[发明专利]一种光催化水性聚丙烯酸涂料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及聚丙烯酸涂料领域，具体涉及一种通过Ag掺杂NCC/ZnO的水性聚丙烯酸涂料及其制备方法。

背景技术

室内装饰装修已成为人们改善生活条件、提高生活质量的重要组成部分，同时因装饰装修引发的室内污染问题备受人们关注。随着木质复合材料、涂料、布艺家居大量应用于室内装饰装修中，这些材料在生产和使用中均会涉及有机挥发物(Volatile organic compounds，VOC)的释放。对新建筑住宅室内空气中VOC进行测定发现，室内萜烯类、醛类、酮类物质主要来源于木质复合材料及其制品。室内VOC的释放会对居住者的健康产生潜在的威胁。致力于提供健康、环保的室内装饰装修材料一直是科研工作者和材料生产者的目标之一。

水性聚丙烯酸涂料无毒、无味、化学稳定性高，具有成膜性好、涂膜坚韧、透明度高、色泽浅、优异的耐候性、耐腐蚀性和附着力高等优点，是一种低挥发性VOC的绿色环保型材料。但是，目前水性聚丙烯酸涂料功能单一，应用有限。因此，提高水性聚丙烯酸涂料的功能性，可以促进水性聚丙烯酸涂料的应用。纳米ZnO作为一种宽带隙(3.37eV)和高结合能(～60meV)光催化材料，具有无毒、高电子迁移率、理化性质稳定以及较高的催化活性等特点，常被用来作为涂料、装饰纸的改性剂，用以提高材料光催化有机物的能力。在紫外光或可见光下，纳米ZnO价带上的电子被激发到导带，形成电子-空穴对，与有机物反应生成自由基，将有机物氧化成水和二氧化碳。采用纳米晶态纤维素(nanocrystalline cellulose，NCC)为模板原位聚合制备NCC/ZnO复合胶体是近年来提高纳米ZnO催化活性的一个新方法。发明专利CN 106700784 A公开了一种通过NCC的吸附和ZnO光催化协同降解人造板甲醛的方法。但是由于纳米ZnO禁带宽度的限制，一般只在紫外光下具有很高的催化活性，可见光利用率低，而且光生电子-空穴对易于复合从而降低了NCC/ZnO复合胶体的光催化效率。

贵金属Ag掺杂NCC/ZnO复合胶体，利用Ag表面等离子体共振效应，使得纳米ZnO中载流子重新分布形成肖特基势垒，其作为“电子陷阱”能够有效地俘获电子，降低光生电子和空穴的复合，增强其对可见光的吸收。

发明内容

本发明的目的：提供一种在可见光下光催化水性聚丙烯酸涂料及其制备方法。

本发明的技术解决方案：采用贵金属Ag掺杂NCC/ZnO复合胶体，并将改性后的NCC/ZnO/Ag复合胶体均匀分散至水性聚丙烯酸涂料中，制成光催化水性聚丙烯酸涂料。

一种光催化水性聚丙烯酸涂料的制备方法，其特征是按以下步骤进行：

(1)按质量比(0.3～0.7)∶100称取纳米晶态纤维素、蒸馏水，充分混合、超声，得到质量分数为0.3～0.7％的纳米晶态纤维素胶体；

(2)按质量比1.2∶(0.6～2.6)∶(0.016～0.16)∶(80～120)称取步骤(1)的纳米晶态纤维素胶体、醋酸锌、硝酸银、无水乙醇，并将纳米晶态纤维素胶体、醋酸锌、硝酸银依次加入到无水乙醇中，用氢氧化钠调节体系pH至7～10，升温至70～80℃，反应2～3h，然后向混合溶液中加入NaHB₄、柠檬酸或乙二胺，继续反应2～3h，制得NCC/ZnO/Ag复合胶体；

(3)将步骤(2)制备得到的NCC/ZnO/Ag复合胶体加入水性聚丙烯酸涂料中，超声20～40min，然后在20～30℃搅拌4～6h，形成光催化水性聚丙烯酸涂料，并使形成的光催化水性聚丙烯酸涂料中NCC/ZnO/Ag和聚丙烯酸涂料的质量比为(1～7)∶100。

本发明的优点：

该方法以水性聚丙烯酸涂料为载体，采用Ag掺杂NCC/ZnO，降低纳米ZnO光生电子和空穴的复合，增强其对可见光的吸收，有效提高水性聚丙烯酸涂料在可见光下对室内VOC的降解效率。性能测试表明：以光催化水性聚丙烯酸涂料制成涂层，在可见光下对室内气体甲醛的光催化降解率达到30.3～45.2％。

具体实施方式

实施例1，

(1)按质量比0.3∶100称取纳米晶态纤维素、蒸馏水，充分混合、超声，得到质量分数为0.3％的纳米晶态纤维素胶体；