技术领域
[0001] 本
发明涉及一种环保材料，更具体地涉及一种多功能环保壁材及其制备方法与用途，属于
涂装工艺领域。
背景技术
[0002] 绿色、环保是当代材料科学领域的重要理念，在环保意识的逐步增强同时，时代对新材料的研发以及材料加工和使用工艺等方面也提出了更高的要求。随着工业的发展和科技的进步，工业涂装和室内装修中涉及了各种类型的涂装材料的广泛应用，其市场前景极为广阔。
[0003] 到目前为止，
现有技术中已经报道了多种涂装领域相关的涂料或涂层材料组合物，例如：
[0004] CN103360102A的
专利申请报道了一种
活性炭硅藻泥墙材，其包含以下主要成分：活性炭白粉35-45份、P25型二
氧化
钛10-20份、硅藻泥35-45份、稀土激活剂5-10份、十二烷基苯磺酸钠1-5份；该种墙材不含甲
醛，并可对有机物进行
吸附分解的功效。
[0005] CN103693895A的专利申请公开了一种环保防毒的
建筑材料，其由以下组分构成：硅藻泥50-78份、木质磺酸
钙2-11份、尿素1-3份、
氨基
羧酸类4-12份、地
沥青10-30份、润滑分散剂TAF0.5-3.5份、四季戊四醇酯5-11份、正丁醇5-9份、色母粒1-4.7份、木质
纤维3-9份、空心玻璃微珠0.1-0.78份、
树脂基体PPH和PPB6-21份。该涂料产生具有强氧化
力的氢氧游离基，在分解甲醛、苯、氨、TVOC等有机化合物的作用，同时达到了抗菌、防毒、除臭、防污、亲
水自洁等效果。
[0006] CN103482901A的专利申请报道了一种液态硅藻泥涂覆材料，其采用采用
硅藻土、凹凸棒土、
磷酸锆载
银粉、纳米氧化锌、电气石粉、三氧化二
铝、羟丙基甲基
纤维素、纯
丙烯酸乳液、分散剂5040、1,2-丙二醇、卡松、有机硅消泡剂和去离子水等原料复配而成，可以吸附空气中的有害物质和释放负离子来改善空气
质量，效果明显。
[0007] 虽然现在市场上或者技术层面上存着的涂装材料种类繁多，但这些材料的综合功能性(如空气
净化效果、杀菌防霉效果等)仍然有待增强，同时如何研发简便的途径用以改善材料的功能性也是该领域的关键性问题。
[0008] 针对上述问题，本发明旨在开发一种新型的环保壁材，其通过组分的筛选和复配而有效地提高材料的综合性能，并发现了组分间存在着显著的助催化和协同效果，从而充分地满足现代涂装领域的发展和应用需求，具有广泛的工业化前景和市场价值。
发明内容
[0009] 为了研发新型的多功能环保壁材及其制备方法与用途，本
发明人对此进行了深入研究，在付出了大量的创造性劳动和经过深入研究探索后，从而完成了本发明。
[0010] 具体而言，本发明主要涉及三个方面。
[0011] 第一个方面，本发明涉及一种多功能环保壁材，所述环保壁材包括水性丙烯酸乳液、硅藻泥、改性
纳米粒子、三氟化镧微粉、对苯二脒、1H-噻唑基氨基磺酸钠、重钙、透明质酸、
聚合物、香茅醇
甲酸酯、三乙烯四胺、
离子液体、助剂、丙二醇和去离子水。
[0012] 在所述环保材料中，以重量份计，其具体组分含量如下：
[0013]
[0014]
[0015] 在本发明的所述环保壁材中，涉及组成的“包括”，既包含了开放式的“包括”、“包含”等及其类似含义，也包含了封闭式的“由…组成”等及其类似含义。
[0016] 在本发明的所述环保壁材中，所述水性丙烯酸乳液的重量份数为15-18份，例如可为15份、16份、17份或18份。
[0017] 所述水性丙烯酸乳液是本领域中公知的一类性能优异的涂料组分，在此不再一一赘述。
[0018] 在本发明的所述环保壁材中，所述硅藻泥的重量份数为10-13份，例如可为10份、11份、12份或13份。
[0019] 在本发明的所述环保壁材中，所述改性纳米粒子是按如下方法制备的，或者说所述改性纳米粒子的制备方法为：
[0020] 向反应釜中加入重量比为1:0.2-0.4的纳米二氧化钛和纳米氧化锆，然后加入质量比为1:1的乙二醇和油酸的混合溶液，混合溶液质量为纳米粒子总重(即纳米二氧化钛和纳米氧化锆两者的总重)的4-5倍，室温下用分散机分散，并向其中加入为纳米二氧化钛质量1/3的
碳纳米管和为纳米氧化锆质量1/4的γ-环氧丙基三甲氧基硅烷，搅拌10-20分钟后，转移至
微波釜中，先采用微波在功率500W下处理90-120秒，再采用微波在功率200W下处理3-5分钟，反应完毕后，用
乙醇洗涤样品，过滤、干燥、均匀
粉碎，
研磨机处理至粒度为200-400nm，例如可为200nm、220nm、240nm、260nm、280nm、300nm、320nm、340nm、360nm、380nm或400nm，即得所述改性纳米粒子。
[0021] 所述改性纳米粒子的重量份数为5-10份，例如可为5份、6份、7份、8份、9份或10份。
[0022] 在本发明的所述环保壁材中，所述三氟化镧微粉的重量份数为2-5份，例如可为2份、3份、4份或5份，其粒度为400-600nm，例如可为400nm、420nm、440nm、460nm、480nm、
500nm、520nm、540nm、560nm、580nm或600nm。
[0023] 在本发明的所述环保壁材中，所述对苯二脒的重量份数为1.5-3份，例如可为1.5份、2份、2.5份或3份。
[0024] 在本发明的所述环保壁材中，所述1H-噻唑基氨基磺酸钠的重量份数为3-5份，例如可为3份、3.5份、4份、4.5份或5份。
[0025] 在本发明的所述环保壁材中，所述重钙的重量份数为6-10份，例如可为6份、7份、8份、9份或10份，其粒度为700-800目。
[0026] 在本发明的所述环保壁材中，所述透明质酸的重量份数为4-6份，例如可为4份、5份或6份。
[0027] 在本发明的所述环保壁材中，所述聚合物是按如下方法制备的，或者说所述聚合物的制备方法为：
[0028] (1)以
甲苯为
溶剂，在反应容器中加入摩尔比为1:1的甲基丙烯酸2-(N,N-二甲基氨基)乙酯和氯化苄，加入对苯二酚作为阻聚剂，加热回流反应5-8小时，冷却，析出白色晶体，抽滤，
真空干燥得中间体，其中甲基丙烯酸2-(N,N-二甲基氨基)乙酯与甲苯的摩尔体积比为1:30-50mol/ml(即每1mol甲基丙烯酸2-(N,N-二甲基氨基)乙酯使用30-50ml甲苯)，对苯二酚与甲基丙烯酸2-(N,N-二甲基胺基)乙酯的摩尔比为0.004-0.008:1；
[0029] (2)向反应容器中加入纤维素纤维、
硝酸铈铵和上述中间体，加入去离子水，通氮气排空，然后密封，于70-80℃恒温水浴中反应，反应完毕采用丙
酮洗涤、干燥，即得所述聚合物；其中纤维素纤维、硝酸铈铵和中间体的重量比为1:0.01-0.03:1.5-2，纤维素纤维与去离子水的重量体积比为1:40-50g/ml(即每1g纤维素纤维使用40-50ml去离子水)。
[0030] 所述聚合物的重量份数为6-8份，例如可为6份、7份或8份。
[0031] 在本发明的所述环保壁材中，所述香茅醇甲酸酯的重量份数为2-4份，例如可为2份、2.5份、3份、3.5份或4份。
[0032] 在本发明的所述环保壁材中，所述三乙烯四胺的重量份数为6-9份，例如可为6份、7份、8份或9份。
[0033] 在本发明的所述环保壁材中，所述离子液体为四甲基胍
硫酸氢盐、四甲基胍
盐酸盐、四甲基胍三氟甲烷磺酸盐中的任意一种，其重量份数为4-7份，例如可为4份、5份、6份或7份。
[0034] 在本发明的所述环保壁材中，所述助剂为质量比为2:1的OP-10和15-冠-5的混合物，所述助剂的重量份数为6-8份，例如可为6份、7份或8份。
[0035] 其中，OP-10是一种非常公知的乳化剂，在此不再一一赘述。
[0036] 在本发明的所述环保壁材中，所述丙二醇的重量份数为8-12份，例如可为8份、9份、10份、11份或12份。
[0037] 在本发明的所述环保材料中，所述去离子水的重量份数为5-8份，例如可为5份、6份、7份或8份。
[0038] 第二个方面，本发明涉及素所述环保壁材的制备方法，具体如下：将各自重量份的水性丙烯酸乳液、硅藻泥、改性纳米粒子、三氟化镧微粉、对苯二脒和1H-噻唑基氨基磺酸钠，以及所用总重量一半的去离子水加入微波反应釜中，于室温下在功率150-200W下搅拌5-10分钟，然后转入反应器中并加入各自重量份的重钙、透明质酸、聚合物、香茅醇甲酸酯、三乙烯四胺和离子液体，加热至60-70℃搅拌混合30-40分钟，降至室温后再加入各自重量份的助剂、丙二醇和剩余一半重量的去离子水，用高速分散机充分混合分散、研磨后，即得本发明所述环保壁材。
[0039] 其中，去离子水的加入分为两步，每步中均加入所使用去离子水总重量的一半，除去离子水外，其它组分均为一次性全部加入。
[0040] 第三个方面，本发明涉及上述环保壁材用作建筑、装饰涂料的用途。
[0041] 本领域技术人员可采用刷涂、滚刷、
喷涂等常规的涂装方法将本发明的环保壁材施用到待保护物体上，如楼房外墙、房间
墙壁、工厂
钢梁等，从而实现对这些物体的保护，并具有保温调湿、杀菌、耐磨等诸多优点。
[0042] 与现有技术相比，本发明的环保壁材通过多种添加剂组分以及物料类别的合适选择和组合，而意外地取得了令人满意的优异效果，该种环保材料无公害、且具有吸附分解甲醛、甲苯等有毒有害气体、保温调湿、杀菌、耐磨等诸多优点，充分满足了室内建筑装修的需求，具有广泛的工业化应用前景。
具体实施方式
[0043] 下面通过具体的
实施例对本发明进行详细说明，但这些例举性实施方式的用途和目的仅用来例举本发明，并非对本发明的实际保护范围构成任何形式的任何限定，更非将本发明的保护范围局限于此。
[0044] 其中，在所有的实施例中，除非另有规定，否则指代组分用量的“份”均为“重量份”。
[0045] 制备例1：改性纳米粒子的制备
[0046] 向反应釜中加入120g纳米二氧化钛和36g纳米氧化锆，然后加入702g质量比为1:1的乙二醇和油酸的混合溶液，室温下用分散机分散，向其中加入40g
碳纳米管和9gγ-环氧丙基三甲氧基硅烷，搅拌15分钟后，转移至微波釜中，先采用微波在功率500W处理100秒，再采用微波在功率200W下处理4分钟，反应完毕后，用乙醇洗涤样品，过滤、干燥、均匀粉碎，研磨机处理至粒度300nm，即得本发明所述改性纳米粒子，留作备用。
[0047] 在下面所有实施例中，除非另有规定，否则所有的“改性钠米粒子”均为该制备例所制备的改性钠米粒子。
[0048] 制备例2：聚合物的制备
[0049] (1)以40ml甲苯为溶剂，在反应容器中加入1mol甲基丙烯酸2-(N,N-二甲基胺基)乙酯和1mol氯化苄，加入0.006mol的对苯二酚作为阻聚剂，加热回流反应6小时，冷却，析出白色晶体，抽滤，真空干燥得中间体；
[0050] (2)向反应容器中加入100g纤维素纤维、2g硝酸铈铵和175g中间体，加入4500ml去离子水，通氮气排空，然后密封，于75℃恒温水浴中反应，反应完毕采用丙酮洗涤、干燥，即得本发明所述聚合物，留作备用。
[0051] 在下面所有实施例中，除非另有规定，否则所有的“聚合物”均为该制备例所制备的聚合物。
[0052] 实施例1
[0053] 将15份水性丙烯酸乳液、13份硅藻泥、8份改性纳米粒子、2份粒度为400nm的三氟化镧微粉、3份对苯二脒、4份1H-噻唑基氨基磺酸钠和2.5重量份去离子水加入微波反应釜中，于室温下在功率180W下搅拌5分钟，然后转入反应器中加入10份粒度为700目的重钙、4份透明质酸、7份聚合物、2份香茅醇甲酸酯、9份三乙烯四胺和4份离子液体四甲基胍硫酸氢盐，加热至60℃搅拌混合40分钟，降至室温后再加入8份助剂、12份丙二醇和2.5份去离子水，用高速分散机充分混合分散、研磨后进行
包装，即得本发明所述的环保壁材，命名为BC-1。
[0054] 其中，助剂为质量比为2:1的OP-10和15-冠-5的混合物。
[0055] 实施例2
[0056] 将18份水性丙烯酸乳液、10份硅藻泥、10份改性纳米粒子、3份粒度为500nm的三氟化镧微粉、2份对苯二脒、3份1H-噻唑基氨基磺酸钠和4份去离子水加入微波反应釜中，于室温下在功率200W下搅拌10分钟，然后转入反应器中加入6份粒度为800目的重钙、6份透明质酸、8份聚合物、3份香茅醇甲酸酯、6份三乙烯四胺和7份离子液体四甲基胍盐酸盐，加热至70℃搅拌混合30分钟，降至室温后再加入6份助剂、8份丙二醇和4份去离子水，用高速分散机充分混合分散、研磨后进行包装，即得本发明所述的环保壁材，命名为BC-2。
[0057] 其中，助剂为质量比为2:1的OP-10和15-冠-5的混合物。
[0058] 实施例3
[0059] 将16份水性丙烯酸乳液、11份硅藻泥、6份改性纳米粒子、4份粒度为600nm的三氟化镧微粉、1.5份对苯二脒、5份1H-噻唑基氨基磺酸钠和3.5份去离子水加入微波反应釜中，于室温下在功率150W下搅拌10分钟，然后转入反应器中加入8份粒度为700目的重钙、5份透明质酸、6份聚合物、4份香茅醇甲酸酯、7份三乙烯四胺、6份离子液体四甲基胍三氟甲烷磺酸盐，加热至70℃搅拌混合40分钟，降至室温后再加入7份助剂、10份丙二醇和3.5份去离子水，用高速分散机充分混合分散、研磨后进行包装，即得本发明所述的环保壁材，命名为BC-3。
[0060] 其中，助剂为质量比为2:1的OP-10和15-冠-5的混合物。
[0061] 对比例1-3
[0062] 除未加入改性纳米粒子、仅使用粒度为300nm的纳米二氧化钛、仅使用粒度为300nm的纳米氧化锆来分别替换本发明所述改性纳米粒子外，分别以与实施例1相同的方式而实施了对比例1-3，将得到的环保壁材顺次命名为D1、D2和D3。
[0063] 即：在对比例1中，未加入改性纳米粒子。
[0064] 在对比例2中，将本发明所述改性钠米粒子替换为粒度为300nm的纳米二氧化钛。
[0065] 在对比例3中，将本发明所述改性钠米粒子替换为粒度为300nm的纳米氧化锆。
[0066] 对比例4-6
[0067] 除未加入对苯二脒、未加入1H-噻唑基氨基磺酸钠、同时未加入对苯二脒和1H-噻唑基氨基磺酸钠外，分别以与实施例1相同的方式而实施了对比例4-6，将得到的环保壁材顺次命名为D4、D5和D6。
[0068] 即：在对比例4中，未加入对苯二脒。
[0069] 在对比例5中，未加入1H-噻唑基氨基磺酸钠。
[0070] 在对比例6中，未加入对苯二脒和1H-噻唑基氨基磺酸钠。
[0071] 对比例7-9
[0072] 除未加入离子液体、使用1-羧乙基-3-甲基咪唑硝酸盐、使用1-乙酸乙酯基-3-甲基咪唑四氟
硼酸盐替换相应的离子液体外，分别以与实施例1相同的方式而实施了对比例7-9，将得到的环保壁材顺次命名为D7、D8和D9。
[0073] 即：在对比例7中，未加入离子液体。
[0074] 在对比例8中，将四甲基胍硫酸氢盐替换为1-羧乙基-3-甲基咪唑硝酸盐。
[0075] 在对比例9中，将四甲基胍硫酸氢盐替换为1-乙酸乙酯基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐。
[0076] 对比例10
[0077] 除未加入聚合物外，以与实施例1相同的方式而实施了对比例10，得到环保壁材D10。
[0078] 性能测试试验
[0079] (1)分别按照国标标准，对环保壁材进行
放射性和有害物质等性能的检测，结果如下表1。
[0080] 表1
[0081]
[0082] 由上表中的实验结果证明，本发明的环保壁材具有环保、降噪、硬度高的优点，尤其是复合纳米粒子等组分的存在和组合使得所述环保壁材具有较高的硬度，能够耐摩擦或磨损，可广泛用于墙体装修涂层的制备。
[0083] 此外，本发明人还研究了所述环保壁材在建筑、装饰涂料实际应用中的性能，具体操作和测试方法为：
[0084] 使用滚刷工艺，将实施例1-3制得的环保壁材BC-1—BC-3分别涂覆在钢材基底上，厚度约为0.25mm，室温干燥
固化，冷却后即形成涂层；经过48小时、96小时后观察涂层，未发现龟裂或脱落的现象，表面平整且施工方便；如需辅以
颜色，可依据喜好适当添加有色颜料，以增强美感。
[0085] 而当采用D1-D10的环保壁材进行上述相同的涂覆工艺时，经过48小时后观察未发现龟裂或脱落现象，但96小时后D7-D10略有褶皱现象。
[0086] (2)利用QB/T2738-2005
滤纸片法测定环保壁材对病原菌生长的抑制效，称取等量实施例1和对比例的环保壁材，用水稀释至10％的重量浓度，用加样器在PDA培养基上5-6 -1
滴加40μL、浓度为1×10 cfu/ml 活化后的病菌悬浮液，用玻璃刮子涂匀，然后将直径为
10mm滤纸片3片(预先在实施例1的环保壁材稀释液中浸泡0.5小时)置于PDA平板培养基中央，滤纸片中心之间相距25mm以上，且与平板的边缘相距15mm以上。以对比例D1-D10的环保壁材稀释液作为对照组，于25℃恒温箱中培养12-24h，测量每个处理的菌圈直径，结果如表2。
[0087] 表2
[0088]
[0089] 由上表中的实验结果证明，本发明所制备的环保壁材具有良好的抑菌性能，而对照组的效果却表现出明显下降的结果，其中对照组中D1、D4和D7在实验24h后对大肠杆菌的菌圈直径分别为33.4mm、35.1mm和34.3mm，对照组中D4、D6和D7在实验24h后对金黄色葡萄球菌的菌圈直径分别为31.9mm、30.6mm和32.8mm。由此可见，各组分间的相互作用对抑菌效果的增强起到了突出的作用。
[0090] (3)采用JC/T1074-2008《室内空气净化材料功能涂覆材料净化性能》规定的方式对所制备得到的环保材料的净化效果进行测试，结果如下表3。
[0091] 表3
[0092]
