CN102433978A

CN102433978A - 一种新型纳米二氧化钛自清洁氟碳铝单板及其低温制备方法和应用

Info

Publication number: CN102433978A
Application number: CN2011102639213A
Authority: CN
Inventors: 闫洪; 艾凡荣; 李勇
Original assignee: Nanchang University
Current assignee: Nanchang University
Priority date: 2011-09-07
Filing date: 2011-09-07
Publication date: 2012-05-02
Anticipated expiration: 2031-09-07
Also published as: CN102433978B

Abstract

一种新型纳米二氧化钛自清洁氟碳铝单板及其低温制备方法和应用，氟碳铝单板的表面涂有一层具有自清洁功能的纳米二氧化钛薄膜或纳米二氧化钛与二氧化硅复合薄膜；薄膜在氟碳铝单板的表面分布均匀，厚度为1-3μm；纳米二氧化钛薄膜经紫外光照射后，具有超亲水性和光催化特性，可达到自清洁的效果。本发明所涉及的新型纳米二氧化钛自清洁氟碳铝单板的优点是：（1）二氧化钛薄膜厚度均匀，纳米二氧化钛晶粒分布均匀，具有超亲水性，具有良好的自清洁功能；（2）具有光催化特性，可降解表面残留的有机污染物，可进一步提高自清洁效果；（3）保留了氟碳铝单板原有高耐候、耐化学腐蚀等性能。

Description

一种新型纳米二氧化钛自清洁氟碳铝单板及其低温制备方法和应用

技术领域

本发明属于新型建筑材料领域，具体涉及一种新型纳米二氧化钛自清洁氟碳铝单板及其低温制备方法和应用。

背景技术

氟碳铝单板由于具有质量轻,强度大,刚度高,抗腐蚀性及耐候性强,无光污染, 无废气产生, 防火性强,使用寿命长,色调丰富亮丽,装饰效果佳等优点，使其自上世纪80年代初引入中国以来，得到了快速的发展和广泛的应用。然而经过近30来年的应用实践人们逐渐发现，由于表面氟碳涂层的憎水性，附着在涂层表面的有机污染物很难被雨水等冲洗掉，且雨水在氟碳涂膜表面呈聚集状的水滴沿表面流下，推压污染自上而下的流动，最终产生雨痕污染，需要定期的进行清理，不仅耗费大量的人力物力，而且由于现代环境污染加重，油性有机污染物粘附在氟碳涂料膜后很难去除，另外，对于大型桥梁等建筑的洗维护十分困难，如何才能开发出具有自清洁功能、可长效免维护的氟碳铝单板制品，并使之实用化是巫待解决的问题。

目前，国内外关于自清洁氟碳铝单板的开发主要聚中于对氟碳涂料的改性，以获得具有自清洁功能的氟碳涂料，主要包括疏水型氟碳涂料、亲水型氟碳涂料以及纳米TiO₂改性氟碳涂料。如专利CN 1903961B公开了一种荷叶效应自清洁氟碳涂料，该自清洁氟碳涂料主要由有机硅改性氟碳树脂、固化剂、疏水粒子、溶剂等组成，该涂料固化后可获得疏水性，高耐污染、高耐候，具备自清洁功能的涂膜。虽然疏水性氟碳涂料表面能低，耐污性已有很大提高，但长期使用后，由于涂膜表面不易被雨水润湿，发现仍存在一定的雨痕污染。因而亲水型氟碳涂料获得了青睐，如专利CN 101824253A 公开了一种高耐候自清清氟碳涂料，该涂料为含有抗老化复合助剂、自清洁助剂的四氟乙烯－乙烯基醚共聚型氟碳涂料，氟改性硅烷类自清洁助剂可向涂膜表面迁移并水解，使涂膜表面具有亲水性，进而达到自清洁的效果；除在氟碳涂料中添加亲水助剂外，也有研究者对氟碳涂料进行接枝改性，在氟碳树脂上接上亲水分子基团，如专利CN 1900183B公开了一种自清洁氟碳树脂涂料及其制备方法，该专利将聚乙二醇单醚支化改性的二异氰酸酯与氟碳树脂反应，得到一种自清洁氟碳树脂，该树脂配制成涂料后，亲水性分子基团在施工后向涂层表面迁移，使涂膜表面亲水化，从而具备自清洁功能。虽然通过对氟碳涂料的改性得到疏水性或亲水性的氟碳涂料，使涂膜的自清洁性能得到较大的提升，但由于现代环境污染加重，油性有机污染物粘附在涂装后的氟碳涂料涂膜上，仅靠雨水冲洗很难达到长期的自清洁效果。

近年来，随着纳米技术的快速发展，具有光催化特性的纳米TiO₂得到了研究者们的广泛研究，纳米TiO₂ 薄膜在紫外光照射下,水在TiO₂ 薄膜表面的润湿角逐渐下降, 最终下降到0°，使薄膜具有超亲水性,且纳米TiO₂在紫外光照射下，具有的光催化特性可降解有机物，实现自清洁的效果，因此，TiO₂成为了制备自清洁材料的一种新途径，如专利CN 100554343C 公开了一种纳米二氧化钛改性氟碳涂料及其制备工艺以及在铝合金板的应用，该专利将油酸改性后的锐钛矿型纳米TiO₂和金红石型纳米TiO₂混合物添加到氟碳涂料中，制得纳米二氧化钛改性氟碳涂料，然后涂敷于铝合金型材后，具有良好的自清洁性、耐候性和耐腐蚀性能。但存在纳米TiO₂在氟碳涂料中不易分散的局限，影响了涂膜的自清洁效果。

针对以上局限性，本发明将提出一种新型纳米二氧化钛自清洁氟碳铝单板、制备方法及其应用，该自清洁氟碳铝单板表面涂有一层纳米TiO₂薄膜，具有光致超亲水性和光催化特性，同时还保留了氟碳铝单板原有的高耐候、耐化学腐蚀等优异性能，是一种较为理想的自清洁建筑铝合金材料，具有良好的应用前景。

发明内容

本发明的目的是针对传统氟碳铝单板耐污性能差的局限，提供一种新型纳米二氧化钛自清洁氟碳铝单板、制备方法及其应用。

本发明采用以下技术方案来实现：一种新型纳米二氧化钛自清洁氟碳铝单板，其特征在于：氟碳铝单板的表面涂有一层具有自清洁功能的纳米二氧化钛薄膜或纳米二氧化钛与二氧化硅复合薄膜；薄膜在氟碳铝单板的表面分布均匀，厚度为1-3μm；纳米二氧化钛薄膜经紫外光照射后，具有超亲水性和光催化特性，可达到自清洁的效果。

所述新型纳米二氧化钛自清洁氟碳铝单板的低温制备方法，制备方法为溶胶凝胶法，具体步骤为：

第一步：按钛酸四丁酯：无水乙醇：盐酸：去离子水为1：3～10：0.2～1:100～500的摩尔比混合，搅拌均匀，得到透明溶胶；

第二步：将所得透明溶胶于40～100℃加热回流8～24h；

第三步：将溶胶喷涂于氟碳铝单板，形成厚度为1～3μm的薄膜，干燥后，于60～260℃下热处于1～3h即可。

所述整个制备过程中温度均低于260 oC，不会对氟碳铝单板表面氟碳涂料的性能产生影响。

所述纳米二氧化钛薄膜经紫外光照射2～6h后，水滴在其表面的铺展性好，水滴与薄膜表面的接触角小于10°。

所述纳米二氧化钛薄膜经紫外光激发后，具有氧化性，能将吸附在薄膜表面的有机污染物降解。

可应用于高层建筑外墙、大型桥梁建筑装饰领域。

以有机钛盐为前驱体原料，通过改进的溶胶-凝胶法，在低温条件下制备出含有锐钛矿型纳米二氧化钛溶胶，然后将纳米二氧化钛溶胶喷涂于硅溶胶改性后的氟碳铝单板表面，干燥后得到具有自清洁功能的氟碳铝单板。所述的有机钛盐可以为钛酸丁酯、钛酸丙酯、钛酸异丙酯、TiCl₄、TiOSO₄等。

本发明提出的新型纳米二氧化钛自清洁氟碳铝单板，是在低温条件下，于氟碳铝单板表面制备一层具有超亲水性和光催化特性的二氧化钛薄膜，避免了直接将纳米二氧化钛加入氟碳涂料中引起的分散不均匀的问题，薄膜厚度均匀，纳米二氧化钛在薄膜中分布均匀。采用改进溶胶凝胶法制备自清洁氟碳铝单板，避免了传统溶胶凝胶法需高温煅烧过程，因而避免了高温对氟碳涂料性能的影响，使自清洁氟碳铝单板保留了原有的高耐候、高化学腐蚀等优点。

本发明提出的纳米二氧化钛/二氧化硅自清洁氟碳铝单板的制备方法，具体步骤为：

（1）氟碳铝单板的预处理：将氟碳铝单板上的杂质清洗干净，烘干待用；

（2）纳米TiO₂溶胶的制备：以钛酸四丁酯为TiO₂前驱，以无水乙醇为溶剂，在室温下混合得到A溶液；同时另取盐酸溶液和去离子水混合，得B溶液；将A溶液滴加至B溶液中；滴加完毕后搅拌5-10分钟，随后40～100℃加热回流8～24h，得到纳米TiO₂溶胶，陈化1～3d备用；

（3）TiO₂/ SiO₂复合溶胶的制备：首先将正硅酸乙酯与无水乙醇混合搅拌一定时间后的C溶液；将冰乙酸与无水乙醇混合搅拌得D溶液；然后将D溶液滴加到C溶液中，混合均匀后得到SiO₂溶胶，然后将SiO₂溶胶与上述纳米TiO₂溶胶混合，即得TiO₂/ SiO₂复合溶胶，陈化1～3d备用；

（4）纳米二氧化钛自清洁氟碳铝单板的制备：将纳米TiO₂溶胶或TiO₂/ SiO₂复合溶胶喷涂于清洗干净后的氟碳铝单板表面，自然干燥后，置于60～260℃下热处于1～3h，即得纳米二氧化钛自清洁氟碳铝单板。

本发明所涉及的新型纳米二氧化钛自清洁氟碳铝单板的优点是：（1）二氧化钛薄膜厚度均匀，纳米二氧化钛晶粒分布均匀，具有超亲水性，具有良好的自清洁功能；（2）具有光催化特性，可降解表面残留的有机污染物，可进一步提高自清洁效果；（3）保留了氟碳铝单板原有高耐候、耐化学腐蚀等性能。

附图说明

图1为低温制备纳米二氧化钛薄膜的XRD图，说明所制备纳米二氧化钛为锐钛矿晶型。

图2为新型纳米二氧化钛自清洁氟碳铝单板在紫外光照射下，水滴在其表面的铺展情况，说明紫外光照射后，水滴与表面的接触角接近于0°，具有超亲水性。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步说明

实施例1：二氧化钛薄膜在氟碳铝单板表面的低温制备

量取5ml的钛酸四丁酯，加入10 ml的无水乙醇中，而后向其中滴加2ml的冰乙酸，室温下充分混合得A溶液。取10ml无水乙醇、30ml 0.2mol/l的盐酸溶液、1ml 1%乙酸溶液和1mlKH570搅拌充分混合得B溶液。将B溶液缓慢滴加至A溶液中，充分混合后在80℃加热回流10h，得到纳米TiO₂溶胶，陈化1-3d备用。将纳米TiO₂溶胶喷涂于经过预处理的氟碳铝单板表面，形成一层纳米TiO₂薄膜后于200℃下热处理3h，即得到纳米二氧化钛自清洁氟碳铝单板，如图1、图2所示。

实施例2：二氧化钛/二氧化硅复合薄膜在氟碳铝单板表面的低温制备

量取5ml的钛酸四丁酯，加入10 ml的无水乙醇中，而后向其中滴加2ml的冰乙酸，室温下充分混合得A溶液。取10ml无水乙醇、30ml 0.2mol/l的盐酸溶液、1ml 1%乙酸溶液和1mlKH570搅拌充分混合得B溶液。将B溶液缓慢滴加至A溶液中，充分混合后在80℃加热回流10h，得到纳米TiO2溶胶；量取1ml正硅酸乙酯加入1ml无水乙醇充分混合得C溶液，向C溶液中滴加1ml 1%的乙酸溶液和2ml无水乙醇的混合液，室温下混合均匀后得到SiO₂溶胶；将新制备的SiO₂溶胶与TiO₂溶胶混合，陈化1-3d，制得TiO₂/ SiO₂复合溶胶。将TiO₂/ SiO₂复合溶胶喷涂于经过预处理的氟碳铝单板表面，形成一层纳米TiO₂/ SiO₂薄膜后于200℃下热处理3h，即得到纳米二氧化钛自清洁氟碳铝单板。

Claims

1.一种新型纳米二氧化钛自清洁氟碳铝单板，其特征在于：氟碳铝单板的表面涂有一层具有自清洁功能的纳米二氧化钛薄膜或纳米二氧化钛与二氧化硅复合薄膜；薄膜在氟碳铝单板的表面分布均匀，厚度为1-3μm；纳米二氧化钛薄膜经紫外光照射后，具有超亲水性和光催化特性，可达到自清洁的效果。

2.一种如权利要求1所述的新型纳米二氧化钛自清洁氟碳铝单板的低温制备方法，制备方法为溶胶凝胶法，其特征在于具体步骤为：

第二步：将所得透明溶胶于40～100℃加热回流8～24h；

3.根据权利要求2所述的新型纳米二氧化钛自清洁氟碳铝单板的低温制备方法，其特征在于：整个制备过程中温度均低于260 oC，不会对氟碳铝单板表面氟碳涂料的性能产生影响。

4.根据权利要求1所述的新型纳米二氧化钛自清洁氟碳铝单板，其特征在于：纳米二氧化钛薄膜经紫外光照射2～6h后，水滴在其表面的铺展性好，水滴与薄膜表面的接触角小于10°。

5.根据权利要求1所述的新型纳米二氧化钛自清洁氟碳铝单板，其特征在于：纳米二氧化钛薄膜经紫外光激发后，具有氧化性，能将吸附在薄膜表面的有机污染物降解。

6.一种如权利要求1所述新型纳米二氧化钛自清洁氟碳铝单板，其特征是可应用于高层建筑外墙、大型桥梁建筑装饰领域。