CN101705613B - 一种低温原位合成制备柔性空气净化材料的方法 - Google Patents

Abstract

一种低温原位合成制备柔性空气净化材料的方法，包括：(1)用丙酮溶液超声清洗柔性基材，干燥，再在改性溶液中浸轧处理，水洗烘干；(2)改性后柔性基材浸轧抗氧化整理剂溶液LZQ后焙烘；(3)将四异丙醇钛加入到无水醇中，加入胺类化合物作为稳定剂，然后继续加入无水醇、酸和去离子水混合液混合均匀；(4)将经步骤(2)处理的柔性基材浸渍到步骤(3)中溶胶中，将浸渍后的柔性材料烘干，去除材料表面残留的溶胶，烘干；(5)烘干后的柔性材料在90～100℃沸水中煮2～4小时，去除表面未合成上的纳米二氧化钛得到柔性空气净化材料。本发明的空气净化功能材料空气净化效果好，制备工艺简单，易于操作，适用于工业规模生产。

Description

一种低温原位合成制备柔性空气净化材料的方法

技术领域

本发明属空气净化材料制备领域，特别是涉及一种低温原位合成制备柔性空气净化材料的方法。

背景技术

近年来，随着我国经济的迅猛发展和人民生活的日益提高，办公和居住场所的装修水准越来越高，新兴建筑材料特别是化学合成建材被广泛使用于高档家具、家用电器，纷纷进入家庭和办公室。香料、化妆品、上光剂、空气清新剂、防虫剂、杀虫剂、洗涤剂等也成了人们生活中必不可少的用品。人们在享受这些产品带来的舒适和满足的同时，它们正不断地产生着各种污染物质和有害物质，破坏室内空气质量(indoorairquality，IAQ)。而建筑节能、室内保温、统一空调等，使居室和办公场所的密封性更好，室内产生的污染物很难向室外扩散，造成室内空气质量的恶化。这些因素都导致了室内空气中有害物质无论从种类上或数量上不断增加，从而产生了室内空气污染。

近年来的国内外研究资料表明，城市居民每天约有80％的时间在各种室内环境中度过，而且老人和儿童等敏感人群在室内度过的时间更长，因而室内环境空气质量对人体健康的影响十分重要。长期生活在这样建筑物内的人会出现头痛、呼吸道感染、疲劳嗜睡、发热恶心、皮肤痉痒和异常性过敏等症状，这些症候群被统称为“病态建筑物综合症”(sickbuilding syndrome，SBS)。室内空气污染在国际上已被列为危害人体健康的五大因素之一，关于室内污染致使人体健康受到危害的报道屡见不鲜。仅一项对2060个人的随机实验中就发现有16％的人患有与工作有关的粘膜炎症(眼、鼻或喉咙发炎)，而7％的人是在室内，尤其是在办公室内患上这些疾病的。室内空气品质下降导致的工作效率下降、员工病假和直接医疗费用等造成了大量的经济损失。根据对我国部分建筑物室内空气污染水平的检测数据，新装修后污染严重的房间，室内空气中甲醛的峰值浓度能达到0.8～1mg/m³，超过国家标准限值(0.08mg/m³)10倍以上，个别甚至高达0.8～1mg/m³。有文献表明，室内可检测出300多种污染物，室内环境空气污染水平一般比室外环境要高出2-5倍，极端情况下，可超过100倍。恶劣的室内空气正在给人类的健康带来严重危害。城市居民约80％的时间在室内度过，长期处在恶劣的室内环境中所遭受的潜在危害是无法估量的。随着人们健康意识和自我保护意识的增强，对生活质量和室内环境的要求越来越高，开始认识到提高室内空气的品质是健康生活和工作的保障。过去人们的注意力一直放在室外环境的空气污染及治理上，但近十几年，室内空气质量对人类身体健康的影响也日益成为全世界普遍关心的问题。

因此，治理室内空气污染尤其是去除室内空气中的有机污染物成为国内外科技工作者研究的热点。目前，去除室内空气污染物的方法主要有：物理吸附法、化学中和法、光催化法、空气负离子法等。但以上方法存在吸附饱和、制造复杂、成本高且不能再生使用等缺陷。考虑到柔性基材(纤维材料)作为载体具有表面积大、易加工成型、富集污染物和稀释分解产物特殊性能，将光催化剂负载到柔性基材上制备柔性空气净化材料。目前制备方法有：浸轧法和涂层法。这两种方法存在着光催化剂被粘合剂包覆，团聚严重、催化效率低、柔性基材易光氧化降解等问题。由于柔性基材不耐高温，限制了光催化剂在柔性基材上沉积，再进行晶型转换方法的使用。为了解决上述问题，本发明直接通过在柔性基材上整理抗光氧化保护层，然后在柔性基材上原位合成光催化剂，在沸水中实现光催化剂晶型的转换，制备低温原位合成柔性空气净化材料。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种低温原位合成制备柔性空气净化功能材料的方法，制备的柔性空气净化材料空气净化效果好，制备工艺简单，易于操作，既可在实验室操作，也可用于工业规模生产。

本发明提供一种低温原位合成制备柔性空气净化材料的方法，包括如下步骤：

(1)柔性基材表面预处理

用丙酮溶液超声清洗柔性基材30～50min，室温20～30℃下干燥12～16小时，再在改性溶液中浸轧处理，轧余率70～80％，然后在60～65℃下预烘3～5min，120～150℃下焙烘1～2min，冷却后70～80℃热水洗3～4次，80～85℃烘干2～4min；

(2)柔性基材抗光氧化保护整理

将改性后柔性基材浸轧抗氧化整理剂溶液LZQ30～50min后取出，在70～80℃预烘，然后在130～150℃焙烘2～4min；

(3)低温前驱体的制备

在惰性环境下，将0.02～0.15mol四异丙醇钛在搅拌作用下缓慢加入到30～50ml无水醇中，将0.01～0.03mol胺类化合物作为稳定剂加入到混合液中，在200～300rpm搅拌1～4min，然后继续加入20～100ml无水醇、酸和去离子水混合液，搅拌40～100min，得到透明稳定的低温前驱体。

(4)柔性基材表面原位合成

将经步骤(2)处理的柔性基材浸渍到步骤(3)中所述溶胶中3～10min，将浸渍后的柔性材料在65～70℃下烘干，去除材料表面残留的溶胶，然后在90～95℃下烘干3～8min，来实现锐钛矿型纳米二氧化钛在柔性基材上原位合成；

(5)后处理

烘干后的柔性材料在90～100℃沸水中煮2～4小时，然后去除表面未合成上的纳米二氧化钛，得到柔性空气净化材料。

所述的柔性基材为非织造布、机织布或针织布。

所述的柔性基材的纤维选自棉纤维、聚酰亚胺纤维、活性炭纤维、聚酯纤维、聚丙烯纤维、竹纤维，蚕丝纤维、羊毛纤维、大豆蛋白纤维、牛奶蛋白纤维、锦纶纤维中的一种或两种混纺纤维。

所述步骤(1)中的改性溶液为苯甲酰氯、聚乙烯醇或碳酸钠与阴离子柔软剂的混合溶液。

所述步骤(2)中的LZQ整理液，按重量百分比，包含：1～3％吐温80、4～10％纳米羟基磷灰石、3～8％四季戊四醇酯、6～10％硅烷化合物和69～86％溶剂。

所述步骤(3)中的醇为异丙醇、异丁醇或异戊二醇。

所述步骤(3)中的稳定剂为三乙胺或三乙醇胺。

本发明制备的空气净化材料可应用于潜艇、医院病房、汽车内部装饰和室内装饰领域，具有广阔的应用前景。

有益效果

(1)本发明将半导体纳米粒子原位生长在纤维织物上，既解决了光催化剂在空气净化时的粉尘污染问题，又能避免光催化剂在柔性基材上团聚效率下降的问题。柔性空气净化材料表面的光触媒薄膜具有高亲水性，可形成防雾涂层，同时由于其强大的氧化作用，可氧化掉表面的污染物，保持自身清洁，柔性材料在可见光下能通过光催化降解有毒气体，并将其变为无毒无味的物质，本发明的柔性空气净化材料空气净化效果好，无二次污染，可长期使用。

(2)该制备方法简单、成本低，便于实验室制作，又可用于工业生产。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

(1)柔性基材表面预处理

用丙酮溶液超声清洗活性炭纤维表面30min，室温下干燥12小时；将经前处理后的活性炭纤维在苯甲酰氯与阴离子柔软剂中二浸二轧(轧余率70％)，然后在60℃下预烘3min，120℃下焙烘1min，冷却后70℃热水洗3次，80℃烘干2min。

(2)柔性基材抗光氧化保护整理

将改性后活性炭纤维浸轧棉纤维抗氧化整理液LZQ 30min后取出，在70℃预烘，再升温至130℃焙烘2min。

(3)低温前驱体的制备

在惰性环境下，将0.02mol四异丙醇钛在搅拌作用下缓慢加入到30mL异丙醇中，将0.01mol三乙胺作为稳定剂加入到混合液中，在200rpm搅拌1min，然后继续加入20mL含异丙醇、酸、去离子水混合溶液，搅拌40min，得到透明稳定的低温前驱体。

(4)柔性基材表面原位合成

将活性炭纤维浸渍到上述溶胶中3min，将浸渍后的柔性材料在65℃下烘干，去除材料表面残留的溶胶，然后在90℃下烘干3min。

(5)柔性空气净化功能材料的后处理

将步骤(4)制备的活性炭纤维材料沸水中煮2小时，去除未合成上的纳米二氧化钛。

将本发明制得的空气自净化功能织物和普通的活性炭空气净化材料分别装入同一型号的空气净化器内，对在同一条件下：包括空间，有害气体浓度、时间进行对比测试，其结果如下：

实施例2

(1)柔性基材表面预处理

用丙酮溶液超声清洗羊毛纤维表面40min，室温下干燥14小时；将经前处理后的羊毛纤维在聚乙烯醇与阴离子柔软剂溶液中二浸二轧(轧余率75％)，然后在63℃下预烘4min，135℃下焙烘1.5min，冷却后75℃热水洗3次，83℃烘干3min。

(2)柔性基材抗光氧化保护整理

将改性后羊毛纤维浸轧棉纤维抗氧化整理液LZQ 40min后取出，在75℃预烘，再升温至140℃焙烘3min。

(3)低温前驱体的制备

在惰性环境下，将0.07mol四异丙醇钛在搅拌作用下缓慢加入到40mL异丁醇中，将0.02mol三乙醇胺作为稳定剂加入到混合液中，在250rpm搅拌3min，然后继续加入60mL含异丁醇、酸、去离子水混合溶液，搅拌70min，得到透明稳定的低温前驱体。

(4)柔性基材表面原位合成

将羊毛纤维浸渍到上述溶胶中7min，将浸渍后的柔性材料在67℃下烘干，去除材料表面残留的溶胶，然后在93℃下烘干5min。

(5)柔性空气净化功能材料的后处理

将步骤(4)中制备的柔性空气净化功能材料在沸水中煮3小时，去除柔性材料表面未合成上的纳米二氧化钛。

将本发明制得的空气自净化功能织物和普通的活性炭空气净化材料分别装入同一型号的空气净化器内，对在同一条件下：包括空间，有害气体浓度、时间进行对比测试，其结果如下：

实施例3

(1)柔性基材表面预处理

用丙酮溶液超声清洗聚丙烯纤维表面50min，室温下干燥16小时；将经前处理后的聚丙烯纤维在碳酸钠与阴离子柔软剂溶液中二浸二轧(轧余率80％)，然后在65℃下预烘5min，150℃下焙烘2min，冷却后80℃热水洗4次，85℃烘干4min。

(2)柔性基材抗光氧化保护整理

将改性后聚丙烯纤维浸轧棉纤维抗氧化整理液LZQ 50min后取出，在80℃预烘，再升温至150℃焙烘4min。

(3)低温前驱体的制备

在惰性环境下，将0.15mol四异丙醇钛在搅拌作用下缓慢加入到50ml异戊二醇中，将0.03mol三乙醇胺作为稳定剂加入到混合液中，在300rpm搅拌4min，然后继续加入100mL含异戊二醇、酸、去离子水混合溶液，搅拌100min，得到透明稳定的低温前驱体。

(4)柔性基材表面原位合成

将聚丙烯纤维浸渍到上述溶胶中10min，将浸渍后的柔性材料在70℃下烘干，去除材料表面残留的溶胶，然后在95℃下烘干8min。

(5)柔性空气净化功能材料的后处理

将步骤(4)中制备的柔性空气净化功能材料在沸水中煮4小时，去除柔性材料表面未合成上的纳米二氧化钛。

将本发明制得的空气自净化功能织物和普通的活性炭空气净化材料分别装入同一型号的空气净化器内，对在同一条件下：包括空间，有害气体浓度、时间进行对比测试，其结果如下：

Claims (5)

1.一种低温原位合成制备柔性空气净化材料的方法，包括：

(1)柔性基材表面预处理

用丙酮溶液超声清洗柔性基材30～50min，室温20～30℃下干燥12～16小时，再在改性溶液中浸轧处理，轧余率70～80％，然后在60～65℃下预烘3～5min，120～150℃下焙烘1～2min，冷却后70～80℃热水洗3～4次，80～85℃烘干2～4min；其中改性溶液为苯甲酰氯、聚乙烯醇或碳酸钠与阴离子柔软剂的混合溶液；

(2)柔性基材抗光氧化保护整理

将改性后柔性基材浸轧抗氧化整理剂溶液LZQ30～50min后取出，在70～80℃预烘，再升温至130～150℃焙烘2～4min；其中LZQ整理液按重量百分比，包含1～3％吐温80、4～10％纳米羟基磷灰石、3～8％四季戊四醇酯、6～10％硅烷化合物和69～86％溶剂；

(3)低温前驱体的制备

在惰性环境下，将0.02～0.15mol四异丙醇钛在搅拌作用下缓慢加入到30～50ml无水醇中，将0.01～0.03mol胺类化合物作为稳定剂加入到混合液中，200～300rpm搅拌1～4min，然后继续加入20～100ml无水醇、酸和去离子水混合液，搅拌40～100min，得到低温前驱体；

(4)柔性基材表面原位合成

将经步骤(2)处理的柔性基材浸渍到步骤(3)中溶胶中3～10min，将浸渍后的柔性材料在65～70℃下烘干，去除材料表面残留的溶胶，然后在90～95℃下烘干3～8min；

(5)后处理

烘干后的柔性材料在90～100℃沸水中煮2～4小时，去除表面未合成上的纳米二氧化钛得到柔性空气净化材料。

2.根据权利要求1所述的一种低温原位合成制备柔性空气净化材料的方法，其特征在于，所述的柔性基材为非织造布、机织布或针织布。

3.根据权利要求1所述的一种低温原位合成制备柔性空气净化材料的方法，其特征在于，所述的柔性基材的纤维选自棉纤维、聚酰亚胺纤维、活性炭纤维、聚酯纤维、聚丙烯纤维、竹纤维，蚕丝纤维、羊毛纤维、大豆蛋白纤维、牛奶蛋白纤维、锦纶纤维中的一种或两种混纺纤维。

4.根据权利要求1所述的一种低温原位合成制备柔性空气净化材料的方法，其特征在于，所述步骤(3)中的醇为异丙醇、异丁醇或异戊二醇。

5.根据权利要求1所述的一种低温原位合成制备柔性空气净化材料的方法，其特征在于，所述步骤(3)中的稳定剂为三乙胺或三乙醇胺。