CN105542585A - 一种防脱落光催化剂涂料及其制备与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种防脱落光催化剂涂料及其制备与应用。该涂料由质量百分比为10％～60％的光催化剂、20％～45％建筑用胶、5％～50％水和5％～30％硅溶胶组成。该涂料的制备包括下述步骤：(1)将原料配方中的建筑用胶、水和硅溶胶组分按上述质量比例称量后混合均匀；(2)将光催化剂按上述质量比例加入上述溶液中，搅拌时间不少于5小时，使涂料完全搅拌均匀并消除气泡；以上步骤均在常温常压下进行。本发明还包括一种防脱落光催化剂涂料在水处理、空气净化或抗菌方面的应用。该涂料的制备工艺简单，便于实现工业化生产；建筑用胶在热处理过程中高温除去，使得光催化剂裸露在外，充分发挥光催化剂的催化活性，同时避免了因光催化剂降解有机粘结剂而导致的催化剂脱落现象。

Description

一种防脱落光催化剂涂料及其制备与应用
技术领域
本发明涉及涂料技术领域，特别涉及一种防脱落光催化剂涂料的制备方法及应用。
技术背景
光催化技术由于能耗低，氧化能力强，不产生二次污染，在环境治理方面得到广泛关注。近年来，光催化技术在空气净化及水处理领域已经开始应用，通用做法是将光催化剂配制成涂料涂覆在相应的器件上。但应用过程中存在一些问题，例如在配制光催化涂料时普遍使用有机粘结剂，有机粘结剂易被强氧化性的催化剂分解，进而出现光催化剂脱落的现象，尤其将其用于水处理器件时，会缩短使用寿命；如果在器件上制备光催化膜，则存在光催化剂含量小，不足以处理污染物的问题。
CN102600821A公开了一种二氧化钛/凹凸棒黏土光催化剂的制备方法及负载光催化剂的涂料，利用凹凸棒石粘土负载纳米二氧化钛制备光催化剂，并通过涂敷法添加到乳胶漆中制得净化空气环保涂料。但这种方法中乳胶漆属于有机粘结剂，易与二氧化钛发生氧化还原反应而失效，造成催化剂的迅速脱落，不仅使得器件失去光催化活性，还会造成粉尘污染；其次，二氧化钛/凹凸棒黏土的混合光催化剂虽然增加了比表面积，但是同等程度上也减少了二氧化钛光催化剂的含量。
CN104877503A公开了一种环保型防脱落抗裂外墙乳胶涂料，通过特殊工艺将海泡石、椰子壳表面进行活化后制成疏松多孔的填料，以纯丙乳液为成膜基料，通过添加聚丙烯纤维，增强涂膜的抗裂防脱落性。但该方法中通过添加聚丙烯纤维防止涂膜脱落，工艺复杂，成本高。
发明内容
本发明的目在于提供一种防脱落光催化剂涂料及其制备与应用，以解决现有技术中存在的涂料易脱落、制备工艺复杂的问题，同时保证光催化剂涂料的光催化性能。
本发明提供的一种防脱落光催化剂涂料，其组分及质量百分含量为：
进一步地，所述的光催化剂质量百分比范围是25％～40％。
进一步地，所述建筑用胶的质量百分比范围是40％～45％。
进一步地，所述的光催化剂是二氧化钛或氧化锌或其它半导体粉末。
进一步地，所述的建筑用胶是聚乙烯醇缩醛胶。
本发明还提供上述防脱落光催化剂涂料的制备方法，包括下述步骤：
(1)将原料配方中的建筑用胶、水和硅溶胶组分按上述质量比例称量后混合均匀；
(2)将光催化剂按上述质量比例加入上述溶液中，搅拌时间不少于5小时，使涂料完全搅拌均匀并消除气泡即得；
以上步骤均在常温常压下进行。
本发明还包括所述的防脱落光催化剂涂料在水处理、空气净化或抗菌方面的应用。
进一步地，将所述的防脱落光催化剂涂料浸渍、喷涂、刷涂或滚涂在清洗后的载体上常压阴干再经过热处理后使用。
进一步地，所述的热处理包括将载体放入高温炉中，首先以2℃/min从室温升至100℃,接着在100℃恒温30min，然后以5℃/min从100℃升温至500℃，在500℃恒温60min后随炉冷却至室温。
光催化剂作为涂料中光催化反应的活性物质，在可见或紫外光作用下，能够产生具有强氧化性的活性基团，与空气或水中的污染物反应后生成二氧化碳、水、氧气等无机物；建筑用胶在涂料中作为有机粘结剂，便于涂料在载体上粘附，且在热处理过程中高温除去，使得光催化剂裸露在外，直接与空气中的污染物接触，同时避免因光催化剂降解建筑用胶而出现的脱落现象；硅溶胶作为涂料中的无机粘结剂，进一步增加了涂料在载体上的粘附性，热处理过程中硅溶胶失水生成微小孔隙增大比表面积提高光催化剂对污染物的吸附量；水作为溶剂，促进二氧化钛或者其他光催化剂的粉状固体、建筑用胶和硅溶胶的溶解和均匀分散，并控制涂料的粘度。需要注意的是当涂料粘度较大时，制备过程中须使用大功率的搅拌器进行搅拌，而涂料的涂覆工艺优选为喷涂、刷涂或滚涂，当涂料的粘度较小时，可以使用一般的搅拌器进行搅拌，涂料的涂覆工艺可以使用浸渍法。这些组分的组合以各组分的上述百分比范围，是通过大量试验确定的，上述组合及百分比范围使本发明涂料组合物形成的涂料具有良好的光催化性能和防脱落性能。
本发明的有益效果为：原料易得，成本低；涂料的制备工艺简单，便于实现工业化生产；建筑用胶在热处理过程中高温除去，使得光催化剂裸露在外，直接与空气中的污染物接触，充分发挥光催化剂的催化活性，同时避免了因光催化剂降解掉落有机粘结剂而出现的催化剂脱落现象；热处理过程中硅溶胶失水形成微小孔隙，能够促进光催化剂对污染物的吸附，进而增强光催化性能。
附图说明
图1是本发明的防脱落光催化剂涂料的甲醛降解实验的降解率随时间变化曲线。
具体实施方式
下面通过实施例进一步说明本发明。
下述实施例中使用的原料来源：
光催化剂-氧化锌：国药集团化学试剂有限公司；
光催化剂-二氧化钛：国药集团化学试剂有限公司；
聚乙烯醇缩醛胶：上海中南建筑材料有限公司；
硅溶胶：国药集团化学试剂有限公司。
实施例1
在常温和常压下，分别按照表1中指定的各组分比例将聚乙烯醇缩醛胶、水和硅溶胶称量；将称量后的各组分加入烧杯中混合均匀，接着加入下述比例的氧化锌，使用磁力搅拌器进行搅拌，样品2和4的水分质量比较低，搅拌8小时以使气泡完全消失，样品3搅拌7小时，样品1搅拌5小时即可，获得混合均匀的涂料组合物。
将待涂覆的铝片首先在浓度为0.25mol.L-1的氢氧化钠溶液中浸泡60min后，用水清洗至溶液pH值在7左右；接着将上述涂料用毛刷均匀涂覆在铝片上，涂层的厚度为10～60μm；并将涂覆好涂料的铝片放置在阴凉处，通风自然干燥；然后将阴干的铝片放入高温炉中，按照以下烧结制度进行热处理：首先以2℃/min从室温升至100℃，接着在100℃保温30min，然后以5℃/min从100℃升温至500℃，在500℃保温60min后随炉冷却至室温。
将实施例1中样品1～4的涂料进行气流冲击试验和水流冲击试验。经气流冲击试验和水流冲击试验前，用分析天平称取负载有涂层的铝片质量，分别记为原始质量A1、A2。气流冲击试验具体为：将经过上述处理原始质量为A1负载有涂层的铝片在吹风机(厂家：Panasonic，型号：EH-ND15，功率：1000W)的冷风模式下吹40min后，利用(厂家：上海海康电子仪器厂，型号：FA135S，量程：Max：32gd：0.01mg)分析天平称取质量，重复上述操作3次，质量分别记为B1、C1、D1，用质量变化衡量载体上涂料的防脱落性能，质量变化越小，说明涂料防脱落性能越好。水流冲击试验具体为将经过上述处理的原始质量为A2负载有涂层的铝片固定在水龙头下，以流速为0.25m/s的水流冲击40min后，在50℃烘箱中烘干30min后，利用分析天平称取质量，重复上述操作3次，质量分别记为B2、C2、D2，用质量变化衡量载体上涂料的防脱落性能，质量变化越小，说明涂料防脱落性能越好。
具体测试结果如表2所示，经过3次循环的气流冲击试验，样品2和样品3质量变化最小；在水流冲击试验中因样品需要被固定后进行水冲击，故在固定支点处有些许样品被磨掉，故样品质量较于气流冲击试验的结果减少得多，但所得涂料外观无色彩，膜层致密，表明涂料具有良好的的防脱落性能。样品1和样品4的气流冲击试验中质量虽有变化，但变化很小；样品1和样品4的水流冲击试验中除去被磨掉样品的质量损失，质量变化也很小，表明样品1和样品4仍具有良好的的防脱落性能，样品2和3的防脱落性能优于样品1和样品4。
表1
表2
降解甲醛实验：将面积为480cm2的铝片首先在浓度为0.25mol.L-1的氢氧化钠溶液中浸泡60min后，用水清洗至溶液pH值在7左右；接着将按照防脱落性能最佳的样品2的组分比例和制备方法制备的涂料用毛刷均匀涂覆在铝片上；并将涂覆好涂料的铝片放置在阴凉处，通风自然干燥；然后将阴干的铝片放入高温炉中，按照上述的烧结制度进行热处理得到样品。将上述样品置于350×450×450mm3的密闭箱里，箱中置有功率为10W的紫外灯，且箱中甲醛初始浓度为16.20ppm，经10W的紫外灯照射240分钟后，甲醛浓度降低至9.30ppm，降解率可达42.59％。
实施例2
在常温和常压下，分别按照表3中指定的各组分比例将聚乙烯醇缩醛胶、水和硅溶胶称量；将称量后的各组分加入烧杯中混合均匀，接着加入下述比例的二氧化钛，使用磁力搅拌器进行搅拌，样品6和8的水分质量比较低，搅拌8小时以使气泡完全消失，样品7搅拌7小时，样品1搅拌5小时即可，获得混合均匀的涂料组合物。按照实施例1的方法准备涂覆上述涂料的铝片样品5～8。
将样品5～8重复实施例1的气流冲击和水流冲击试验，测试结果见表4。
经过3次循环的气流冲击试验，优选的样品6和样品7质量变化最小；在水流冲击试验中因样品需要被固定后进行水冲击，故在固定支点处有些许样品被磨掉，故样品质量较于气流冲击试验的结果减少得多，但所得涂料外观无色彩，膜层致密，表明涂料具有良好的的防脱落性能。样品5和样品8的气流冲击试验中质量虽有变化，但变化很小；样品5和样品8的水流冲击试验中除去被磨掉样品的质量损失，质量变化也很小，表明样品5和样品8仍具有有良好的的防脱落性能，样品6和7的防脱落性能优于样品5和样品8。
表3
表4
降解甲醛实验：将面积为480cm2的铝片首先在浓度为0.25mol.L-1的氢氧化钠溶液中浸泡60min后，用水清洗至溶液pH值在7左右；接着将防脱落性能最佳的样品6组分比例和制备方法制备的涂料用毛刷均匀涂覆在铝片上；并将涂覆好涂料的铝片放置在阴凉处，通风自然干燥；然后将阴干的铝片放入高温炉中，按照实施例1的烧结制度进行热处理得到样品。将上述样品置于350×450×450mm3的密闭箱里，箱中置有功率为10W的紫外灯，且箱中甲醛初始浓度为16.20ppm，经10W的紫外灯照射30、60、90、120、150、180、210和240分钟的降解率见附图1，经照射240分钟后，甲醛浓度降低至8.22ppm，降解率可达49.26％。
实施例3
在常温和常压下，分别按照表5中指定的各组分比例将聚乙烯醇缩醛胶、水和硅溶胶称量；将称量后的各组分加入烧杯中混合均匀，接着加入下述比例的氧化锌，使用磁力搅拌器进行搅拌，样品10和12的水分质量比较低，搅拌8小时以使气泡完全消失，样品11搅拌7小时，样品9搅拌5小时即可，获得混合均匀的涂料组合物。按照实施例1的方法准备涂覆上述涂料的铝片样品9～12。
将样品9～12重复实施例1的气流冲击和水流冲击试验，测试结果见表6。
经过3次循环的气流冲击试验，优选的样品10和样品11质量变化最小；在水流冲击试验中因样品需要被固定后进行水冲击，故在固定支点处有些许样品被磨掉，故样品质量较于气流冲击试验的结果减少得多，但所得涂料外观无色彩，膜层致密，表明涂料具有良好的的防脱落性能。样品9和样品12的气流冲击试验中质量虽有变化，但变化很小；样品9和样品12的水流冲击试验中除去被磨掉样品的质量损失，质量变化也很小，表明样品9和样品12仍具有有良好的的防脱落性能，样品10和11的防脱落性能优于样品9和样品12。
表5
表6
降解甲醛实验：将面积为480cm2的铝片首先在浓度为0.25mol.L-1的氢氧化钠溶液中浸泡60min后，用水清洗至溶液pH值在7左右；接着将按照防脱落性能最佳的样品11的组分比例和制备方法制备的涂料用毛刷均匀涂覆在铝片上；并将涂覆好涂料的铝片放置在阴凉处，通风自然干燥；然后将阴干的铝片放入高温炉中，按照上述的烧结制度进行热处理得到样品。将上述样品置于350×450×450mm3的密闭箱里，箱中置有功率为10W的紫外灯，且箱中甲醛初始浓度为16.20ppm，经10W的紫外灯照射240分钟后，甲醛浓度降低至9.31ppm，降解率可达42.53％。

Claims (9)

1.一种防脱落光催化剂涂料，其组分及质量百分含量为：
2.如权利要求1所述的防脱落光催化剂涂料，其特征在于，所述的光催化剂质量百分比范围是25％～40％。
3.如权利要求1所述的防脱落光催化剂涂料，其特征在于，所述建筑用胶的质量百分比范围是40％～45％。
4.如权利要求1至3任一项所述的防脱落光催化剂涂料，其特征在于，所述的光催化剂是二氧化钛或氧化锌或其它半导体粉末。
5.如权利要求1至3任一项所述的防脱落光催化剂涂料，其特征在于，所述的建筑用胶是聚乙烯醇缩醛胶。
6.一种由如权利要求1至5任一项所述的防脱落光催化剂涂料的制备方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：
(1)将原料配方中的建筑用胶、水和硅溶胶组分按上述质量比例称量后混合均匀；
(2)将光催化剂按上述质量比例加入上述溶液中，搅拌时间不少于5小时，使涂料完全搅拌均匀并消除气泡即得；
以上步骤均在常温常压下进行。
7.如权利要求1-5任一所述的防脱落光催化剂涂料在水处理、空气净化或抗菌方面的应用。
8.如权利要求7所述的防脱落光催化剂涂料的应用，其特征在于，将所述的光催化剂涂料浸渍、喷涂、刷涂或滚涂在清洗后的载体上常压阴干再经过热处理后使用。
9.如权利要求8所述的防脱落光催化剂涂料的应用，其特征在于，所述的热处理包括将载体放入高温炉中，首先以2℃/min从室温升至100℃,接着在100℃恒温30min,然后以5℃/min从100℃升温至500℃，在500℃恒温60min后随炉冷却至室温。
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CN107083151A (zh) * 2017-05-19 2017-08-22 重庆中鼎三正科技有限公司 用于制备降解光催化材料的方法

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