CN105478075B

CN105478075B - 水性体系用净化空气的改性纳米复合材料

Info

Publication number: CN105478075B
Application number: CN201410482613.3A
Authority: CN
Inventors: 许钧强; 康伦国; 姚东生
Original assignee: Shaoguan Union Chemical Co Ltd; Union Foshan Chemical Co Ltd
Current assignee: Beijing Tianhengjian Technology Development Co., Ltd.
Priority date: 2014-09-19
Filing date: 2014-09-19
Publication date: 2017-10-20
Anticipated expiration: 2034-09-19
Also published as: CN105478075A

Abstract

本发明涉及水性体系用净化空气的改性纳米复合材料，1、先用偶联剂对纳米复合材料表面处理，所述纳米复合材料为纳米凹凸棒土、纳米海泡石粉和纳米负离子粉的混合物；2、再用马来酸酐苯乙烯聚醚铵盐共聚物对纳米复合材料表面改性，制得一种水性体系用净化空气的改性纳米复合材料；本发明制得的净化空气的改性纳米复合材料，具有超强的吸附能力，能持续有效地去除室内装潢材料里挥发出来的苯、甲醛、酮、氨等各种有害气体和异味，同时还具有负离子生态、杀灭细菌霉菌、不产生二次污染，改善室内空气环境；在水性体系中具有优异的分散性和相容性，广泛用于水性内外墙涂料、水性木器漆、水性工业漆、水性油墨及水性胶等各种水性体系。

Description

水性体系用净化空气的改性纳米复合材料

技术领域

本发明涉及一种水性体系用净化空气的改性纳米复合材料的制备方法，属于纳米功能材料和表面处理技术领域。

背景技术

人的一生绝大多数时间生活和工作在室内，室内装修造成的环境污染导致人病、残、死亡的现象已经成为了社会问题，室内环境污染被列入“十大杀手”之一，这些污染气体对人体影响极大，容易导致呼吸道疾病、癌症、白血病、神经疾病，尤其对孕妇、儿童、老人危害严重。

通常，人们习惯于装修后通风两个月，然后入住。但是，室内装修污染主要是甲醛、苯、氨等化学污染物，这类污染物释放期最长达15年，绝非两个月就可以解决问题，在盛夏空调和寒冬暖气的封闭房间内，由于缺乏室外新风，其危害更加严重！当你较长时间在新装修的新家或新的办公室、宾馆、会议室、家具商场、建材市场等地时，你是否会有头痛、眼花、咳嗽、胸闷、恶心、呕吐等症状，这些都是室内隐形杀手空气污染物所造成的。室内空气的主要污染来自建筑、装饰和家具等材料中，包括甲醛、苯、氨等，其中甲醛污染对人体健康的危害最大。

目前市场上净化空气的方法有：1、竹炭、活性炭吸附法，但竹炭、活性炭的吸附能力非常有限，仅对苯有一些作用，对甲醛的吸附效果并不好，且存在吸收饱和的问题，温度低时吸收量相对较大，温度升高又会释放出来。

2、甲醛清除剂或甲醛溶解酶，这些是靠化学反应的方法“除掉”甲醛，这种方法的实质是将目标物质降低毒性或转化为无毒物质，甲醛可以被氧化成甲酸，也可以被还原为甲醇，这两种物质的毒性依然存在，易造成二次污染。如某些强氧化性的甲醛清除剂，可以氧化甲醛，但它本身容易分解，喷在木板上会损害木材不说，而且数小时之内就失去效能，不可能实现“一喷永逸”。况且高浓度的清除剂喷在空气中，会对人产生新的污染危害，其他的氧化剂、还原剂也均不能有效清除甲醛，而且会引入类似的二次污染。

3、光催化材料，指在光的作用下发生光化学反应的一类半导体催化剂材料，包括二氧化钛、氧化锌、氧化锡、二氧化锆、硫化镉等多种氧化物、硫化物半导体，尤其是纳米二氧化钛应用最多；理论上来讲，光触媒是一种最优质的除甲醛产品，而事实上光触媒要发挥作用，要有紫外线光来激发，光触媒于夜间及无可见光没有任何效果，而房间内不可能一直存在紫外线光，尤其是一些抽屉里，柜子背面等甲醛释放最严重的地方，更是见不到光线，这就限制了光触媒的作用。其次，不同种类的光触媒效果也不同，就算是同一种类的光触媒，颗粒大小也决定了实际的效果，一般来讲颗粒越小效果越佳(纳米TiO₂的平均粒径在10nm以内才有效)。另外光触媒的粒子非常微小，极易悬浮于空气中，就像灰尘一般无法用肉眼看见，即使吸入亦无法察觉，易造成二次污染，极有可能对人体肺部造成伤害。还有光触媒具有分解有机物质之性能，对任何有机体如真皮制品、毛草及高级衣物、皮肤都有损害作用，而光触媒厂商却绝口不提，也不告知消费者，甚至误导消费者光触媒只要有光就好，如此行为，应受到指责。实际上光触媒对去除空气中的污染气体效果有限，因此发达国家目前极少将它们用作为民用光催化材料。

CN102319446A公开了一种净化空气的材料，其特征在于该空气净化材料为粉末状，其基本成份为具有强吸附性能的活性炭，共有四组成份：第一组份为为含有纳米银颗粒与活性炭的混合物(抗菌)；第二组份为含有纳米钛白粉(二氧化钛)与活性炭的混合物(光触媒)；第三组份为含有纳米陶瓷粉与活性炭的混合物(远红外)；第四组份为含有高稀土与活性炭的混合物(催化剂)。并说明该净化材料具有空气阻力小，杀菌效率高，除尘、除有害气体，除超细微粒净化效果好，可以任意成型，使用寿命较长等优点，克服了过去采用化学方法处理及电装置处理的二次污染环境问题。但该发明的净化材料纳米银易变色、光催化材料存在技术缺陷、二次污染和稀土成本高等缺点。

CN101348628A公开了一种具空气净化功能的厚质涂覆材料及其配制方法，该涂覆装饰材料含有多孔吸附材料和复合光催化材料，多孔吸附材料为分子筛、海泡石、凹凸棒土、硅藻土和沸石的一种或组合，复合光催化材料为纳米级TiO₂与极性材料电气石的复合体，或纳米级TiO₂与海泡石、分子筛、沸石等天然微孔矿物材料的复合体。该涂覆装饰材料能去除空气中甲醛、甲苯等有害气体，具有环境健康功能，并且持续有效。但该发明的涂覆装饰材料还是存在光催化材料技术缺陷和二次污染，另外这些吸附材料不是纳米级、没经过提纯、表面未处理，因而存在吸附能力有限，易团聚、相容性不好等缺点。

发明内容

针对上面存在的技术问题，本发明选用提纯后的纳米凹凸棒土、纳米海泡石粉和纳米负离子粉通过表面改性处理制得一种净化空气纳米复合材料。

纳米凹凸棒土和纳米海泡石粉是种多孔矿晶物质，其微观结构具有独特的晶体规则结构，晶体内大量纳米级孔隙，孔径大小为2.7～9.8埃米，以及微孔表面带极性。由于其纳米级孔径可选择性地吸附纳米级分子直径的苯、二甲苯、甲醛、一氧化碳、二氧化硫、氨等有毒有害物(甲醛、氨、苯、甲苯、二甲苯的分子直径都在0.4～0.62纳米之间，而且这些化合物都是极性分子，就是纳米级的极性化合物)。经过处理后纳米凹凸棒土和纳米海泡石粉孔径在3～5埃米，具有超强吸附力和可持续功能。纳米负离子粉具有热电性和压电性，使空气的水和氧气分子发生电离而转化为负氧离子，从而消除在室内装修过程中使用的装潢材料挥发出来的苯、甲醛、酮、氨等各种有害气体和异味。本发明的纳米复合材料具有超强吸附能力和去除有害气体功能，且持续有效，不产生二次污染。

由于纳米复合材料极易团聚(团聚后吸附功能和去除污染气体活性几乎失效)，先用偶联剂进行处理真空活化制得改性的纳米粉体；再用马来酸酐苯乙烯聚醚铵盐共聚物(SMA-AEO铵盐共聚物)表面改性，使制得的空气净化纳米材料具有优异的分散性和相容性，满足水性体系中去除空气中的有害气体和达到净化空气的目的。

为了解决上面所述的技术问题，本发明采取以下技术方案：本发明涉及一种水性体系用净化空气的改性纳米复合材料，包括：

步骤1、纳米复合净化材料表面处理：其组成为：纳米凹凸棒土25％～40％、纳米海泡石粉25％～40％、纳米负离子粉5％～20％、偶联剂2％～10％；所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、锆酸酯偶联剂、硅钛复合偶联剂的一种；其制备工艺如下：按配方重量比将纳米凹凸棒土、纳米海泡石粉、纳米负离子粉放入烘箱，在50～60℃条件下干燥4h，将干燥好的纳米复合粉料加入溶有偶联剂/乙醇的溶液中，超声分散1h，制得预分散液，将预分散液加入带有回流冷凝器和搅拌器的密闭容器中，然后将体系升温到70～80℃，中速搅拌反应24h，出料，过滤，在80～90℃下真空干燥活化2h，制得表面处理的纳米复合粉体；

步骤2、纳米复合净化材料表面改性：其组成为：表面处理的纳米复合粉体20％～35％、马来酸酐苯乙烯聚醚铵盐共聚物6％～15％、丙二醇3％～10％、pH调节剂0.1％～0.5％、去离子水40％～60％；其制备工艺如下：在高速分散机中按配方重量比加入去离子水、丙二醇、马来酸酐苯乙烯聚醚铵盐共聚物，搅拌均匀，加入表面处理的纳米复合粉体，高速分散25～40min，开通纳米砂磨机循环研磨10～12h，经激光粒度分布仪测试中位粒径D₅₀在15～40nm之间即为合格，调pH值为6.5～7.5，过滤包装，即制得一种水性体系用净化空气的改性纳米复合材料。

本发明制得的净化空气的改性纳米复合材料，具有超强的吸附能力，能持续有效地去除室内装修过程中使用的装潢材料挥发出来的苯、甲醛、酮、氨等各种有害气体和异味，同时还具有负离子生态、杀灭细菌霉菌、不产生二次污染，改善室内空气环境；在水性体系中具有优异的分散性和相容性，广泛用于水性内外墙涂料、水性木器漆、水性工业漆、水性油墨及水性胶等各种水性体系。

具体实施方式

按照表1的组分配方准备材料实施。

表1：三个实施例组分配方质量份

原料名称	实例1	实例2	实例3
				纳米凹凸棒土	12	15	12
纳米海泡石粉	12	9	12
				纳米负离子粉	6	6	8
硅烷偶联剂	1.8	-	-
				钛酸酯偶联剂	-	2.0	-
硅钛复合偶联剂	-	-	2.0
				去离子水	50	48.8	45.8

丙二醇	6	6	6
				SMA-AEO铵盐共聚物	12	12	14
pH调节剂	0.2	0.2	0.2

实施例1：

步骤1、按照表1实例1中的配方重量比把纳米凹凸棒土、纳米海泡石粉、纳米负离子粉放入烘箱，在50～60℃条件下干燥4h，将干燥好的纳米复合粉料加入溶有偶联剂/乙醇的溶液中，超声分散1h，制得预分散液，将预分散液加入带有回流冷凝器和搅拌器的密闭容器中，然后将体系升温到70～80℃，中速搅拌反应24h，出料，过滤，在80～90℃下真空干燥活化2h，制得表面处理的纳米复合粉体；

步骤2、按照表1实例1中的配方重量比在高速分散机中加入去离子水、丙二醇、马来酸酐苯乙烯聚醚铵盐共聚物，搅拌均匀，加入步骤1制得的表面处理的纳米复合粉体，高速分散25～40min，开通纳米砂磨机循环研磨10～12h，经激光粒度分布仪测试中位粒径D₅₀在15～40nm之间即为合格，调pH值为7.5～8.0，过滤包装，即制得一种固含量为30％的水性体系用净化空气的改性纳米复合材料。

实施例2，实施例3制备工艺参照实施例1。

实施例1、实施例2和实施例3产品技术指标见下表2。

表2：三个实施例产品技术指标

技术指标	实例1	实例2	实例3
				外观	浅灰色/白色液体	浅灰色/白色液体	浅灰色/白色液体
固含量，％	30±2	30±2	32±2
				pH值	6.5～7.5	6.5～7.5	6.5～7.5

粒径，nm

18～30

20～35

应用对比，选取市面上30％纳米TiO2分散液、30％纳米负离子分散液与本发明实例进行去除甲醛、三苯、氨净化效率、净化效果持久性对比。

试样涂层的制备：苯丙乳液50％、净化材料10％、水40％，净化材料为实例1、实例2、实例3中的产品，以及30％纳米TiO2分散液、30％纳米负离子分散液；按照JCT1074-2008《室内空气净化功能涂覆材料净化性能》标准方法进行检测，对比试验的测试结果如表3、4所示。

表3：对比试验的测试结果(有日光灯照射)

表4：对比试验的测试结果(无日光灯照射)

由表3、4知：本发明制得的净化空气改性纳米复合材料对室内空气中甲醛、三苯、氨去除净化效率、净化效果持久性优于纳米TiO2分散液、纳米负离子分散液，因为本发明净化材料中含有纳米凹凸棒土和纳米海泡石粉具有超强吸附污染气体的能力，去除效率高和持久性强；另外在有光或无光情况下不影响效其去除污染气体的功能，而光触媒在没有光照下几乎没有去除污染气体的功能。

尽管本发明已作了详细说明并引证了实施例，但对于本领域的普通技术人员，显然可以按照上述说明而做出的各种方案、修改和改动，都应该包括在权利要求的范围之内。

Claims

1.一种水性体系用净化空气的改性纳米复合材料，其特征在于，包括以下步骤：

a)、表面处理：按配方重量比将纳米凹凸棒土、纳米海泡石粉、纳米负离子粉放入烘箱，在50～60℃条件下干燥4h，得到纳米复合粉料，将干燥好的纳米复合粉料加入溶有偶联剂/乙醇的溶液中，超声分散1h，制得预分散液；将预分散液加入带有回流冷凝器和搅拌器的密闭容器中，升温到70～80℃，中速搅拌反应24h，出料，过滤，在80～90℃下真空下干燥活化2h，得表面处理的纳米复合粉体；

其中，所述表面处理的纳米复合粉体，其组成为：纳米凹凸棒土25％～40％、纳米海泡石粉25％～40％、纳米负离子粉5％～20％、偶联剂2％～10％；

所述的偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、锆酸酯偶联剂、硅钛复合偶联剂的一种；

b)、表面改性：在高速分散机中按配方重量比加入去离子水、丙二醇、马来酸酐苯乙烯聚醚铵盐共聚物，搅拌均匀，加入表面处理的纳米复合粉体，高速分散25～40min，开通纳米砂磨机循环研磨10～12h，经激光粒度仪测试中位粒径D₅₀在15nm～40nm之间即为合格，调pH值为6.5～7.5，过滤包装，得水性体系用净化空气的改性纳米复合材料；

其中，所述的改性纳米复合净化材料，其组成为：表面处理的纳米复合粉体20％～35％、马来酸酐苯乙烯聚醚铵盐共聚物6％～15％、丙二醇3％～10％、pH调节剂0.1％～0.5％、去离子水40％～60％。

2.根据权利要求1所述的水性体系用净化空气的改性纳米复合材料，其特征在于，所述的纳米凹凸棒土和纳米海泡石粉是经过提纯处理的、孔径在3～5埃的纳米粉体。