钾水玻璃用光催化特种涂料及其制备方法与流程

1.本发明属于光催化材料领域，具体涉及钾水玻璃用光催化特种涂料及其制备方法。


背景技术：

2.当今社会经济的快速发展，科学技术的不断进步，人们在享受人类文明的同时，也无时不刻受到经济科技发展造成的环境污染，特别是空气污染和水质污染的危害。随着人们环保理念的提高，以及对绿色健康生活的追求，清洁能源的利用，受到追捧，如太阳能的利用。
3.目前，开发太阳能正被视为一项重要的战略解决全球能源危机和环境污染。作为高级光化学技术，光催化技术近年来得到了广泛的发展并成功地应用于多种反应，如裂解水，二氧化碳还原以及污染物去除。带隙较大的光催化剂(如tio2和zno)禁带宽度较宽，难以实现太阳能的高效利用，因此，亟待开发具有可见光响应的光催化剂。
4.bi2o3是一种重要的、低毒性的可见光响应型光催化剂，地球储量丰富，化学稳定性好，且其直接带隙宽度较小一般在2-3.9ev范围内变化，与其晶相结构有关。bi2o3主要有四个晶相：单斜相(α-)，四方相(β-)，体心立方相(γ-)和面心立方相(δ-)，其禁带宽度分别为2.8，2.58，2.8以及3.01ev。其中，β-bi2o3带宽最窄，表现出优越的光催化活性，然而，β-bi2o3为热力学亚稳相，容易转变为α-bi2o3。
5.另外，现有的光催化涂料是将具有光催化作用的纳米无机粉体颗粒分散在有机涂料基体中，而在实际使用过程中，随着光催化反应的进行，有机基体涂料性能会快速下降，导致涂层失效，因此，如何提高光催化涂料的使用寿命，使其发挥良好光催化性能的同时可以长期附着在基体上，是本领域技术人员亟待解决的技术问题之一。


技术实现要素：

6.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：钾水玻璃用光催化特种涂料，包括以下重量份数的原料：
7.8-10份氨基磺酸，8-10份硅酸酯，2-4份阴离子表面活性剂，16-18份质量分数为8-10％的壳聚糖溶液，60-80份钾水玻璃，20-30份β-氧化硼，3-5份固化剂；
8.所述固化剂为纳米氧化锌、纳米二氧化硅、纳米氧化镁和纳米氧化铝中的任意一种。
9.作为上述技术方案的优选，所述β-氧化硼为核壳结构，所述β-氧化硼的内核包括β-氧化硼亚稳相，所述β-氧化硼的外壳包括稀土金属氧化物。
10.作为上述技术方案的优选，所述稀土金属氧化物为氧化铈、氧化钪、氧化钇、氧化镧中的任意一种。
11.作为上述技术方案的优选，所述钾水玻璃为模数为2.6-2.9的液体钾水玻璃。
12.作为上述技术方案的优选，所述硅酸酯为硅酸甲酯、硅酸乙酯、硅酸丙酯的中任意
一种。
13.作为上述技术方案的优选，所述阴离子表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠，十二烷基二甲基甜菜碱或十八烷基二甲基甜菜碱中的任意一种。
14.作为上述技术方案的优选，所述壳聚糖为磷酯改性壳聚糖。
15.钾水玻璃用光催化特种涂料的制备方法，具体制备步骤包括：
16.原料的称取：按重量份数计，取8-10份氨基磺酸，8-10份硅酸酯，2-4份阴离子表面活性剂，16-18份质量分数为8-10％的壳聚糖溶液，60-80份钾水玻璃，20-30份β-氧化硼，3-5份固化剂；所述固化剂为纳米氧化锌、纳米二氧化硅、纳米氧化镁和纳米氧化铝中的任意一种；所述硅酸酯为硅酸甲酯、硅酸乙酯、硅酸丙酯的中任意一种；所述钾水玻璃为模数为2.6-2.9的液体钾水玻璃；所述阴离子表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠，十二烷基二甲基甜菜碱或十八烷基二甲基甜菜碱中的任意一种；
17.主胶料的配制：将钾水玻璃、壳聚糖溶液混合，再加入钾水玻璃质量1-5％的乳化剂，钾水玻璃质量1-5％的引发剂，继续搅拌混合后，静置12-36h，得主胶料；所述乳化剂为乳化剂op-10，吐温-60或斯潘-80中的任意一种；所述引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾或过氧化苯甲酰中的任意一种；
18.产品涂料的配制：将主胶料、固化剂、氨基磺酸、阴离子表面活性剂、β-氧化硼搅拌反应，即得钾水玻璃用光催化特种涂料。
19.作为上述技术方案的优选，所述β-氧化硼为核壳结构；所述β-氧化硼的内核包括β-氧化硼亚稳相；所述β-氧化硼的外壳包括稀土金属氧化物；所述稀土金属氧化物为氧化铈、氧化钪、氧化钇、氧化镧中的任意一种。
20.作为上述技术方案的优选，所述壳聚糖为磷脂改性壳聚糖；所述磷脂改性壳聚糖的制备过程为：按重量份数计，依次取8-10份磷脂，80-100份质量分数为8-10％的壳聚糖分散液，先将壳聚糖分散液加入反应器，于恒温搅拌状态下，将磷脂液滴加至壳聚糖分散液中，待滴加完毕，继续恒温搅拌反应2-4h，再经干燥，得磷脂改性壳聚糖。
21.本发明的有益效果是：本发明新型类石墨烯无机光催化涂层，通过添加氨基磺酸、硅酸酯和阴离子表面活性剂对钾水玻璃进行改性，利用三者配合降低体系内部发生交联反应时，有机物和无机物之间的界面表面张力，使体系中各物质可以均匀分散于交联网络结构体系中，从而提高体系内部致密度，避免在产品制备和存放过程中发生相分离；另外，其中添加的硅酸酯可以水解生成多聚硅酸前驱体，其分子结构中产生的新生活性硅羟基具有和体系内部其他组分形成多而强的氢键的作用，从而提高产品对基体的粘附力；
22.本发明采用的技术方案使得bi2o3核的晶相由α-bi2o3稳相转变为β-bi2o3亚稳相，并利用稀土金属氧化物对其进行包覆，并利用钾水玻璃的桥接作用，使得内核和外壳之间的界面效应降低，提升了内核和外壳之间的传质效果。
具体实施方式
23.下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.钾水玻璃用光催化特种涂料，包括以下重量份数的原料：
25.8-10份氨基磺酸，8-10份硅酸酯，2-4份阴离子表面活性剂，16-18份质量分数为8-10％的壳聚糖溶液，60-80份钾水玻璃，20-30份β-氧化硼，3-5份固化剂；
26.所述固化剂为纳米氧化锌、纳米二氧化硅、纳米氧化镁和纳米氧化铝中的任意一种。
27.进一步的，所述β-氧化硼为核壳结构；所述核壳结构的内核包括β-氧化硼亚稳相；所述核壳结构的外壳包括稀土金属氧化物。
28.进一步的，所述稀土金属氧化物为氧化铈、氧化钪、氧化钇、氧化镧中的任意一种。
29.进一步的，所述钾水玻璃为模数为2.6-2.9的液体钾水玻璃。
30.进一步的，所述硅酸酯为硅酸甲酯、硅酸乙酯、硅酸丙酯的中任意一种。
31.进一步的，所述阴离子表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠，十二烷基二甲基甜菜碱或十八烷基二甲基甜菜碱中的任意一种。
32.进一步的，所述壳聚糖为磷酯改性壳聚糖。
33.上述技术方案通过采用磷脂液改性壳聚糖液，磷脂液的加入，可有效避免壳聚糖、光催化剂等组分的团聚，使壳聚糖良好分散于体系中，并在引发剂作用下交联，生成稳定交联网络，且磷脂可填充于交联网络体系中，提高产品的耐水性能。
34.钾水玻璃用光催化特种涂料的制备方法，具体制备步骤包括：
35.原料的称取：按重量份数计，取8-10份氨基磺酸，8-10份硅酸酯，2-4份阴离子表面活性剂，16-18份质量分数为8-10％的壳聚糖溶液，60-80份钾水玻璃，20-30份β-氧化硼，3-5份固化剂；所述固化剂为纳米氧化锌、纳米二氧化硅、纳米氧化镁和纳米氧化铝中的任意一种；所述硅酸酯为硅酸甲酯、硅酸乙酯、硅酸丙酯的中任意一种；所述钾水玻璃为模数为2.6-2.9的液体钾水玻璃；所述阴离子表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠，十二烷基二甲基甜菜碱或十八烷基二甲基甜菜碱中的任意一种；
36.主胶料的配制：将钾水玻璃、壳聚糖溶液混合，再加入钾水玻璃质量1-5％的乳化剂，钾水玻璃质量1-5％的引发剂，继续搅拌混合后，静置12-36h，得主胶料；所述乳化剂为乳化剂op-10，吐温-60或斯潘-80中的任意一种；所述引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾或过氧化苯甲酰中的任意一种；
37.产品涂料的配制：将主胶料、固化剂、氨基磺酸、阴离子表面活性剂、β-氧化硼搅拌反应，即得钾水玻璃光催化特种涂料。
38.进一步的，所述β-氧化硼为核壳结构；所述核壳结构的内核包括β-氧化硼亚稳相；所述核壳结构的外壳包括稀土金属氧化物；所述稀土金属氧化物为氧化铈、氧化钪、氧化钇、氧化镧中的任意一种。
39.进一步的，所述壳聚糖为磷脂改性壳聚糖；所述磷脂改性壳聚糖的制备过程为：按重量份数计，依次取8-10份磷脂，80-100份质量分数为8-10％的壳聚糖分散液，先将壳聚糖分散液加入反应器，于恒温搅拌状态下，将磷脂液滴加至壳聚糖分散液中，待滴加完毕，继续恒温搅拌反应2-4h，再经干燥，得磷脂改性壳聚糖。
40.实施例1
41.磷脂改性壳聚糖：按重量份数计，依次取8份磷脂，80份质量分数为8％的壳聚糖分散液，所述壳聚糖分散液为壳聚糖分散于水中，先将壳聚糖分散液加入反应器，于恒温搅拌状态下，将磷脂液滴加至壳聚糖分散液中，待滴加完毕，继续恒温搅拌反应2h，再经干燥，得
磷脂改性壳聚糖；
42.原料的称取：按重量份数计，取8份氨基磺酸，8份硅酸酯，2份阴离子表面活性剂，16份质量分数为8％的磷脂改性壳聚糖溶液，60份钾水玻璃，20份β-氧化硼，3份固化剂；所述固化剂为纳米氧化锌；所述硅酸酯为硅酸甲酯；所述钾水玻璃为模数为2.6的液体钾水玻璃；所述阴离子表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠；所述β-氧化硼为核壳结构；所述核壳结构的内核包括β-氧化硼亚稳相；所述核壳结构的外壳包括稀土金属氧化物；所述稀土金属氧化物为氧化铈；
43.主胶料的配制：将钾水玻璃、壳聚糖溶液混合，再加入钾水玻璃质量1％的乳化剂，钾水玻璃质量1％的引发剂，继续搅拌混合后，静置12h，得主胶料；所述乳化剂为乳化剂op-10；所述引发剂为过硫酸铵；
44.产品涂料的配制：将主胶料、固化剂、氨基磺酸、阴离子表面活性剂、β-氧化硼搅拌反应，即得钾水玻璃光催化特种涂料。
45.实施例2
46.磷脂改性壳聚糖：按重量份数计，依次取9份磷脂，90份质量分数为9％的壳聚糖分散液，先将壳聚糖分散液加入反应器，于恒温搅拌状态下，将磷脂液滴加至壳聚糖分散液中，待滴加完毕，继续恒温搅拌反应3h，再经干燥，得磷脂改性壳聚糖；
47.原料的称取：按重量份数计，取9份氨基磺酸，9份硅酸酯，3份阴离子表面活性剂，17份质量分数为9％的磷脂改性壳聚糖溶液，70份钾水玻璃，25份β-氧化硼，4份固化剂；所述固化剂为纳米二氧化硅；所述硅酸酯为硅酸乙酯；所述钾水玻璃为模数为2.7的液体钾水玻璃；所述阴离子表面活性剂为十二烷基二甲基甜菜碱；所述β-氧化硼为核壳结构；所述核壳结构的内核包括β-氧化硼亚稳相；所述核壳结构的外壳包括稀土金属氧化物；所述稀土金属氧化物为氧化钪；
48.主胶料的配制：将钾水玻璃、壳聚糖溶液混合，再加入钾水玻璃质量3％的乳化剂，钾水玻璃质量3％的引发剂，继续搅拌混合后，静置24h，得主胶料；所述乳化剂为吐温-60；所述引发剂为过硫酸钾；
49.产品涂料的配制：将主胶料、固化剂、氨基磺酸、阴离子表面活性剂、β-氧化硼搅拌反应，即得钾水玻璃光催化特种涂料。
50.实施例3
51.磷脂改性壳聚糖：按重量份数计，依次取10份磷脂，100份质量分数为10％的壳聚糖分散液，先将壳聚糖分散液加入反应器，于恒温搅拌状态下，将磷脂液滴加至壳聚糖分散液中，待滴加完毕，继续恒温搅拌反应4h，再经干燥，得磷脂改性壳聚糖；
52.原料的称取：按重量份数计，取10份氨基磺酸，10份硅酸酯，4份阴离子表面活性剂，18份质量分数为10％的磷脂改性壳聚糖溶液，80份钾水玻璃，30份β-氧化硼，5份固化剂；所述固化剂为纳米氧化镁；所述硅酸酯为硅酸丙酯；所述钾水玻璃为模数为2.9的液体钾水玻璃；所述阴离子表面活性剂为十八烷基二甲基甜菜碱；所述β-氧化硼为核壳结构；所述核壳结构的内核包括β-氧化硼亚稳相；所述核壳结构的外壳包括稀土金属氧化物；所述稀土金属氧化物为氧化钇；
53.主胶料的配制：将钾水玻璃、壳聚糖溶液混合，再加入钾水玻璃质量5％的乳化剂，钾水玻璃质量5％的引发剂，继续搅拌混合后，静置36h，得主胶料；所述乳化剂为斯潘-80；
所述引发剂为过氧化苯甲酰；
54.产品涂料的配制：将主胶料、固化剂、氨基磺酸、阴离子表面活性剂、β-氧化硼搅拌反应，即得钾水玻璃光催化特种涂料。
55.对比例1
56.本对比例和实施例1相比，区别在于采用等质量的丙烯酸酯水性涂料取代液体钾水玻璃，其余条件保持不变。
57.对比例2
58.本对比例相比于实施例1而言，未添加氨基磺酸和硅酸酯，其余条件保持不变。
59.对比例3
60.本对比例相比于实施例1而言，区别在于β-氧化硼无稀土氧化物外壳包覆，其余条件保持不变。
61.对实施例1-3及对比例1-3所得产品进行性能测试，具体测试方法和测试结果如下所述：
62.将上述不同产品分别涂覆于洁净的玻璃板表面，加热使涂料固化后，测试涂层的粘附力a1；再将涂覆有涂层的玻璃板于加速老化试验箱中，进行加速老化试验，再将玻璃板去除，分别测试不同玻璃板表面涂层的粘附力a2；计算涂层粘附力变化率：(a1-a2)/a1
×
100％；测试结果如下所述：
[0063][0064][0065]
由上述测试结果可知钾水玻璃的采用，使得产品的耐老化性能得到显著提升，可有效提高涂层对玻璃基板的附着力，避免粘附失效。
[0066]
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何标记视为限制所涉及的权利要求。