CN102345249B - 光催化室内空气净化壁纸 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种壁纸，用作室内装修材料的同时，具有空气净化的功能。以传统壁纸作为载体，通过一定的物理化学手段将光催化材料固定在壁纸上，实现光催化效能。所述壁纸，包括壁纸基底，粘合剂层和光催化材料层。粘合剂层置于壁纸基底与光催化材料层之间，将壁纸基材与光催化材料相互联接并隔离开。特殊情况下，可利用壁纸材料的塑性表面，不使用粘合剂，直接将光催化材料镶嵌在壁纸塑性表面。利用壁纸作为载体，负载光催化材料，有效利用室内最大的面积，来净化室内空气，光催化材料存在于壁纸的表面，利用率高，使用安全，无毒，免维护，利用室内光照条件无需额外能量，低碳环保。将所获得的室内空气净化壁纸进行模拟室内空气净化，实验结果表明可有效地去除室内空气中的甲醛，低浓度下，甲醛去除率可达到85％。

Description

光催化室内空气净化壁纸

技术领域

本发明涉及一种壁纸(也叫墙纸)，利用光催化材料可实现室内空气净化，去除甲醛等有机有害气体。

背景技术

壁纸，是用来装饰室内墙面的材料。它以其独特的风格和装饰美化效果备受青睐。到目前为止，壁纸已经和涂料一样成为重要的室内墙面装修材料，国内的壁纸市场在不断的扩大，具有替代涂料的发展趋势，在国外，90％的室内装修采用壁纸，因此国内外市场十分庞大。

随着社会的发展，室内空气污染日益突出，对公众健康危害很大。低品质建材的存在是目前造成室内空气污染的主要原因，这些材料往往不断释放甲醛，乙醛，苯，氯仿等有机物。长期生活在被污染的空气中，会患慢性疾病甚至是白血病，严重影响生活质量。全球每年因室内空气污染导致死亡人数达280万人。

目前，有多种解决室内空气污染的方法，包括物理吸附法和化学方法。普通的吸附剂一旦达到吸附饱和需要定期更换。相比之下，光催化空气净化技术具有明显优势，光催化技术具有如下的特点：功能强大，彻底分解细菌和有害气体，对绝大多数的有机物都有作用，无二次污染；稳定性、自身不挥发，光催化反应属于催化反应，光催化剂可以重复利用，因此具有低成本，长久性和免维护性。目前已经有光催化材料在室内空气净化上应用，专利CN200310107915.4将TiO₂纳米粉以2％-5％的比例添加于内墙涂料中，使其具有杀菌、净化空气的能力。专利CN200410059680.0将用于外墙的高效自洁涂料二氧化钛通过与含稀有金属和过渡金属氧化物体系复合，形成金属氧化物/二氧化钛异质结，使其易被可见光活化，以使用于室内空气净化。2001年，氧化镧掺杂的二氧化钛在降解有机物-对氯苯氧乙酸取得了很好的效果。表面改性及掺杂使二氧化钛、铋酸钠、三氧化钨等材料在可见光下具有催化活性，在降解有机气体时表现出卓越的性能。专利CN02810799.3将0.1wt-％-20wt-％的光催化剂和0.1wt-％-10wt-％的无机吸附剂，1wt-％-20wt-％的无机粘合剂以及55wt-％-95wt-％的有机溶剂机械混合形成一种光催化涂料溶胶组合物，使其具有光催化活性和吸附性能。

光催化空气进化技术的普及存在着两个亟待解决的问题：效率和成本，以往的光催化材料使用是将其添加在涂料中，这种使用方法往往使得光催化材料被涂料包埋，无法暴露在外与室内空气接触，此外在涂料中添加，存在于涂料表面的光催化材料少，光催化材料浪费严重，直接导致成本增加。以壁纸做载体，将光催化材料固定在其表面，可有效的解决涂料中使用光催化材料存在的问题。

发明内容

本发明提供一种壁纸，用作室内装修材料的同时，具有空气净化的功能，利用壁纸作为载体，有效利用室内最大的面积。光催化材料存在于壁纸的表面，利用率高，使用安全，无毒，免维护，利用室内光照条件无需能量，低碳环保。

所述壁纸，包括壁纸基底，还包括粘合剂层和光催化材料层，所述粘合剂层置于壁纸基底与光催化材料层之间，将壁纸基材与光催化材料层相互隔离开。特殊情况下，可利用壁纸材料的塑性表面，不使用粘合剂，直接将光催化材料镶嵌在壁纸塑性表面。

所述壁纸基材可以选用公知的各种材质，如金属壁纸、木纤维壁纸、纯纸壁纸、发泡壁纸、塑料壁纸等在内的所有纸质、布质、塑料或复合的用于墙面装修的材料。

所述壁纸的制备方法如下：将粘合剂溶液均匀喷洒在壁纸基材表面，待干燥后将光催化材料分散在溶液中均匀喷涂在壁纸表面上，通过热压机热压后得到所述壁纸，最终获得的壁纸产品，光催化材料被固定在壁纸的表面。

作为本发明的优选方案，所述可见光响应的介孔光催化材料层采用掺杂型TiO₂介孔材料。所述掺杂型TiO₂介孔材料为金属或非金属掺杂的TiO₂介孔材料，其中金属为Fe、Ta、Mo、W、Ni、或Zn，非金属为N或C。所述粘合剂层采用含硅粘合剂或氟碳树脂粘合剂。其中，所述粘合剂溶液为粘合剂与溶剂按20-70％的体积比配制而成，光催化材料与乙醇按1∶30-100的重量比配制而成。

本发明将光催化材料固定在壁纸表面，利用室内墙面这一最大的空间来净化室内空气。光催化材料在壁纸表面的固定要满足两个条件：1、力学稳定性，光催化材料应当在壁纸上被牢固的固定；2、热力学稳定性，光催化材料不可与壁纸上有机物直接接触，以免降低光催化材料的性能和破坏壁纸表观。本发明利用粘合剂将光催化材料固定在壁纸表面，同时实现固定和隔离作用。对于本发明，选择一种优良的粘合剂是十分关键的，本发明选择有机硅树脂，氟碳树脂等粘合剂来实现光催化材料在壁纸表面固定。此外本发明还通过热压手段增强力学稳定性。此外，对于特殊表面的壁纸，可利用其塑性表面，不使用粘合剂，直接将光催化材料镶嵌在壁纸塑性表面。典型的方法为热喷涂的方法。

本发明将光催化材料与壁纸结合，在可见光照射后，表面便能产生活性物质，直接进行氧化还原反应，将有机污染物降解，利用室内墙面和室内光线来净化空气，使得材料不仅不会发生损耗或变化，时间持久、持续作用，更具有高寿命的优点。

本发明以无能耗的方式营造良好的室内环境，直接呵护公众的身体健康，易操作，是一种安全、清洁的新技术，对促进光催化技术普及和解决日益严重的室内空气污染问题具有非常重要的意义。同时，本发明贴合了壁纸逐步取代贴乳胶漆的市场倾向，填补了国内市场的空白。

附图说明

图1是载有光催化材料(可见光响应介孔光催化材料)的壁纸示意图

具体实施方式

实施例1

选取PVC壁纸，将硅酸乙酯和无水乙醇按照体积比35％的比例配成溶液，将其均匀的喷在壁纸基材表面，干燥后，将Fe掺杂TiO₂介孔光催化与乙醇按1∶100的重量比混合均匀后，均匀地喷涂覆上一层，待干燥后，用热压机热压，温度120-150度、时间30S，得到载有光催化材料的壁纸。

实施例2

选取普通全纸壁纸，将硅酸乙酯和无水乙醇按照体积比35％的比例配成溶液，将其均匀的喷在壁纸基材表面，干燥后，将Fe掺杂TiO₂介孔光催化与乙醇按1∶100的重量比混合均匀后，均匀地喷涂覆上一层，待干燥后，用热压机热压，温度120-150度、时间30S，得到载有光催化材料的壁纸。

实施例3

选取PVC塑料壁纸，将Fe掺杂TiO₂介孔光催化与乙醇按1∶100的重量比混合均匀后，均匀地喷涂覆上一层，待干燥后，用热压机热压，温度120-150度、时间30S，得到载有光催化材料的壁纸。

实施例4

取实施例1制得的壁纸，大小20*100cm贴在密闭的玻璃模拟房间中(8L)，将该模拟装置置于采光良好的室内，用甲醛监测仪检测玻璃装置内甲醛气体的含量，以确定空气质量的变化。我们进行了对比试验，当模拟房间中没有光催化净化壁纸时，摄入微量的甲醛，当用家用小台灯照射后，测得密闭容器内甲醛含量为0.23ppm；此后我们将壁纸贴在密闭容器内壁上，摄入相同量的甲醛，经过15min小台灯照射后甲醛含量降到了0.19ppm，降低了17％；经过30min照射后，照射后甲醛含量能够降解掉65％，经过60min照射后甲醛含量能够降解掉85％以上。

实施例5

室内空气净化壁纸的暗反应实验。取实施例1制得的壁纸，大小20*100cm贴在密闭的玻璃模拟房间中(8L)，用甲醛监测仪检测玻璃装置内甲醛气体的含量，以确定空气质量的变化。将密闭容器置于无光线的暗室，向密闭容器中摄入甲醛，经过15min，甲醛的浓度为1.2ppm，30min及60分钟后，密闭容器中的甲醛浓度没有变化，仍保持为1.2ppm。

实施例6

与实施例4中表征方式相似，将待降解污染物换为乙醛。取壁纸大小20*100cm贴在密闭的玻璃模拟房间中(8L)，用气相色谱仪检测玻璃装置内乙醛气体的含量，当用日光灯照射时，密闭空间内乙醛的含量逐渐减少，开灯以前，乙醛的含量为30ppm，30分钟后乙醛的浓度变为5ppm，60分钟后变为0.6ppm。我们的产品具有可见光应答性(可应用于室内环境)，在醛类降解中表现出较高的效率。

Claims (9)

1.一种壁纸，其特征在于通过一定的物理化学手段将光催化材料附着在壁纸上，以传统壁纸作为载体，赋予光催化效能，结构上具有壁纸结构层、粘合剂层和光催化材料层三层典型结构，光催化材料镶嵌在粘合剂层上，且光催化材料暴露在外与空气接触。

2.如权利要求1中所述的壁纸，其特征在于所述壁纸的制备方法如下：将粘合剂溶液均匀喷洒在壁纸表面，然后将光催化材料通过溶液分散喷涂或者静电吸附方法均匀地涂覆于壁纸上，通过热压及光固化固定手段后得到的壁纸。

3.如权利要求1所述的壁纸，其特征在于所述粘合剂层采用含硅粘合剂或氟碳树脂粘合剂或者其他可起到镶嵌和固定光催化材料作用的材料。

4.如权利要求1所述的壁纸，所述壁纸用光催化材料包括TiO₂，Nb₂O₅，WO₃，Fe₂O₃简单金属氧化物材料为基质的掺杂型和复合型光催化材料，多元金属氧化物材料及非金属性光催化材料。

5.如权利要求1所述的壁纸，所述壁纸用掺杂型光催化材料为金属或非金属掺杂的TiO₂介孔材料，其中金属为Fe、Ta、Mo、W、Ni、或Zn，非金属为N或C。

6.如权利要求1所述的壁纸，所述壁纸用复合型光催化材料，为2种以上材料，包括金属氧化物半导体，采用担载、复合、固溶手段的复合型光催化材料。

7.如权利要求1所述的壁纸，所述壁纸用掺杂型光催化材料，其特征在于光催化材料的形貌可以是颗粒型、介孔型、核壳结构、具有“结”结构的复合半导体材料、纳米团蔟体、纳米棒、纳米线形貌。

8.如权利要求1所述的壁纸，所述壁纸用基材可以选用公知的各种材质，包括金属壁纸、木纤维壁纸、纯纸壁纸、发泡壁纸、塑料壁纸在内的所有纸质、布质、塑料或复合的用于墙面装修的材料。

9.如权利要求1所述的壁纸，其特征在于所用粘合剂溶液为粘合剂与溶剂按20-70％的体积比配制而成，光催化材料溶液为光催化材料与乙醇按1∶30-100的重量比配制而成。