專利名稱：負離子涂料添加劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及涂料領(lǐng)域，更具體地說，涉及負離子涂料添加劑。
20世紀(jì)80年代，人們發(fā)現(xiàn)了天然負離子發(fā)生材料，即一類具有自發(fā)極化特性的晶體，其中最引人注目的當(dāng)屬電氣石(tourmaline)；此外，含放射性元素及稀土元素的礦物也能發(fā)生負離子。目前利用在涂料中添加電氣石或含放射性元素及稀土元素礦物的技術(shù)在國內(nèi)外時有報導(dǎo)。但存在許多不足一種方案是在涂料中只添加電氣石微粉，如CN1307077A、CN1379066A，這樣雖然有一定效果，但由于負離子發(fā)生能力太低，效果有待提高。另一種方案是在加入電氣石微粉的同時，加入含稀土元素的礦物微粉，對電氣石予以激活，如CN1386550A，這樣可收到一定效果，但是由于稀土元素礦物含有一定量的放射性元素，因此在使用時要嚴(yán)格控制放射性指標(biāo)，而且在該情況下，雖然提高了負離子的發(fā)生能力，但同時也產(chǎn)生了大量的正離子。
此外，CN1386550A加入了納米TiO2光催化材料，以提高電氣石的活性。保證納米TiO2光催化材料有效果的兩個關(guān)鍵指標(biāo)是納米顆粒的粒徑要盡可能小和在載體中要有良好的分散。這種納米TiO2光催化材料的成本高，不宜大量使用。為此，一種高效多功能負離子涂料添加劑將成為涂料特別是建筑涂料行業(yè)急盼解決的課題。
本發(fā)明人為此進行了深入的研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，利用電子束(尤其是散焦電子束)對電氣石超微粉進行激活強化處理，即可以大大提高電氣石發(fā)生負離子的能力。另一方面，如果在含電氣石微粉的組合物中混入一定量的黃玉(topaz)粉末，也可以明顯地提高電氣石發(fā)生負離子的能力。如果合并采用這兩種技術(shù)措施，則可以使含電氣石的涂料添加劑發(fā)生負離子的能力比現(xiàn)有技術(shù)的負離子涂料添加劑高得多，由于這一研究成果，至此便完成了本發(fā)明。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下(1)一種負離子涂料添加劑，其特征在于，其中含有下列成分成分 粒徑 重量％電氣石超微粉 ≤1μm40～60納米TiO2光催化粉≤10nm0.5～5黃玉超微粉 ≤3μm2～35二氧化鈦和/或二氧化硅超微粉 ≤0.5μm 余量(補足至100％)而且，上述的電氣石超微粉事先經(jīng)過散焦電子束激活強化處理，該處理的各項參數(shù)如下
電子束加速電壓10-50KV電子束電流100-200mA電子束照射面積2-10cm2粉體厚度 0.5-2cm粉體縱向移動速度 0.5-2m/分。
(2)如(1)所述的負離子涂料添加劑，其特征在于，其中還含有粒徑為≤1μm的BaTiO3超微粉0.5-5重量％。
(3)如(1)或(2)所述的負離子涂料添加劑，其特征在于，其中還含有陰離子型分散劑、乙二醇和水，當(dāng)以上述(1)或(2)中所有各成分的混合物作為混合超微粉體時，各成分的重量百分比如下成分 重量％混合超微粉體 40-60陰離子型分散劑0.2-1乙二醇0.1-0.3水余量(補足至100％)(4)如(1)或(2)所述的負離子涂料添加劑，其特征在于，上述的電氣石為選自鋰電氣石，鎂電氣石、鐵電氣石中的至少一種。
(5)如(3)所述的負離子涂料添加劑，其特征在于，上述的陰離子型分散劑為聚丙烯酸鈉。
(6)如(4)所述的負離子涂料添加劑，其特征在于，上述的電氣石為鋰電氣石。
下面詳細地描述本發(fā)明。
本發(fā)明中所選用的電氣石是一種具有自發(fā)極化特性的寶石晶體，在自然界有多個同類異素體，常見的有鐵電氣石、鋰電氣石、鎂電氣石、鈣鎂電氣石、鋰鎂電氣石等，但其晶體結(jié)構(gòu)、性質(zhì)相同。
由于電氣石的化學(xué)成分復(fù)雜多變及其晶體結(jié)構(gòu)的特異，造成電氣石的單位晶胞正、負電荷中心不能重合，故兩端形成正極、負極，構(gòu)成了一個永久帶電體一永久電極。正是由于正負電荷無對稱中心，即晶胞具有固有偶極矩，且偶極矩沿同一方向排列，使晶體處于高度極化狀態(tài)，這種極化狀態(tài)在外部電場為零時也存在。當(dāng)外界溫度或壓力有微小變化時，晶體的離子間距與鍵角發(fā)生變化，誘發(fā)附加偶極矩，自發(fā)極化強度發(fā)生變化導(dǎo)致束縛在晶體表面的束縛電荷的一部分被釋放出來，從而使晶體呈帶電狀態(tài)或在閉合回路中形成微電流及在周圍形成104～107V/cm的電場(晶體尺寸為3μm時)，電場作用范圍呈半徑為十幾個μm的球型。
當(dāng)電氣石與空氣中的水分子接觸時，電氣石永久電極瞬間放電，使水分子電解
由于H+移動速度比OH-移動速度快，更比空氣中其他離子移動速度快，所以H+移到永久電極的負極，接受一個電子，生成H2逸散到空氣中
而OH-則與空氣中的另外水分子結(jié)合，生成羥基負離子
以上為電氣石產(chǎn)生負離子的機理。
由于電氣石為具有自發(fā)極化的永久電極晶體，即具有偶極矩，當(dāng)分子做熱運動時，相應(yīng)的偶極矩發(fā)生變化，即熱運動使極性分子激發(fā)到更高的能級，當(dāng)它向下躍遷時就把多余的能量以遠紅外線的方式釋放出來，使產(chǎn)生波長4～14μm，發(fā)射率＞90％的遠紅外輻射。
由于微電流、電場及遠紅外線的作用，電氣石具有抗菌抑菌功能。
由于發(fā)生負離子的包覆、正負極的吸附及微電流電場的分解等綜合作用，電氣石具有去除甲醛、氨、苯、VOC及其他臭氣異味的功能。
另外，電氣石粒子的大小對其負離子發(fā)射能力有較大影響。例如，同樣重量的電氣石，粉碎到不同粒徑時，其粒子數(shù)差別極大。假如一個粒徑為8μm的電氣石粉粒，再粉碎至粒徑為1μm，則可以成為4000多個粉粒，也就是說，為了以盡量少的電氣石，提供盡量多的永久電極，必須將其粉碎到盡量小的粒徑。但是，由于電氣石礦物的硬度很高，要將其粉碎到更小粒徑就會使成本明顯增高，因此本發(fā)明將電氣石的粒徑限定為≤1μm。
另外，本發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，天然電氣石發(fā)射負離子的能力存在一定限度，即使將其粉碎至≤1μm，其負離子發(fā)射能力仍不夠理想，導(dǎo)致在涂料中的電氣石用量較多。經(jīng)過本發(fā)明人的深入研究后發(fā)現(xiàn)，為了進一步提高電氣石的負離子發(fā)生能力就要使永久電極的自發(fā)極化強度加大，熱釋電系數(shù)加大，為此，本發(fā)明人使電氣石經(jīng)高能束流-電子束激活強化處理，電子束加速電壓10～50KV，電子束電流100～200mA，用散焦電子束對粉體進行處理使其永久電極的離子間距及鍵角增大，當(dāng)外界溫度與壓力發(fā)生相同的微小變化時可導(dǎo)致更大的離子間距與鍵角變化，從而提高了自發(fā)極化強度和熱釋電系數(shù)并增加了負離子發(fā)射能力。實驗結(jié)果表明，經(jīng)此處理的電氣石，其性能明顯高于天然的電氣石。
另外，納米銳鈦型TiO2光催化材料是目前最理想的光活性半導(dǎo)體材料，其禁帶寬為3.2ev，光催化性能優(yōu)異、安全，在日本等國已大量應(yīng)用于水凈化、空氣凈化等領(lǐng)域。
當(dāng)TiO2受到紫外線照射時產(chǎn)生電子e-或空穴h+。
即其中空穴具有極強氧化性，使有機物氧化而降解電子使有機物分解并具有抗菌抑菌作用。
測試表明同是納米TiO2光催化材料，其粒徑和在載體中的分散好壞對其光活性有重大影響。所以本發(fā)明配方中選擇了粒徑為≤10nm的納米銳鈦型TiO2光催化材料，以增強高效多功能負離子添加劑降解甲醛、氨、苯、VOC及其他臭氣異味的效果，并加強抗菌抑菌效果。
另外，本發(fā)明人還通過實驗研究發(fā)現(xiàn)，電氣石超微粉體為永久電極的帶電體，所以極易凝聚且造成相鄰粒子正負極接觸短路中和，按其概率原理，純電氣石超微粉其短路中和的幾率約為50％，所以必須進行良好的分散與分隔，而黃玉是一種常用的寶石，其硬度高、電阻率大，加入少量黃玉微粉就能使電氣石微粉顆粒之間充分地分隔，進而將其加入涂料中能使電氣石顆粒發(fā)生作用的幾率提高。
另外，本發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，BaTiO3也與電氣石一樣具有自發(fā)極化特性，因此也具有發(fā)生負離子的能力，并且與電氣石具有互補性，加入少量的BaTiO3可以進一步增強電氣石的效果。
另外，二氧化鈦和二氧化硅超微粉(≤0.5μm)也能對電氣石微粉起一定的分散和分隔的作用，但其分隔作用比黃玉微粉差，可在添加劑中作為填充劑使用。另外，二氧化鈦微粉還具有增白的作用，更適宜用于白色的涂料中。
另外，本發(fā)明的負離子添加劑也可以制成漿料形式，例如上述技術(shù)方案(3)中的組合物。這種漿料形式的負離子涂料添加劑只需通過將上述的混合超微粉體與陰離子型分散劑、乙二醇和水按規(guī)定比例混合即可制得。該漿料形式的添加劑使用起來更為方便，尤其適用于水性的涂料例如乳膠漆中。
與本領(lǐng)域的先有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果1、負離子發(fā)生能力更強，因此其用量少，效果高。
2、不存在放射性危害。
3、能更有效地去除甲醛、氨、苯、VOC及其他具有異味的氣體。
實施例1-5在實施例1-5中皆使用鋰電氣石，按照表1列出的各成分的重量百分比進行配料，充分混合均勻。
表1 實施例1-5的成分配比 注表中的數(shù)據(jù)為重量％然后將實施例1-5中獲得的負離子涂料添加劑粉體各200g分別地均勻攤開置于容積為0.5m3的密封罐中，24小時后用1C-1000型空氣離子測試儀，在室溫25℃和相對濕度55％的條件下測定罐中的負離子濃度，所獲結(jié)果列于表2中。應(yīng)予說明，為了進行對比，在表1的實施例1-5中的電氣石又分為經(jīng)電子束處理和未經(jīng)電子束處理的兩種情況，在經(jīng)電子束處理的情況下，使用的是散焦電子束，在處理時的各項參數(shù)如下電子束加速電壓 30kV電子束電流 150mA電子束照射面積 6cm2粉體厚度1cm粉體縱向移動速度1m/分將經(jīng)過電子束處理和未經(jīng)處理的電氣石粉所獲結(jié)果一并示于表2中。
表2實施例1-5的測定結(jié)果

從表1和表2的結(jié)果可以看出，在實施例1-5中，對于相同成分配比的組合物，其電氣石經(jīng)電子束處理后皆能使該組合物獲得較好的負離子釋放效果。另外還可看出，當(dāng)以BaTiO3取代TiO2超微粉的一部分(實施例2)或以黃玉取代TiO2超微粉的一部分(實施例3)時，皆能取得較好效果。另外，當(dāng)同時以黃玉和BaTiO3取代TiO2超微粉的一部分(實施例4)時，所獲的效果更好，而當(dāng)以黃玉和BaTiO3取代TiO2超微粉的大部分(實施例5)時，所獲的效果特別好。
實施例6使用上述實施例4的混合超微粉體，利用散焦電子束對其進行電子束激活強化處理，處理條件與上述實施例1-5中所用的條件相同。然后使用該經(jīng)過電子束處理的混合超微粉體，與聚丙烯酸鈉(作為陰離子型分散劑)、乙二醇和去離子水一起按表3所示比例配合，獲得了負離子涂料添加劑料漿。
表3負離子涂料添加劑料漿組成

注表中的數(shù)據(jù)為重量％然后，在一種市場上購買的立邦牌內(nèi)墻乳膠漆中加入本實施例的負離子涂料添加劑料漿2重量％，制成尺寸為300×300mm的涂料膜片(涂料用量為150-160g涂料/m2)6塊。在一個200升容積的模擬艙中，預(yù)先測得其中的負離子濃度為480個/cm3。然后，將上述涂料膜片6塊放入該模擬艙中，密閉放置24小時，然后測得其中的負離子濃度為1600個/cm3。
由此可見，把本發(fā)明的負離子涂料添加劑實際應(yīng)用于內(nèi)墻涂料中同樣可以高效地發(fā)生負離子。
實施例7在一個200升的模擬艙中預(yù)先進行甲醛、氨和苯蒸氣的人為染毒，測定其中所含的這三種氣體的含量，然后加入與實施例6同樣的含負離子添加劑的涂料膜片6塊，密閉放置48小時再測定這三種氣體的含量，據(jù)此求出這三種氣體的去除率。所獲結(jié)果示于表4中。
表4負離子添加劑的解毒效果

由表4的結(jié)果可以看出，含有本發(fā)明負離子涂料添加劑的涂料對通常在進行居室內(nèi)裝修時常見的幾種有毒氣體(甲醛、氨、苯)具有很高的去除能力。
權(quán)利要求
1.一種負離子涂料添加劑，其特征在于，其中含有下列成分成分 粒徑重量％電氣石超微粉 ≤1μm 40～60納米TiO2光催化粉≤10nm 0.5～5黃玉超微粉 ≤3μm 2～35二氧化鈦和/或二氧化硅超微粉 ≤0.5μm余量而且，上述的電氣石超微粉事先經(jīng)過散焦電子束激活強化處理，該處理的各項參數(shù)如下電子束加速電壓 10-50KV電子束電流 100-200mA電子束照射面積 2-10cm2粉體厚度 0.5-2cm粉體縱向移動速度 0.5-2m/分。
2.如權(quán)利要求1所述的負離子涂料添加劑，其特征在于，其中還含有粒徑為≤1μm的BaTiO3超微粉0.5-5重量％。
3.如權(quán)利要求1或2所述的負離子涂料添加劑，其特征在于，其中還含有陰離子型分散劑、乙二醇和水，當(dāng)以權(quán)利要求1或2中所有各成分的混合物作為混合超微粉體時，各成分的重量百分比如下成分 重量％混合超微粉體 40-60陰離子型分散劑 0.2-1乙二醇 0.1-0.3水 余量。
4.如權(quán)利要求1或2所述的負離子涂料添加劑，其特征在于，上述的電氣石為選自鋰電氣石，鎂電氣石、鐵電氣石中的至少一種。
5.如權(quán)利要求3所述的負離子涂料添加劑，其特征在于，上述的陰離子型分散劑為聚丙烯酸鈉。
6.如權(quán)利要求4所述的負離子涂料添加劑，其特征在于，上述的電氣石為鋰電氣石。
全文摘要
負離子涂料添加劑，其特征在于，其中含有(重量％)電氣石超微粉40－60、納米TiO
文檔編號C09D7/12GK1478828SQ0315311
公開日2004年3月3日 申請日期2003年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月7日
發(fā)明者蒼鳳華, 富潔, 辛民, 穆暉 申請人:北京朗諾環(huán)?？萍加邢薰?br>