[发明专利]一种氮掺杂二氧化钛自清洁水性聚氨酯涂料的制备方法

说明书

本发明公开了一种氮掺杂二氧化钛自清洁水性聚氨酯涂料的制备方法，属于化工涂料领域。所述涂料包括以下成份：水、聚氨酯树脂、氮掺杂二氧化钛光催化自清洁剂、分散剂、固化剂、消泡剂、成膜助剂和流平剂。氮元素的掺杂又能在一定程度上减少二氧化钛的禁带宽度，降低光催化所需要的光能，使得二氧化钛在白光的条件下就能发生光催化，大大增大了其应用范围。由于二氧化钛本身具有大量的羟基，在水性聚氨酯混合的制备过程，其羟基易与水性聚氨酯树脂中未反应的异氰酸根，活性扩链基团反应生成稳定的化学键，这使得二氧化钛粉末在聚氨酯乳液中的分散性大大提高，乳液的稳定性也相应的增加。

技术领域

本发明属于化工涂料领域，具体涉及一种氮掺杂二氧化钛自清洁水性聚氨酯涂料的制备方法。

背景技术

涂料发展历史渊源已久，3000多年前我国古代人民就能用桐油和松香等天然油脂、树脂制作油漆。自十八世纪以来，近代自然科学的发展和有机化学的建立，为涂料的研究奠定了坚实的理论基础，涂料正式登上工业舞台。十九世纪至二十世纪，随着高分子化学的建立与发展，涂料开始逐步走向合成树脂时代，相继出现了环氧、氨基、硝基、聚酯、聚氨酯、丙烯酸、有机硅、氟碳等功能涂料。二十一世纪，随着人们环保意识的增强，能源使用的日趋紧张，环保、节能、高效是时代的主题。涂料便朝着节能、省资源、无污染、效率高的方向发展。因此高效率水性的涂料的研发就显得尤为重要。

二十一世纪，如何更好的解决经济发展带来的能源紧缺与环境污染这两个问题是科学家们不断努力的目标。二氧化钛光催化技术恰好在能源和环境领域都有着重要的应用前景。二氧化钛光催化剂在吸收一定的光能之后会产生光电子和电子空穴，使得它具有氧化还原性。利用它的氧化性能够有效的将环境中的挥发性有机化合物（VOC）催化降解为CO₂和H₂O，从而减少对环境的污染。将氮掺杂二氧化钛加入到涂料当中，不仅赋予了涂料净化空气、杀菌、消毒自清洁的功能，同时TiO₂也是涂料中常用的一种填料或者颜料，加入TiO₂的聚氨酯涂料膜层拥有良好的光散射能力，且聚氨酯膜层的耐黄变性和韧性都有大大的提高。

发明内容

本发明的目的在于针对现有二氧化钛光催化自清洁剂对光能要求过高（需要在紫外光照射下进行），二氧化钛颗粒尺寸过大造成的分散不均、催化效率低下、应用范围小的的问题，提供一种氮掺杂二氧化钛自清洁水性聚氨酯涂料的制备方法。该涂料在白光下就能发生光催化并且其光催化自清洁效果更显著、自清洁能力强，更为持久。

为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的:

一种氮掺杂二氧化钛（N-TiO₂）自清洁水性聚氨酯涂料，按重量份数计，其原料组成重量份数计包括：水25~35份、聚氨酯树脂50~60份、氮掺杂二氧化钛光催化自清洁剂0.3~1.0份、分散剂1.5~2.5份、固化剂1~1.5份、消泡剂0.8~1份、成膜助剂0.5~0.8份和流平剂0.5~0.8份。

所述分散剂为羧酸共聚物盐类分散剂、固化剂为聚酰胺类固化剂、消泡剂为有机硅类消泡剂、成膜助剂为醇醚类成膜助剂、流平剂为聚硅氧烷类流平剂。

氮掺杂二氧化钛光催化自清洁剂的制备方法，具体包括以下步骤：

采用改进水热法制备氮掺杂二氧化钛光催化自清洁剂：配制5.0 mol/L的浓硫酸，取1 g TiN粉末和60~70 mL新制的浓硫酸加入水热反应釜中。往水热反应釜中加入搅拌磁子（搅拌磁子的转速为400~600rmp），将水热反应釜置于140℃的油浴锅搅拌反应10-16h。待反应结束后取出冷却，用去离子水和乙醇洗涤，直至洗涤液为中性，干燥。即得氮掺杂二氧化钛光催化自清洁剂，其颗粒尺寸为400~600nm。