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        凈化空氣多功能內牆塗料的製備及其性質研究 加入納米TiO 作為光催化粉體,對傳統建築內牆塗料進行改性,使之具有較強的凈化空氣、殺菌抑菌的功能
        2019年07月27日    閱讀量:58669    新聞來源:中國建材網 cnprofit.com  |  投稿

              摘要:加入納米TiO 作為光催化粉體,對傳統建築內牆塗料進行改性,使之具有較強的凈化空氣、殺菌抑菌的功能。從分散劑用量的確定、納米TiO 用量的確定、PVC的確定三個方面來提高塗料本身的性能。對其光催化氧化降解甲醛進行了初步測試表明,對室內有害氣體污染有較大的改善作用中國建材網cnprofit.com


        將納米TiO:添加到塗料中,不僅提高了塗料的傳統性能,同時賦予塗料凈化空氣的作用?。利用納米材料比表面積大、吸附能力強、易與污染氣體完全反應等特點,可將甲醛、苯系物等有害氣體轉化為無毒化合物,對室內空氣起到極好的凈化作用,並能避免二次污染的發生。


        已有一些關於光催化降解甲醛的報道12,31。本文對加入納米TiO,的光催化塗料配方從分散劑用量、納米TiO,用量的確定、塗料PVC值確定三方面進行優化,製備出性能優良的光催化內牆塗料使其對傳統塗料性能進行提升;並以甲醛為模擬有害物質,研究這種光催化塗料對甲醛的光催化降解特性。


        1凈化空氣多功能內牆塗料的製備工藝

        將分散劑、潤濕劑、纖維素加入一定量的水中,預分散10 min;然後將納米光催化粉慢慢加入,在1000 r/min下分散15 min。依次將其它顏填料加入,轉速提高到2000 r/min,分散30 min后,測細度<45m。調低轉速到500 r/min,將成膜助劑、消泡劑、乳液分別加入,待穩定后將增稠劑加入到達到低剪黏度在3—4 Pa-S、中剪黏度在95—105(KU)要求,即可得到凈化空氣內牆塗料。


        2結果與討論

        2.1分散劑用量的確定

        納米粉體粒徑小,比表面積和表面能都很大,在塗料中易於團聚。在納米塗料的製備過程中,分散劑的最佳用量是獲得塗料體系穩定的重要因素。

        羅門哈斯分散劑OROTAN1 124是一種乳膠漆用低成本聚丙烯酸銨鹽分散劑,是一種親水性多元酸共聚物。它和疏水鹼溶脹乳液締合型增稠劑、非離子聚氨酯締合型增稠劑都有最佳的配合使用,故採用這種分散劑。確定分散劑用量的方法為:

        (1)按試驗配方中所用顏填料和水的量製成漿料,開動分散機,以最低速度攪拌。

        (2)每次在漿料中滴入O.5 g左右的分散劑,低速分散後用黏度計以12 r/min測定黏度。重複步驟3,達到最小黏度后再做三次滴加。

        (3)作出黏度對不同分散劑用量對應的曲線圖。

        最佳分散劑用量=最小分散劑用量的150%。

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        根據圖1中五個所示的曲線,按照上面分散劑確定方法,可得到在不同納米TiO2含量塗料配方中添加分散劑大致最佳用量,如表1。

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        2.2納米TiO 最佳用量的確定

        由於塗料體系的組分複雜,且塗料的黏度較大,因此,納米粒子在塗料體系中的分散量是有限的。納米粒子的用量小於某一值時,在表面活性劑、分散劑等作用下,納米粒子在塗料體系中能得到有效分散;當納米粒子的用量進一步增加時,由於體系黏度大,納米粒子表面能高,納米粒子發生團聚而成為微米級粒子,從而使體系中的納米相的比例降低甚至消失, 因而塗料性能也發生相應的變化。所以在實驗中要根據塗料的性能與成本,合理控制納米TiO,的用量。

        表2納米TiO 添加量對塗料性能的影響

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        由表2可見,納米TiO,(CYC粉體)用量為1%、2%、3%時所制塗料性質比較穩息在4%時其儲存穩定性很差,在50℃烘箱中放置一個月後出現明顯分水現象;大於4%在調漆階段未添加任何增稠劑其黏度嚴重超標。因為納米粉體很快發生團聚,造成體系更加不穩定。


        從表2可見,在添迦納米TiO,量比較低的時候(1%),改性塗料的硬度和塗料原始樣品(0%)的硬度相差不大;在添加量2%、3%時改性塗料的硬度分別比原始樣品提高了四個和兩個等級。


        從表2可看見,含納米TiO,的塗料耐洗刷性能優於不含納米TiO 的塗料,相對於塗料原始樣品結果(4800),經過納米TiO,改性后,塗料的耐洗刷性有很大提高,是原來的1.7~2.5倍,在加入量為3%達到最大值。


        納米TiO,粒子在塗料體系中處於一種動態平衡,隨著添加量的增加,納米TiO 粒子與塗料中的其它成分的相互作用也隨之增加,並且隨著這種相互作用不斷增強使得耐洗刷性不斷增強,在3%n~t出現一個介穩平衡態。隨著添加量的進一步增大,此介穩平衡態遭到破壞,耐洗刷性下降1 1。


        從表2可見,加入納米TiO,改性后,塗料的對比率得到很大提高,遠遠高於未迦納米TiO 的塗料.納米TiO,加入量為1%一3%時塗料對比率相差不大都在96以上。

        本實驗中,納米TiO,(cYc粉體)的適合用量為總塗料重的1%、2%和3%,最佳用量確定為3%。


        2.3不同PVC對塗料性能影響

        塗膜性能會隨著顏填料用量的增加而發生變化,在較低PVC下這些變化較小呈梯度變化。可是在大於某一PVC值,塗料性能發生劇烈變化。在CPVC處發生變化的塗料性質可以分成四大類:傳遞性能(耐沾污性、電阻性、起泡性);機械性能(伸長率、密度、耐洗刷性、附著力);光學性能(光澤、遮蓋力) 1。選擇較好顏料體積濃度是塗料配方設計的首要任務。


        乳膠漆配方設計中最關鍵的兩個參數為顏料體積濃度(PVC)、臨界顏料體積濃度(CPVC)。本實驗所用的四種顏填料的吸油值根據國家標準通過試驗測定出,然後計算出所用每一種顏料的CPVC。塗. 料中四種顏填料的混合CPVC經計算為59.5。


        可通過改變乳液用量,粉體用量保持不變,做PVC分別為50%、55%、60%、65%、70% 的五組塗料樣品,測試其光澤、耐洗刷、對比率三方面的性質進行比較,確定乳液的最佳用量。

        表3不同PVC值塗料的性質測試比較

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        由表3可知,當PVC<CPVC時,塗料的光澤隨PVC增加而降低,這是因為在塗料中加入折射率很大的TiO 顏料時,塗料的平均折射率增大,同時顏料的加入增大了塗膜的粗糙度,這兩方面因素使得光澤度隨PVC增加而急劇降低;


        當PVC=CPVC時,塗膜光澤最低;當PVC>CPVC時,光澤隨PVC增大而增大,因為乳液基料不足以填充顏料問空隙,從而引入空氣形成氣相l 6l,這時塗膜由乳液相、顏填料相和空氣相組成。隨PVC的增加,顏填料量增加,塗膜的粗糙度增加,使光澤度降低。但是由於空氣的折射作用抵消塗膜表面粗糙度的影響,綜合結果使塗膜光澤隨PVC增加而增加 鉛筆硬度當PVC<cevcu~隨PVC增加而增加;當PVC=CPVC時,鉛筆硬度最高;當PVC>CPVC時,其隨PVC增大而降低,其原因如同光澤度相同的解釋。


        由表3可知,隨著PVC的增大,乳膠漆的遮蓋力增大,當較PVC小時(<55),鈦白粒子濃度較低,遮蓋率較小並隨著鈦白用量的增多而增大;當PVC達到CPVC範圍時(55~60之間),由於鈦白粒子濃度的進一步增大導致鈦白粒子間距離縮小,鈦白粒子緊密相連,發生光學上的絮凝,降低了遮蓋力,這降低的遮蓋力部分與由於顏料粒子濃度增大帶來的遮蓋力增大相抵消了,因而這一PVC範圍內,遮蓋力基本保持不變:當PVC大於6O時,鈦白粒子濃度進一步增大,一部分可用來抵消了鈦白粒子間絮凝導致的遮蓋力下降,從而使遮蓋力隨著PVC的增大而增大。綜合上面三方面的性質要求,確定PVC為7O的乳液用量為最佳用量。


        2.4納米粉體光催化降解甲醛研究

        光催化實驗是在密封測試箱內放置塗覆有普通塗料和納米TiO,塗料的玻璃板,打開熒光燈所作的實驗,將測試甲醛濃度與時間作圖,曲線中最高點記為Do,24d'U~后甲醛濃度為D ,甲醛去除率按下式計算:

        .I7(%)=[(Do—DI)/D0】×100

        其中:.I7一光催化降解率,D 一甲醛的最高點濃度,D,一24小時后甲醛濃度。


        2.5不同納米TiO 含量的光催化塗料對甲醛降解活性比較

        由圖2可見,隨著光照時間的延長,不含納米TiO 的樣品箱內甲醛濃度幾乎沒有變化,而在含有納米TiO,的樣品箱內甲醛濃度逐漸下降。在納米TiO,含量分別為】%、2%、3%時甲醛降解率分別為81.4%、86.1%、92.3%,在3%時降解率達到最大。

        說明納米TiO,在光照條件下才能產生其光催化活性,發揮催化降解甲醛的作用。隨著TiO:含量的增加,光催化降解率也增加,這是由於參與光催化反應的TiO 顆粒數量增加,因而光照條件下產生的光致電子和空穴的數量增加,所以光催化反應加快。

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        3結論

        (1)本試驗採用羅門哈斯OROTAN1 124作為納米粉體分散劑,並確定了納米TiO,含量為l%、2%、3%時,分散劑用量為4 g、7 g、lO g。

        (2)塗料性能隨著納米粒子用量的增加而提高,但當納米粒子的用量達到一定值2%時,性能基本不在提高:而當納米粒子的用量進一步增加時3%,塗料的性能略有下降。

        (3)通過測定的顏填料的吸油值算出塗料的CPVC為59.5。分別製備PVC為5O、55、6O、65、7O的五個樣品,對光澤度、遮蓋率、鉛筆硬度性質進行測試比較,確定PVC為7O時的乳液用量為最佳值。

        (4)對普通塗料和納米TiO,含量為l%、2%、3%的塗料進行光催化氧化降解甲醛的測試比較,發現加入納米粉體后的塗料對甲醛有很明顯的催化降解,納米TiO,含量為3%降解甲醛率最大。


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