光催化纳米喷涂料及其制备方法.pdf

本发明公开了一种光催化纳米喷涂料及其制备方法，属于光催化涂料技术领域，光催化纳米喷涂料由沥青、皂液和硅烷偶联剂组成，按质量百分比沥青：皂液：硅烷偶联剂＝48.5％～49.5％：50％～51％：0.5％～1％，各组分之和为百分之百；皂液按照质量百分比由以下组分组成：稳定剂0.4％～2％、乳化剂3％～6％、分散剂2％～6％、纳米TiO210％～20％，其余为高纯水，各组分之和为百分之百；其中，分散剂的质量为纳米TiO2质量的20％～30％。解决了现有技术中的道路喷涂料储存稳定性差，与沥青路面颜色差别大，降低了路面本身的抗滑和渗水性能，进而影响行车安全的问题。

1.一种光催化纳米喷涂料，其特征在于，由沥青、皂液和硅烷偶联剂组成，按质量百分比沥青：皂液：硅烷偶联剂＝48.5％～49.5％：50％～51％：0.5％～1％，各组分之和为百分之百；皂液按照质量百分比由以下组分组成：稳定剂0.4％～2％、乳化剂3％～6％、分散剂2％～6％、纳米TiO10％～20％，其余为高纯水，各组分之和为百分之百；其中，分散剂的质量为纳米TiO质量的20％～30％。 2.根据权利要求1所述的一种光催化纳米喷涂料，其特征在于，所述皂液按照质量百分比由以下组分组成：稳定剂1％、乳化剂4％、分散剂3.2％和纳米TiO16％，其余为高纯水，各组分之和为百分之百。 3.根据权利要求1所述的一种光催化纳米喷涂料，其特征在于，所述稳定剂为CaCl、NHCl或草酸中的任意一种。 4.根据权利要求1所述的一种光催化纳米喷涂料，其特征在于，所述乳化剂为慢裂型乳化剂SY-CME。 5.根据权利要求1所述的一种光催化纳米喷涂料，其特征在于，所述分散剂为聚丙烯酸钠分散剂。 6.根据权利要求1所述的一种光催化纳米喷涂料，其特征在于，所述纳米TiO为锐钛型纳米TiO。 7.根据权利要求1所述的一种光催化纳米喷涂料，其特征在于，所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH560。 8.根据权利要求1-7任意一项所述的一种光催化纳米喷涂料的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤进行：步骤1，皂液的制备：按照质量百分比称取以下组分：稳定剂0.4％～2％、乳化剂3％～6％、分散剂2％～6％、纳米TiO10％～20％，其余为高纯水，各组分之和为百分之百；其中，分散剂的质量为纳米TiO质量的20％～30％；向已称取的高纯水中加入已称取的稳定剂，加热并充分搅拌溶解后，向溶液中加入已称取的乳化剂溶解，然后再加入已称取的分散剂，并充分搅拌溶解，之后缓缓的加入已称取的纳米TiO，搅拌15min，保温65℃～70℃待用；步骤2，加热沥青至流动状态，保温135℃～140℃待用；步骤3，乳化：按质量百分比沥青：皂液：硅烷偶联剂＝48.5％～49.5％：50％～51％：0.5％～1％称取沥青、皂液和硅烷偶联剂，各组分之和为百分之百；先将已称取的皂液加入到乳化机中，后将已称取的沥青加入到乳化机中，乳化3min后至冷却，加入已称取的硅烷偶联剂，搅拌均匀后，即得到光催化纳米喷涂料。 9.根据权利要求8所述的一种光催化纳米喷涂料的制备方法，其特征在于，所述步骤3中乳化机为胶体磨。

技术领域

本发明属于光催化涂料技术领域，涉及一种用于道路中降解汽车尾气的光催化纳米喷涂料及其制备方法。

背景技术

近年来，随着我国汽车行业的迅猛发展，汽车走进了千家万户，汽车带给人们便捷的同时，汽车排放的汽车尾气也带来了越来越严重的大气污染，虽然当车辆较少时，大气的自净能力可以净化大部分的汽车尾气，但是现在汽车数量迅猛增长，排放的汽车尾气远远超过了大气的自净能力。据统计资料表明，城市中每天每千辆汽车排出CO约3000kg，HC约200kg～400kg，NOx约50kg～150kg，截至2014年底全球机动车保有量达10亿辆，同时较高浓度的汽车尾气容易引起呼吸困难、咽喉痛、头痛、咳嗽，严重者还能诱发哮喘，所以汽车尾气防治工作已经迫在眉睫。

路面是与汽车尾气直接接触的，目前在道路环境中应用的光催化涂料一般是采用调和性的涂料与TiO2经搅拌而成，储存稳定性差，其颜色一般为白色或黄白色，涂在道路表面，一方面与沥青路面颜色差别大，另一方面降低了路面本身的抗滑和渗水性能，影响行车安全，而且耐磨性也较差。

发明内容

为了达到上述目的，本发明提供一种光催化纳米喷涂料，解决了现有技术中的道路喷涂料储存稳定性差，与沥青路面颜色差别大，降低了路面本身的抗滑和渗水性能，进而影响行车安全的问题。

本发明的另一目的是，提供上述光催化纳米喷涂料的制备方法。

本发明所采用的技术方案是，一种光催化纳米喷涂料，由沥青、皂液和硅烷偶联剂组成，按质量百分比沥青：皂液：硅烷偶联剂＝48.5％～49.5％：50％～51％：0.5％～1％，各组分之和为百分之百；皂液按照质量百分比由以下组分组成：稳定剂0.4％～2％、乳化剂3％～6％、分散剂2％～6％、纳米TiO210％～20％，其余为高纯水，各组分之和为百分之百；其中，分散剂的质量为纳米TiO2质量的20％～30％。

本发明的特征还在于，进一步的，皂液按照质量百分比由以下组分组成：稳定剂1％、乳化剂4％、分散剂3.2％、纳米TiO216％，其余为高纯水，各组分之和为百分之百。

进一步的，稳定剂为CaCl2、NH4Cl或草酸中的任意一种。

进一步的，乳化剂为慢裂型乳化剂SY-CME。

进一步的，分散剂为聚丙烯酸钠分散剂。

进一步的，纳米TiO2为锐钛型纳米TiO2。

进一步的，硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH560。

本发明的另一技术方案是，一种光催化纳米喷涂料的制备方法，具体按照以下步骤进行：

步骤1，皂液的制备：按照质量百分比称取以下组分：稳定剂0.4％～2％、乳化剂3％～6％、分散剂2％～6％、纳米TiO2 10％～20％，其余为高纯水，各组分之和为百分之百；其中，分散剂的质量为纳米TiO2质量的20％～30％；向已称取的高纯水中加入已称取的稳定剂，加热并充分搅拌溶解后，向溶液中加入已称取的乳化剂溶解，然后再加入已称取的分散剂，并充分搅拌溶解，之后缓缓的加入已称取的纳米TiO2，搅拌15min，保温65℃～70℃待用；

步骤2，加热沥青至流动状态，保温135℃～140℃待用；

步骤3，乳化：按质量百分比沥青：皂液：硅烷偶联剂＝48.5％～49.5％：50％～51％：0.5％～1％称取沥青、皂液和硅烷偶联剂，各组分之和为百分之百；先将已称取的皂液加入到乳化机中，后将已称取的沥青加入到乳化机中，乳化3min后至冷却，加入已称取的硅烷偶联剂，搅拌均匀后，即得到光催化纳米喷涂料。

进一步的，步骤3中乳化机为胶体磨。

本发明的有益效果是：本发明的材料来源广，无毒，制备方法简单，与沥青路面颜色相同，不会影响行车安全，标准粘度高，贮存稳定性好，粘附性好，湿轮磨耗小，施工操作方便，而且其喷涂量在0.5L/m2内，用量小，不会影响路面的抗滑和渗水性能，也具有极好的耐磨性能；本发明能够在不降低路面抗滑和渗水等性能下，经过太阳光照射能降解汽车尾气，是环保型涂料，能够有效的改善人们的生活环境。

附图说明

图1是本发明光催化纳米喷涂料喷涂在车辙板上的效果图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

实施例1，

制作1kg的光催化纳米喷涂料，其中锐钛型纳米TiO2含量为皂液质量的16％，具体按照以下步骤进行：

步骤1，皂液的制备：向高纯水中加入皂液质量0.4％的稳定剂CaCl2，加热并充分搅拌溶解后，向溶液中加入皂液质量4％的慢裂型乳化剂SY-CME溶解，然后再加入皂液质量3.2％的聚丙烯酸钠分散剂(聚丙烯酸钠分散剂的加入量为锐钛型纳米TiO2质量的20％)，并充分搅拌溶解，之后缓缓的加入皂液质量16％的锐钛型纳米TiO2，搅拌15min，保温70℃待用；

步骤2，加热沥青至流动状态，保温140℃待用；

步骤3，乳化：先将0.505kg的皂液加入到乳化机中，后将0.485kg的沥青加入到乳化机中，乳化3min后至冷却，加入0.01kg的硅烷偶联剂KH560，搅拌均匀后，即得到光催化纳米喷涂料，放于塑料桶备用，乳化机采用胶体磨。

实施例2，

制作1kg的光催化纳米喷涂料，其中锐钛型纳米TiO2含量为皂液质量的10％，具体按照以下步骤进行：

步骤1，皂液的制备：向高纯水中加入皂液质量2％的稳定剂NH4Cl，加热并充分搅拌溶解后，向溶液中加入皂液质量3％的慢裂型乳化剂SY-CME溶解，然后再加入皂液质量2％的聚丙烯酸钠分散剂(聚丙烯酸钠分散剂的加入量为锐钛型纳米TiO2质量的20％)，并充分搅拌溶解，之后缓缓的加入皂液质量10％的锐钛型纳米TiO2，搅拌15min，保温65℃待用；

步骤2，加热沥青至流动状态，保温135℃待用；

步骤3，乳化：先将0.5kg的皂液加入到乳化机中，后将0.495kg的沥青加入到乳化机中，乳化3min后至冷却，加入0.005kg的硅烷偶联剂KH560，搅拌均匀后，即得到光催化纳米喷涂料，放于塑料桶备用，乳化机采用胶体磨。

实施例3，

制作1kg的光催化纳米喷涂料，其中锐钛型纳米TiO2含量为皂液质量的20％，具体按照以下步骤进行：

步骤1，皂液的制备：向高纯水中加入皂液质量1％的稳定剂草酸，加热并充分搅拌溶解后，向溶液中加入皂液质量6％的慢裂型乳化剂SY-CME溶解，然后再加入皂液质量6％的聚丙烯酸钠分散剂(聚丙烯酸钠分散剂的加入量为锐钛型纳米TiO2质量的30％)，并充分搅拌溶解，之后缓缓的加入皂液质量20％的锐钛型纳米TiO2，搅拌15min，保温68℃待用；

步骤2，加热沥青至流动状态，保温138℃待用；

步骤3，乳化：先将0.51kg的皂液加入到乳化机中，后将0.485kg的沥青加入到乳化机中，乳化3min后至冷却，加入0.005kg的硅烷偶联剂KH560，搅拌均匀后，即得到光催化纳米喷涂料，放于塑料桶备用，乳化机采用胶体磨。

本发明的制备方法首先是添加稳定剂和乳化剂，制备出乳化剂的水溶液，然后添加分散剂，使分散剂充分溶于乳化剂的水溶液中，这样可以很好的保证后续加入的纳米TiO2能够充分分散在皂液中。

各组分及其含量在本发明中的作用：

沥青在本发明中起到载体的作用，合适的沥青用量利于现场施工和路面的行车安全，沥青用量过少会使涂料过于稀，载体沥青含量少，不能很好的贴敷在沥青路面表面；沥青用量过多，涂料过于黏稠，不利于喷洒施工。

皂液在本发明中的目的是乳化沥青，使沥青常温下呈液体流动状态，过少会使涂料过于黏稠，不利于喷洒施工，过多的话会使涂料过于稀，载体沥青含量少，不能很好的贴敷在沥青路面表面。

稳定剂CaCl2的作用是使涂料的储存稳定性更好，防止涂料在短时间出现沉淀分层现象；本发明中，稳定剂的掺入量为皂液质量的0.4％～2％，能够使最终涂料的储存稳定性更好，过多或过少都会致使其储存稳定性下降。

硅烷偶联剂KH560能使涂料与路面有更好的粘结性，还可以提高涂料的储存稳定性和光泽度，提高涂料在路面上的使用寿命。

纳米TiO2粒径小，比表面积大，对沥青的吸附能力强；此外，涂料喷洒在路面表面，纳米TiO2在太阳紫外线的照射下，具有光催化降解汽车尾气成分等有害气体的作用，纳米TiO2具有多种晶型，太阳紫外线到达地面的紫外线波长主要集中在280nm～400nm，而锐钛型纳米TiO2的禁带宽度为3.2eV，所吸收的紫外线波长范围为280nm～400nm范围内，可以发挥更好的光催化性能；过少的锐钛型纳米TiO2的用量会降低单位面积涂料用量的光催化降解性能，过多会使造成浪费。

慢裂型乳化剂SY-CME(江苏新越沥青有限公司生产)的作用是起到乳化沥青的作用，让沥青在常温下成液体流动状态。加入过多或过少都会使沥青的乳化不完全，会存在未被乳化的块状的沥青。

江苏新越沥青有限公司生产的慢裂型乳化剂SY-CME与国内常见的几种慢裂型乳化剂对比，结果如表1所示。

表1添加不同乳化剂的光催化涂料基本性能指标比较

由表1可知，只有添加阳离子型慢裂乳化剂SY-CME的光催化涂料最符合各项要求，利于施工现场喷涂，所以经综合比较，选用阳离子型慢裂乳化剂SY-CME来制备锐钛型纳米TiO2光催化涂料。

聚丙烯酸钠分散剂在本发明中起到分散钛型纳米TiO2的作用，确保锐钛型纳米TiO2更好的均匀分散在整个涂料中。当分散剂的加入量为纳米TiO2质量的20％～30％时，可以很好使纳米TiO2在涂料中分散均匀，加入过多或过少都会使纳米TiO2不能均匀分散在涂料中，出现分层现象。

实施例1-3制得的光催化纳米喷涂料的技术指标分析：

采用乳化沥青喷洒机，设置成每平方米喷洒0.5L，得到如表2所述的数据；

表2实施例1-3中不同纳米TiO2掺量的光催化纳米喷涂料的技术指标

指标掺量 10％ 16％ 20％ 技术要求 乳化状况 乳液棕色 乳液棕色 乳液棕色 — 标准粘度C25,3(s) 15.54 15.98 16.12 8～20 贮存稳定性(％，5d) 3.76 3.63 3.88 ≤5 粘附性，裹覆面积 ＞2/3 ＞2/3 ＞2/3 ≥2/3

从表2中可以看出：

(1)不同纳米TiO2的掺量的光催化涂料的颜色呈棕色，说明其乳化效果较好；

(2)随着纳米TiO2的掺量的增加，光催化涂料的标准粘度变大，说明其逐渐变得粘稠，主要是由于纳米TiO2粒径小，比表面积大，对沥青的吸附能力强，纳米TiO2的掺量的增加致使涂料变得粘稠，但都满足PC-2洒布型阳离子慢裂乳化沥青标准粘度8-20s的要求，利于喷涂；

(3)光催化喷涂料与路面的粘附性较好。

本发明光催化纳米喷涂料与普通涂料的各项指标比较结果，见表3；

表3本发明光催化纳米喷涂料与普通涂料的各项指标比较

指标 本发明涂料 普通涂料 技术要求 乳化状况 乳液棕色 白色 — 标准粘度C25,3(s) 15.98 14.99 8～20 贮存稳定性(％，5d) 3.63 8.01 ≤5 粘附性，裹覆面积 ＞2/3 <2/3 ≥2/3 湿轮磨耗值(g/m2)浸水1h 380 812 ＜540

从表3看出，与普通涂料相比，本发明光催化纳米喷涂料的乳液棕色与沥青路面的颜色接近，标准粘度高，贮存稳定性好，粘附性好，湿轮磨耗小。