CN102785413A

CN102785413A - TiO2光触媒亲水性自净化基材制造方法及光触媒涂层液

Info

Publication number: CN102785413A
Application number: CN2011101267938A
Authority: CN
Inventors: 不公告发明人
Original assignee: Individual
Current assignee: Li Wenfa
Priority date: 2011-05-17
Filing date: 2011-05-17
Publication date: 2012-11-21

Abstract

本发明提供难污染的制品，及机能性自净化、抗菌、除臭内外墙瓷砖/玻璃/有机无机涂层/石材/有色或无色金属/水泥构件。本发明使用锐钛矿结晶型纳米二氧化钛光催化剂中性水溶液为涂层液向基材表面被覆，形成光触媒性被膜。进一步，在基材表面进行二氧化钛光催化剂涂敷之前用硅素材料进行处理为特征的具有亲水性光催化剂表面的基材的制造方法。光催化剂性半导体材料二氧化钛在太阳光，紫外线的作用下，处于光激发状态而具有对于与其接触的有机物极强的分解能力，具有对于氮氧化物、硫氧化物转换能力，以及超亲水性等特征。光催化剂超亲水表面由于对于附着物的分解作用，使其附着力下降，在外力（雨水或喷淋等）的作用下，使污物除去而自洁为特征的亲水性光催化剂表面基材。

Description

TiO2光触媒亲水性自净化基材制造方法及光触媒涂层液

技术领域

本发明是关于使基材表面高度亲水性并使之维持的技术。是关于具有除臭、抗菌、防污的光催化剂机能自净化部材的制造技术及方法。本发明的各种形态是提供难污染的制品，及机能性自净化、抗菌、除臭内外墙瓷砖/玻璃/有机无机涂层/石材/有色或无色金属/水泥构件等。

背景技术

在建筑领域以及内外墙涂装领域，伴随着环境污染，建筑外墙、外装涂层、室外建筑物等的污染已经成为难以解决的问题。干燥天气大气中的浮游污染物向建筑外壁堆积，雨天雨水的冲刷出现污染痕迹。特别是近年来，不仅是工业生产活动产生的恶臭或刺激臭，家庭厨房以及饮食店的废弃物，调理时的恶臭，厕所、浴室的水垢以及霉菌，家庭装修所产生的各种有害气体，例如硫化氢，氨气，胺，氢硫基，醛类以及脂肪酸等难以除去的物质。更进一步，大型比赛的场馆地面，游泳池以及废水处理场所等等，往往是使用氯制品进行消毒，氯化物是有毒制品，安全隐患很大。更进一步，在医院隔离室、手术室，特别是不特定人群多数出入的公共场所，例如挂号室、走廊、厕所等场所，目前还几乎没有一个健全的对策，采取频繁的消毒、清扫作业必然加重负担。同时，对于杀菌剂、消毒剂的安全性以及使用药剂的处理也成为问题。

发明内容

为了解决上述建筑材料的自洁及环境净化问题，即本发明的目的是提供基材表面高度亲水，而且对于附在表面的污物有分解能力的自净化复合材。提供其制造方法及涂层液。例如，光催化剂光励起，基材表面呈现高亲水性，与水的接触角10^○以下。

本发明的另一个角度来看，本发明提供使基材表面亲水化，由于降雨或喷淋而自净化（self cleaning）的方法。提供自净化性基材，以及其制造方法。

所谓基材，例如金属、塑料、玻璃、陶瓷、木、石、混凝土、以及组合而成的层基体，以及其他材料形成的建筑物外装、窗框、构造材、窗玻璃，小轿车、铁道车辆、飞机、轮船等的乘用物的外装涂装，机械装置及物品的外装，防尘罩及涂装，交通标识，交通工具的外壳，各种标示装置，广告塔的外装及涂装等等都包括。

建筑物以及建筑物配置的机械装置以及物品，日中在太阳光作用下，光催化剂表面由于电子-空穴效应与空气产生的负氧离子及羟基游离基使附着的污物分解而降低附着力，同时产生亲水效应。当喷淋或偶尔下雨的时候，超亲水表面每逢被水冲刷，借助自然力其表面附着的灰尘以及污染物质被洗干净而自洁。

光催化剂。

本发明的光催化剂性涂层液所使用的光触媒最好是二氧化钛（TiO₂）。二氧化钛是无害，化学上安全，而且可以廉价入手。进一步二氧化钛的价电子能级高，因此需要紫外线，在光励起的过程不吸收可视线光，不引起光散射现象。因此最适合例如玻璃、镜头等透明物体以及外墙或内墙装饰瓷砖等进行光催化剂施工。

作为二氧化钛，锐钛矿型或者金红石型结晶都可以。但是锐钛矿型的粒子的优点是非常小，要求达到纳米级，比表面积大，光化学反应效能高。

作为二氧化钛，也可以由各种钛化合物的前驱体，经过水解、烧成等方法制备。

基材是透明材料或陶瓷的表面，光触媒膜不超过0.1-0.2μm,不影响透明度以及产品的外观。另外，膜的厚度薄能增加膜的耐磨性。

本发明提供的基材表面高度亲水而且对于附在表面的污物有分解能力的复合材，要在200-700℃的温度下烧成，最好仔200-500℃的温度下烧成，形成永久性的光催化剂陶瓷膜。

为了防止在高温烧成中基材Na离子（例如玻璃）或釉药（例如瓷砖）向光催化剂层渗透而降低光催化剂活性，在基材表面与光催化剂层之间必须有遮断层。遮断层的组分例如硅素的前躯体形成的无机硅元素膜。

在室温或常温之下，该基材经刷涂、滚涂、或其它机械喷涂而成膜的复合材，在基材表面形成半永久性透明薄膜工程。

[发明的实施形态]

实施例1

光催化剂自洁玻璃以及光催化剂涂层。

在90重量份的乙醇溶液中，加入7重量份四乙基硅（Si（OC₂H₅）₄，再加入纯水5-7重量份，再加入加水分解抑制剂36%的盐酸2重量份，调制好硅涂层剂。混合的时候放热，混合液必须防止1小时冷却。用这种溶液连续对于10cm的正方钠玻璃表面涂布，在70-80℃下干燥。伴随干燥，四乙基硅（Si（OC₂H₅）₄受到加水分解形成氢氧化硅Si（OH）₄，接着硅烷醇脱水缩聚在玻璃表面形成无定形的硅膜。之后，在1重量份钛酸四乙酯Ti（OC₂H₅）₄与6-9重量份甲醇的混合液中添加加水分解抑制剂36%盐酸0.2重量份调制成钛涂层液,把该钛涂层液在干燥空气中反复涂布到前记的玻璃表面上。涂布的量按照钛换算为40-50μg/cm²。

钛酸四乙酯Ti（OC₂H₅）₄的加水分解速度非常快，在涂布阶段就有一部分被分解，部分形成氢氧化钛Ti（OH）₄。之后把涂装好了的玻璃板在150℃下保持30时分钟，使钛酸四乙酯Ti（OC₂H₅）₄的加水分解完全的同时，形成的氢氧化钛脱水聚合，最终形成无定形的氧化钛薄膜。从而制成无定形Si上覆盖无定形钛的玻璃板试料A。试料A在250-500℃下1小时烧成，无定形的钛转变成銳钛矿型结晶氧化钛。由于，銳钛矿型结晶氧化钛层下为Si层，烧成的时候玻璃板基材中的钠等碱性网目修饰离子的扩散被隔绝，避免了光催化剂粒子失活。

实施例2

在90重量份的乙醇溶液中，加入7重量份四乙基硅Si（OC₂H₅）₄，再加入纯水7重量份，再加入加水分解抑制剂36%的盐酸2重量份，调制好硅涂层剂。混合的时候放热，混合液必

须防止1小时冷却。用这种溶液连续对于施釉（印刷）25cm正方瓷砖表面涂布，自然干燥。伴随干燥，四乙基硅Si（OC₂H₅）₄受到加水分解形成氢氧化硅Si（OH）₄，接着硅烷醇脱水缩聚在瓷砖表面形成无定形的硅膜。之后在瓷砖试验片上利用喷涂或浸涂的方法施以锐钛矿结晶纳米光触媒粒子，形成硅素包含的形纳米钛膜。自然干燥之后，以每分钟10℃速度升温至250-500℃恒温1小时，制成釉药上成无定形Si上覆盖銳钛矿结晶型钛的瓷砖试验片B。

在纳米二氧化钛10mlTiO₂中性水溶液加入二氧化硅SiO₂前驱体，制成混合液。向瓷砖/玻璃/有机无机涂层/石材/有色或无色金属/水泥构件等任意基材，对其表面用机械的方法施工该混合液，形成0.1-0.2μmSi-TiO₂透明涂层。即试片C。

光催化剂玻璃的自净化试验。

试验片A（光触媒玻璃）表面用油酸（C18H34O2）涂布。把试验片A置于荧光灯下(紫外线照度0.5mW/cm²)，进行照射3小时。之后把试验片A置于盛满水的水槽中晃动。油酸成圆珠状，从玻璃表面释放而滚落。表示玻璃表面可以简单自净化。

光催化剂玻璃的有机物分解试验。

在试验片A、B、C以及空白试验片上分别均匀喷涂0.1μm的亚甲蓝试剂，放在阳光下，30分钟退色，空白试验片上的亚甲蓝不退色。表明本发明物的分解有机物（油污，病毒，细菌等的模拟）的效果。

以上记载了本发明的特定实施例，但是本发明不限于此，可以有各种变更或修正。进一步，本发明上记的用途以外，还可以应用到其他领域。例如，玻璃的防晕、大气净化、气泡表面附着的防止等领域。进一步，超亲水性人造生体材料，如抗血栓材料、人造器官、等医疗领域以及太阳能领域内都可以应用。

Claims

1.具备亲水性的复合材，该复合材的表面由TiO₂、ZnO、SnO₂、SrTiO₃、WO₃选出来的光催化剂半导体材料与含有无定形硅前驱体材料被覆的，并且前记的光催化剂被膜在光励起情况下相应呈亲水性为特征的复合材。

2.前记的基材表面上，具备光催化剂纳米半导体粒子均匀分布于聚硅氧烷硅原子形成膜之上，当光使光催化剂被励起之际，呈现亲水效应为特征的复合材。

3.要求1记载的复合材的制造方法，基材表面无定型的硅前驱体上均匀涂布结晶性二氧化钛粒子悬浊液的涂布工程，以及该前躯体加水分解的同时缩聚，形成由硅素结合的结晶二氧化钛粒子附着的被膜的制造方法。

4.要求1记载的复合材的制造方法，1）无定形硅的前驱体溶液中分散纳米锐钛矿型结晶TiO₂粒子形成溶胶工程，2）将Si-Ti溶胶向基材涂布工程，3）该溶胶硅前驱体加水分解的同时，脱水聚合，结果在基材表面形成无定形硅素结合结晶型TiO₂粒子的被膜工程，4）在该基材软化点以下加热具有涂膜得复合材，在基材表面形成永久性透明陶瓷薄膜工程，5）在室温或常温之下，该基材经刷涂、滚涂、或其它机械喷涂而成膜的复合材，在基材表面形成半永久性透明薄膜工程。

5.要求1及4所记载的复合材及制造方法，由于在基材与光催化剂半导体膜之间有硅的前驱体无机硅氧化层介入，防止钠离子（例如玻璃）或釉药（例如陶瓷）向成膜的结晶性二氧化钛层渗透而使二氧化钛粒子失活，为特征的复合材的制造方法。

6.基材表面前记的光反应性的纳米半导体粒子涂层具有在光励起的情况下，与空气中的H₂O以及O₂作用产生负氧离子O^-2以及·OH游离基，对于与其表面接触的有机污秽物具有极强的分解能力，使其在被附着表面的附着力下降，在自然力，如雨水人工冲洗的作用下被清洗掉为特征的请求项目1记载的自洁性光催化剂复合材。

7.基材表面前记的光反应性的纳米半导体粒子涂层具有在光励起的情况下，与空气中的H₂O以及O₂作用产生负氧离子O^-2以及·OH游离基，对于与其表面接触的有机污秽物具有极强的分解能力，使其在被附着表面的附着力下降，在自然力，如雨水人工冲洗的作用下被清洗掉，之后该表面仍然恢复光催化表面特征为特征的请求项目1记载的自洁性光催化剂复合材。