量为混合反应后液体质量的50％。
29.进一步地，所述的水性纳米氧化锌和纳米氧化钛混合液体的制备方法：将纳米氧化锌和纳米氧化钛粉末置于60℃的混合改性剂中恒温搅拌60min，然后保温超声处理50min制得水性纳米氧化锌和纳米氧化钛混合液体；所述的混合改性剂为水和乙二醇的混合溶剂，所述混合改性剂中水的质量占比为30％；所述的纳米氧化锌和纳米氧化钛粉末的质量份配比为1:3。
30.进一步地，所述的功能性添加剂包括流平剂、润湿剂、滑爽助剂，所述功能性添加剂在柔性光触媒涂料中的添加量以质量占比计为4％。
31.实施例3：一种分解有害有机气体的柔性光触媒涂料，其由特殊改性水性聚氨酯树脂液体、水性纳米氧化锌和纳米氧化钛混合液体、功能性添加剂组成，其中所述水性纳米氧化锌和纳米氧化钛混合液体的质量占比为20％。
32.进一步地，所述的特殊改性水性聚氨酯树脂液体的制备方法为：水性聚氨酯树脂在惰性气体的保护下在设定温度下与改性混合物混合反应，反应完成后降温，采用n,n-二甲基乙醇胺中和至中性，在高速搅拌下滴加去离子水乳化，自然冷却至常温既得；所述的改性混合物为有机硅单体和丙烯酸系单体的混合物，而且混合物中溶解有过氧化二苯甲酰；改性混合物的加入方式为滴加，混合反应控制温度90℃；所述的改性混合物中有机硅单体、丙烯酸系单体以及过氧化二苯甲酰的质量份配比为3:5:1，所述的滴加时间为1h，且在滴加完成以后继续保温反应1h，完成混合反应；混合反应完成后降温至45℃，进行中和反应以及去离子水乳化操作；所述的去离子水的加入量为混合反应后液体质量的30％。
33.进一步地，所述的水性纳米氧化锌和纳米氧化钛混合液体的制备方法：将纳米氧化锌和纳米氧化钛粉末置于50℃的混合改性剂中恒温搅拌45min，然后保温超声处理25min制得水性纳米氧化锌和纳米氧化钛混合液体；所述的混合改性剂为水和乙二醇的混合溶剂，所述混合改性剂中水的质量占比为20％；所述的纳米氧化锌和纳米氧化钛粉末的质量份配比为1:1。
34.进一步地，所述的功能性添加剂包括流平剂、润湿剂、滑爽助剂，所述功能性添加剂在柔性光触媒涂料中的添加量以质量占比计为1％。
35.对比例1：一种分解有害有机气体的柔性光触媒涂料，其由水性聚氨酯树脂液体、水性纳米氧化锌和纳米氧化钛混合液体、功能性添加剂组成，其中所述水性纳米氧化锌和纳米氧化钛混合液体的质量占比为30％。
36.进一步地，所述的水性聚氨酯树脂液体为普通市售水性聚氨酯乳液。
37.进一步地，所述的水性纳米氧化锌和纳米氧化钛混合液体的制备方法：将纳米氧化锌和纳米氧化钛粉末置于55℃的混合改性剂中恒温搅拌50min，然后保温超声处理30min制得水性纳米氧化锌和纳米氧化钛混合液体；所述的混合改性剂为水和乙二醇的混合溶
剂，所述混合改性剂中水的质量占比为25％；所述的纳米氧化锌和纳米氧化钛粉末的质量份配比为1:2。
38.进一步地，所述的功能性添加剂包括流平剂、润湿剂、滑爽助剂，所述功能性添加剂在柔性光触媒涂料中的添加量以质量占比计为2％。
39.对比例2：一种分解有害有机气体的柔性光触媒涂料，其由水性聚氨酯树脂液体、纳米氧化锌和纳米氧化钛混合料、功能性添加剂组成，其中所述纳米氧化锌和纳米氧化钛混合料的质量占比为30％。
40.进一步地，所述的特殊改性水性聚氨酯树脂液体的制备方法为：水性聚氨酯树脂在惰性气体的保护下在设定温度下与改性混合物混合反应，反应完成后降温，采用n,n-二甲基乙醇胺中和至中性，在高速搅拌下滴加去离子水乳化，自然冷却至常温既得；所述的改性混合物为有机硅单体和丙烯酸系单体的混合物，而且混合物中溶解有过氧化二苯甲酰；改性混合物的加入方式为滴加，混合反应控制温度95℃；所述的改性混合物中有机硅单体、丙烯酸系单体以及过氧化二苯甲酰的质量份配比为4:7:1，所述的滴加时间为1.5h，且在滴加完成以后继续保温反应1.5h，完成混合反应；混合反应完成后降温至50℃，进行中和反应以及去离子水乳化操作；所述的去离子水的加入量为混合反应后液体质量的40％。
41.进一步地，所述的功能性添加剂包括流平剂、润湿剂、滑爽助剂，所述功能性添加剂在柔性光触媒涂料中的添加量以质量占比计为2％。
42.上述实施例1-3以及对比例1、2所述的分解有害有机气体的柔性光触媒涂料的制备方法，包括以下步骤：
43.(1)制备特殊改性水性聚氨酯树脂液体，对比例1为备取水性聚氨酯树脂液体；
44.(2)制备水性纳米氧化锌和纳米氧化钛混合液体，对比例2为制备纳米氧化锌和纳米氧化钛混合料；
45.(3)将得到的水性纳米氧化锌和纳米氧化钛混合液体(对比例2中纳米氧化锌和纳米氧化钛混合料)在高速搅拌状态下加入特殊改性水性聚氨酯树脂液体(对比例1中水性聚氨酯树脂液体)中得到得到混合液；
46.(4)在搅拌状态下向步骤(3)得到的混合液中加入功能性添加剂，充分搅拌后得到光触媒涂料。
47.产品分解有害有机气体的实效检测：
48.1.在pe材料表面经过凹版印刷工艺，实现每平方米固含量3-4克的本发明的光触媒涂料涂层加工；
49.2.加工后的材料裁切成a4大小的样片，经检测机构(广东华测检测技术股份有限公司)进行二氧化硫分解实测，实验方式如下：
50.第一步：把具备特殊纳米涂层的pe材料，和不具备该涂层的普通pe材料，a4大小尺寸，分别静置在充满1.5立方米二氧化硫的密闭容器中；
51.第二步：观察两个密闭容器在30w紫外线光照射下，二氧化硫含量随着时间的变化情况。测定结果如下表所示：
52.[0053][0054]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或修饰或等同替换，而这些修改或修饰或等同替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。