一种铜氮化碳纳米复合材料及在涂料中的应用及制备方法与流程

1.本发明涉及涂料技术领域，尤其涉及一种铜氮化碳纳米复合材料及在涂料中的应用及制备方法。


背景技术：

2.随着催化技术的不断发展，光催化技术由于其环境友好、条件温和、高效廉价等特点，已经成为分解水体营养物、抑制微生物生长等解决环境污染问题的一种有效方法，即光催化剂在光照条件下能有效分解有机小分子、有机污染物和杀灭微生物。
3.石墨相氮化碳是一种片层状结构的非金属光催化材料，具有廉价易得、比表面积较大、良好的热稳定性、化学稳定性和高耐腐蚀性、较窄的禁带宽度、较快的光响应速度等特点，成为光催化领域的热门研究材料之一。
4.如何将石墨相氮化碳运用到涂料中是一大难题。


技术实现要素：

5.(一)要解决的技术问题
6.为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种铜氮化碳纳米复合材料及在涂料中的应用及制备方法。
7.(二)技术方案
8.为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
9.一种铜氮化碳纳米复合材料，所述铜氮化碳纳米复合材料由以下步骤制得：将硝酸铜与三聚氰胺按质量比为1:50
‑
1:150混合均匀，放置于陶瓷坩埚中，用盖子盖好，再置于马弗炉中，升温速率为2℃/min
‑
4℃/min，从室温升到450℃
‑
550℃，保持3
‑
5h，然后降至室温，得到铜氮化碳复合材料。
10.一种铜氮化碳纳米复合材料在涂料中的应用。
11.一种具有铜氮化碳纳米复合材料的涂料，包括以下按质量份计的原料：水23
‑
30份、水性分散剂0.5
‑
0.9份、ph调节剂0.1
‑
0.3份、水性润湿剂0.1
‑
0.3份、水性消泡剂0.4
‑
0.7份、防腐剂0.1
‑
0.2份、羟乙基纤维素0.2
‑
0.5份、钛白粉16
‑
25份、煅烧高岭土7
‑
11份、碳酸钙10
‑
18份、硅藻土7
‑
12份、铜氮化碳复合材料4
‑
6份、乳液18
‑
25份、防冻剂0.8
‑
2.0份和成膜助剂0.7
‑
1.2份。
12.一种具有铜氮化碳纳米复合材料的涂料的制备方法，具体步骤如下：
13.s1.在500
‑
800rpm的转速下，依次加入水、水性分散剂、ph调节剂、水性润湿剂和防腐剂，搅拌3
‑
7min；
14.s2.加入羟乙基纤维素，提高转速至800
‑
1200rpm，搅拌6
‑
12min；
15.s3.随后加入钛白粉、煅烧高岭土、碳酸钙、硅藻土、铜氮化碳纳米复合材料，提高转速至1300
‑
1600rpm，分散12
‑
18min；
16.s4.降低转速至800
‑
1100rpm，依次加入乳液、防冻剂、水性消泡剂、成膜助剂继续
搅拌8
‑
12min后，即得到成品。
17.本发明中，水性润湿剂为科莱恩的emulsogen lcn 407、dow triton@cf
‑
10中的一种或者两种。
18.本发明中，水性消泡剂选自科宁的fofmfsferf nxz、科宁的fofmsffrff10、布莱克本的dispelfir cf 246至少一种。
19.本发明中，所用的分散剂为诺普科的sn5040或者陶氏化学的x
‑
405中的一种或者两种。
20.本发明中，ph调节剂为陶氏的fmp
‑
95。
21.本发明中，防腐剂为thor公司的r
‑
s和广州迪美的ksg206的一种或者两种。
22.本发明中，成膜助剂为伊士曼的oe 400或者texfnol的一种或两种。
23.本发明中，乳液为广东巴德富公司的sk
‑
20或者万华的frahsolf8067的一种或者两种。
24.本发明中，增稠剂选自罗门哈斯的fcrysol 2020npr、巴斯夫的collfcrflf lr 8990、巴斯夫的collfcrflf pc 75中的至少一种。
25.本发明中，硅藻土为上海首通沅众环保科技有限公司的ep810或者上海钰诺实业有限公司的mw25一种或者两种。
26.本发明中，钛白粉为伯利联公司的blf
‑
200或者四川龙蟒集团的r
‑
996中的一种或者两种。
27.本发明中，煅烧高岭土为大同煤业金宇高岭土化工有限公司的jyck
‑
60或者内蒙古超牌建材科技有限公司的dg80的一种或者两种。
28.本发明中，碳酸钙为金龙粉体有限公司的1250目重钙或者龙太粉体有限公司的t201的一种或者两种。
29.(三)有益效果
30.本发明的有益效果是：1、通过一步热解法制备铜氮化碳纳米复合材料，将这种兼具除醛、抗菌的催化材料应用于内墙乳胶漆的开发中，实现内墙涂料的长效除醛抗菌性能。2、制备的含有铜氮化碳纳米复合材料的功能乳胶涂料，清除甲醛的效率达到92.5％，持久性达到85.7％；清除甲苯的效率达到66.1％，持久性达到51.4％；对黄曲霉、宛氏青霉等八种霉菌的防霉效果为0级，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌效果均大于99.9％。
附图说明
31.图1为本发明铜氮化碳纳米复合材料的透射电镜图。
具体实施方式
32.为了更好地解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
33.本发明一个实施例的一种铜氮化碳纳米复合材料，所述铜氮化碳纳米复合材料由以下步骤制得：将硝酸铜与三聚氰胺按质量比为1:50
‑
1:150混合均匀，放置于陶瓷坩埚中，用盖子盖好，再置于马弗炉中，升温速率为2℃/min
‑
4℃/min，从室温升到450℃
‑
550℃，保持3
‑
5h，然后降至室温，得到铜氮化碳复合材料。铜氮化碳复合材料的透射电镜图,如图1所
示,并未发现纳米铜颗粒，即便是高倍电镜，也很难看出铜的颗粒尺寸，说明铜的颗粒尺寸非常小。相比于纳米尺度形式存在的铜材料，超小尺寸的亚纳米铜材料可以暴露更多的活性铜位点，从而提高铜的利用效率，有利于减少铜的使用量。
34.一种铜氮化碳纳米复合材料在涂料中的应用。
35.一种具有铜氮化碳纳米复合材料的涂料，包括以下按质量份计的原料：水23
‑
30份、水性分散剂0.5
‑
0.9份、ph调节剂0.1
‑
0.3份、水性润湿剂0.1
‑
0.3份、水性消泡剂0.4
‑
0.7份、防腐剂0.1
‑
0.2份、羟乙基纤维素0.2
‑
0.5份、钛白粉16
‑
25份、煅烧高岭土7
‑
11份、碳酸钙10
‑
18份、硅藻土7
‑
12份、铜氮化碳复合材料4
‑
6份、乳液18
‑
25份、防冻剂0.8
‑
2.0份和成膜助剂0.7
‑
1.2份。
36.一种具有铜氮化碳纳米复合材料的涂料的制备方法，具体步骤如下：
37.s1.在500
‑
800rpm的转速下，依次加入水、水性分散剂、ph调节剂、水性润湿剂和防腐剂，搅拌3
‑
7min；
38.s2.加入羟乙基纤维素，提高转速至800
‑
1200rpm，搅拌6
‑
12min；
39.s3.随后加入钛白粉、煅烧高岭土、碳酸钙、硅藻土、铜氮化碳纳米复合材料，提高转速至1300
‑
1600rpm，分散12
‑
18min；
40.s4.降低转速至800
‑
1100rpm，依次加入乳液、防冻剂、水性消泡剂、成膜助剂继续搅拌8
‑
12min后，即得到成品。
41.本发明中，水性润湿剂为科莱恩的emulsogen lcn 407、dow triton@cf
‑
10中的一种或者两种。
42.本发明中，水性消泡剂选自科宁的fofmfsferf nxz、科宁的fofmsffrff10、布莱克本的dispelfir cf 246至少一种。
43.本发明中，所用的分散剂为诺普科的sn5040或者陶氏化学的x
‑
405中的一种或者两种。
44.本发明中，ph调节剂为陶氏的fmp
‑
95。
45.本发明中，防腐剂为thor公司的r
‑
s和广州迪美的ksg206的一种或者两种。
46.本发明中，成膜助剂为伊士曼的oe 400或者texfnol的一种或两种。
47.本发明中，乳液为广东巴德富公司的sk
‑
20或者万华的frahsolf8067的一种或者两种。
48.本发明中，增稠剂选自罗门哈斯的fcrysol 2020npr、巴斯夫的collfcrflf lr 8990、巴斯夫的collfcrflf pc 75中的至少一种。
49.本发明中，硅藻土为上海首通沅众环保科技有限公司的ep810或者上海钰诺实业有限公司的mw25一种或者两种。
50.本发明中，钛白粉为伯利联公司的blf
‑
200或者四川龙蟒集团的r
‑
996中的一种或者两种。
51.本发明中，煅烧高岭土为大同煤业金宇高岭土化工有限公司的jyck
‑
60或者内蒙古超牌建材科技有限公司的dg80的一种或者两种。
52.本发明中，碳酸钙为金龙粉体有限公司的1250目重钙或者龙太粉体有限公司的t201的一种或者两种。
53.本发明制备了含铜氮化碳纳米复合材料的除醛抗菌内墙乳胶漆涂料；片状氮化碳
增加了与外界的接触面积，有利于提高甲醛、甲苯等污染分子的清除效率；纳米复合铜能够减少氮化碳的空穴
‑
电子复合率，提高光催化效果；纳米铜的价格比银便宜，抗菌性能良好，有利于替代昂贵的银离子抗菌剂，降低涂料成本；制备的含有铜氮化碳纳米复合材料的功能乳胶漆涂料，清除甲醛的效率达到92.5％，持久性达到85.7％；清除甲苯的效率达到66.1％，持久性达到51.4％；对黄曲霉、宛氏青霉等八种霉菌的防霉效果为0级，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌效果均大于99.9％。
54.实施例一：
55.s1.将转速调到500rpm，加水25份，羟乙基纤维素0.4份，水性分散剂0.7份，水性润湿剂0.2份。
56.s2.将转速提高到1000rpm，分别加入钛白粉18份，煅烧高岭土9份，碳酸钙15份，硅藻土8份，铜氮化碳纳米复合材料6份。
57.s3.继续将转速调高到1400rpm，搅拌20min，混合均匀后，将转速降低到1000rpm，继续添加乳液20份，防冻剂0.9份，成膜助剂1份，消泡剂0.7份，搅拌15min，得到具有铜氮化碳纳米复合材料的涂料。
58.实施例二：
59.在实施例一的s2中，将铜氮化碳纳米复合材料的份数改变为4份，钛白粉为20份，其余不变。
60.对比例一：
61.在实施例一的s2中，将铜氮化碳纳米复合材料更换为6份钛白粉，其余步骤不变。
62.本发明的实施例1
‑
2和对比例1进行性能比较，甲醛、甲苯净化效率测试参照jc/t 1074
‑
2008《室内空气净化功能涂覆材料净化性能》；抗菌防霉测试参照hg/t 3950
‑
2007《抗菌涂料标准》。得到的数据如下表1。
63.表1本发明铜氮化碳除醛抗菌涂料与对比例的性能对比
[0064][0065]
f:抗菌测试的细菌，包括大肠杆菌、金黄色葡萄球菌；b:防霉测试的霉菌包括：球毛壳霉、宛氏拟青霉、绳状青霉、黑曲霉、桔青霉、绿色木霉、出芽短梗霉、黄曲霉。
[0066]
通过上表可得知：制备的含有铜氮化碳的功能乳胶漆涂料，清除甲醛的效率达到
92.5％，持久性达到85.7％；清除甲苯的效率达到66.1％，持久性达到51.4％；对黄曲霉、宛氏青霉等八种霉菌的防霉效果为0级，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌效果均大于99.9％。
[0067]
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。