CN106010236A - 一种空气净化器自清洁涂层材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种空气净化器自清洁涂层材料，以质量份计，包括以下组分：10‑20份有机聚合物、60‑80份溶剂、5‑10份复合粘结剂、10‑60份具有光催化活性的纳米粒子。本发明所述的超疏水自清洁涂层材料具有如下优点：(1)具有荷叶超疏水自清洁和光催化自清洁双重自清洁功能，可长期保持涂层表面的超疏水特性；(2)自清洁特性突出。

Description

一种空气净化器自清洁涂层材料
技术领域
本发明属于自清洁纳米涂层材料领域，涉及一种空气净化器用自清洁涂层材料。
背景技术
当今社会，经济飞速发展，而主导经济发展的工业给人们赖以生存的环境带来极大的危害。随着空气质量的不断恶化，尤其是雾霾天气的增多和人们pm2.5危害性认识的加深，空气净化器陆续进入到人们的视野。现有的诸多空气净化器存在着不能自动清洁，拆装麻烦的问题与缺陷，而具有自清洁功能的智能空气净化器受到了广泛的关注。纳米氧化物材料是近年来世界各国科学家的热门研究的自清洁材料。其中，以TiO2为主要成分的光催化材料具有对人体无毒，能耗低，操作简单，反应条件温和，化学稳定性良好和光催化效率较高等特性，成为近年来日益受重视的环境污染治理技术，引起了人们极大的兴趣。
超疏水自清洁涂层，通过水滴滚动带走灰尘，实现类似于荷叶的自清洁功能。但实际空气环境中污染物多种多样，既有亲水性的粉尘污染物，又有亲油性的有机污染物，既有固体污染物，又有液态污染物，以及各种污染物的混合体，现有超疏水涂层并不能有效去除所有不同特性的污染物，导致其在实际使用过程中，由于污染物的不断积累使涂层表面丧失超疏水特性，另外，机械摩擦以及气候老化等原因均会使涂层的超疏水特性逐渐丧失。因此，现有超疏水涂层仍存在实际服役时间过短的问题。常见报道的制备超疏水性涂层的方法有：模板法、等离子体刻蚀法、静电纺丝法、腐蚀刻蚀法等。如专利CN101475173A报道了在硅片表面以银或金纳米粒子为阻挡进行化学刻蚀，得到微米和纳米复合结构表面，再对复合表面进行化学修饰等步骤，获得超疏水表面。该方法的缺点是对被刻蚀的基材具有选择性，而且需要化学修饰。在专利CN101428852A中，先通过静电纺丝制备出粗糙的TiO2/PVP复合纳米纤维网膜，然后将复合纳米纤维网膜与低表面能物质(如聚甲基硅氧烷等)共同煅烧，在煅烧后TiO2纤维网膜表面均匀地沉积一层纳米颗粒状低表面能物质，从而获得超疏水性涂膜。该方法的不足是需要静电纺丝设备和高温煅烧。这些专利报道的方法所形成的材料表面虽都具有超疏水特性，但在实际使用时仍存在一些问题，制备方法复杂，往往需要特殊设备，过程繁琐，对基材具有选择性，涂层的超疏水持久性差，从而导致涂层的自清洁功能寿命较短。
发明内容
为了克服现有技术中的缺陷，提供一种空气净化器自清洁涂层材料。
本发明通过下述方案实现：
一种空气净化器自清洁涂层材料，以质量份计，包括以下组分：10-20份有机聚合物、60-80份溶剂、5-10份复合粘结剂、10-60份具有光催化活性的纳米粒子。
所述聚合物为氟化硅聚氧烷、聚二甲基硅氧烷和聚甲基苯基硅氧烷中的一种或数种。
所述氟化硅聚氧烷为含羟烷氧基、碳碳双键、硅羟基或硅烷氧基活性基团中的一种。
所述的复合粘结剂由硅氧烷树脂与磷酸盐无机粘结材料混合杂化而成，所述复合粘结剂按照重量百分比的原料包括硅氧烷树脂30-80％、磷酸盐无机粘结剂10-60％和助剂5-20％。
具有光催化活性的纳米粒子构成为SiO2/TiO2纳米微球，其中Si/Ti的摩尔比为5％～30％。
所述溶剂为二甲苯、乙酸丁酯、乙酸乙酯、丙酮、丁酮、4-甲基-2-戊酮、正丙醇、异丙醇、正辛醇、正己烷、正辛烷中的一种或几种的混合物。
本发明方法的有益效果为：
本发明是一种空气净化器自清洁涂层材料通过纳米粒子自组织提供表面微纳结构和光催化纳米粒子分解有机污染物来实现涂层的超疏水特性和自清洁持久性，从而使基材表面获得超疏水防尘自清洁功能。(1)具有荷叶超疏水自清洁和光催化自清洁双重自清洁功能，可长期保持涂层表面的超疏水特性；(2)自清洁特性突出。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步说明：
一种空气净化器自清洁涂层材料，以质量份计，包括以下组分：10-20份有机聚合物、60-80份溶剂、5-10份复合粘结剂、10-60份具有光催化活性的纳米粒子。光催化活性纳米粒子在最终形成的涂层中的质量含量为10-60％。含量小于10％，无法在涂层表面形成微纳结构；含量大于60％，则涂层的力学性能会降低。
所述聚合物为氟化硅聚氧烷、聚二甲基硅氧烷和聚甲基苯基硅氧烷中的一种或数种。本发明聚合物的分子量为400-20000g/mol。在此范围内，可确保制备的纳米复合涂料具有高固低粘特性，交联固化后的涂层具有较好的力学性能。
所述氟化硅聚氧烷为含羟烷氧基、碳碳双键、硅羟基或硅烷氧基活性基团中的一种。其中活性基团赋予低表面能聚合物可交联特性，既可以是聚硅氧烷或氟化聚硅氧烷的端基，也可以是聚硅氧烷或氟化聚硅氧烷的侧基。聚硅氧烷链段和氟化聚硅氧烷链赋予聚合物低表面能特性。此类低表面能聚合物包括：KE805羟基氟硅油、氟化乙烯基硅油、羟基硅油、乙烯基硅油、Dow corning 3037、3074、6018等。
所述的复合粘结剂由硅氧烷树脂与磷酸盐无机粘结材料混合杂化而成，所述复合粘结剂按照重量百分比的原料包括硅氧烷树脂30-80％、磷酸盐无机粘结剂10-60％和助剂5-20％。
具有光催化活性的纳米粒子构成为SiO2/TiO2纳米微球，其中Si/Ti的摩尔比为5％～30％。
所述溶剂为二甲苯、乙酸丁酯、乙酸乙酯、丙酮、丁酮、4-甲基-2-戊酮、正丙醇、异丙醇、正辛醇、正己烷、正辛烷中的一种或几种的混合物。
下面结合具体的实施例对本发明做进一步解释。
实施例1
将0.5份分散剂BYK182、0.002份流平剂BYK-300和0.002份消泡剂A-530，加入到200份二甲苯中，剪切搅拌分散10min；将69.2份含氟乙烯基硅油(分子量6000g/mol，双端乙烯基)和20份ZnS纳米粒子，加入到上述分散液中，以1000r/min的速度搅拌分散2小时，制得纳米复合涂料；在涂覆前，加入10.8份含氢氟硅油(分子量1800g/mol，双端含氢)和少量甲基乙烯基硅氧烷配位铂催化剂，采用刷涂的方式在基材上涂膜，室温固化干燥后，即得超疏水性涂层，涂层厚度95μm，涂层水接触角159.3°，滚动角1.1°。
实施例2
将0.4份分散剂BYK145、0.001份流平剂BYK-306和0.001份消泡剂A-065，加入到200份二甲苯中，剪切搅拌分散10min；将56份含氟乙烯基硅油(分子量7000g/mol，双端乙烯基)和20份SnO2纳米粒子加入到上述分散液中，以1000r/min的速度搅拌分散2小时，制得纳米复合涂料；在涂覆前，加入14份含氢硅油(分子量3000g/mol，双端含氢)和少量甲基乙烯基硅氧烷配位铂催化剂，采用浸涂的方式在基材上涂膜，室温固化干燥后，即得超疏水性涂层，涂层厚度1μm，涂层水接触角169.3°，滚动角0.5°。
实施例3
将0.52份分散剂BYK180加入到100份二甲苯中，剪切搅拌分散10min；将56.5份3037和25份TiO2纳米粒子(P25)加入到上述分散液中，以1000r/min的速度搅拌分散1小时，制得纳米复合涂料；在涂覆前，加入6.0份氨丙基三乙氧基硅烷，搅拌均匀，采用喷涂的方式在基材上涂膜，室温固化干燥后，即得超疏水性涂层，涂层厚度30μm，水接触角154.2°，滚动角2.5°。
实施例4
将0.5份分散剂BZ201、0.002份流平剂BYK-300和0.002份消泡剂A-530，加入到200份正辛烷中，剪切搅拌分散10min；将64.6份含氟乙烯基硅油(分子量4000g/mol，双端乙烯基)和20份V205纳米粒子，加入到上述分散液中，以1000r/min的速度搅拌分散2小时，制得纳米复合涂料；在涂覆前，加入16.4份含氢氟硅油(分子量1200g/mol，双端含氢)和少量甲基乙烯基硅氧烷配位铂催化剂，采用刷涂的方式在基材上涂膜，室温固化干燥后，即得超疏水性涂层，涂层厚度80μm，涂层水接触角157.6°，滚动角1.5°
实施例5
将0.5份分散剂ST-18加入到100份丁酮中，剪切搅拌分散10min；将60.8份3037和25份TaO3纳米粒子加入到上述分散液中，以1000r/min的速度搅拌分散1小时，制得纳米复合涂料；在涂覆前，加入7.0份N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷，搅拌均匀，采用喷涂的方式在基材上涂膜，室温固化干燥后，即得超疏水性涂层，涂层厚度60μm，水接触角152.8°，滚动角2.3°。
测试方法：
(1)超疏水性
分别以水和环己烷在涂层表面的接触角反映涂层的亲水性和亲油性。接触角测试
仪器：德国Dataphysics公司的OCA15接触角测试仪，液滴大小5μL。
(2)自清洁性
以食用色拉油为污染源。通过在超疏水涂层表面涂覆一层色拉油，然后将涂层置
于紫外灯下(365nm，20mW/cm2)，通过测定涂层表面接触角的变化表征涂层的自清洁性能。
在实际使用中涂层厚度为10-100μm，通过刷涂、浸涂、喷涂或淋涂等施工方式在不同基材表面大面积制备，除了用作空气净化器内壁起到自清洁作用，还可以用在建筑物外墙涂料和钢结构防腐涂料表面，起自清洁功能。该涂层材料由具有光催化活性的纳米粒子、聚合物、复合粘结剂室和溶剂组成。该涂层同时具有超疏水性和光催化活性，不但可通过水滴的滚动带走亲水性污染物，而且可通过光催化降解油性有机污染物，使涂层表面超疏水特性长期保留，从而实现涂层的长效自清洁功能。
尽管已经对本发明的技术方案做了较为详细的阐述和列举，应当理解，对于本领域技术人员来说，对上述实施例做出修改或者采用等同的替代方案，这对本领域的技术人员而言是显而易见，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (6)

1.一种空气净化器自清洁涂层材料，其特征在于，以质量份计，包括以下组分：10-20份有机聚合物、60-80份溶剂、5-10份复合粘结剂、10-60份具有光催化活性的纳米粒子。
2.根据权利要求1所述的一种空气净化器用自清洁纳米涂层材料，其特征在于：所述聚合物为氟化硅聚氧烷、聚二甲基硅氧烷和聚甲基苯基硅氧烷中的一种或数种。
3.根据权利要求2所述的一种空气净化器用自清洁纳米涂层材料，其特征在于：所述氟化硅聚氧烷为含羟烷氧基、碳碳双键、硅羟基或硅烷氧基活性基团中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种空气净化器用自清洁纳米涂层材料，其特征在于：所述的复合粘结剂由硅氧烷树脂与磷酸盐无机粘结材料混合杂化而成，所述复合粘结剂按照重量百分比的原料包括硅氧烷树脂30-80％、磷酸盐无机粘结剂10-60％和助剂5-20％。
5.根据权利要求1所述的一种空气净化器用自清洁纳米涂层材料，其特征在于：具有光催化活性的纳米粒子构成为SiO2/TiO2纳米微球，其中Si/Ti的摩尔比为5％～30％。
6.根据权利要求1所述的一种空气净化器用自清洁纳米涂层材料，其特征在于：所述溶剂为二甲苯、乙酸丁酯、乙酸乙酯、丙酮、丁酮、4-甲基-2-戊酮、正丙醇、异丙醇、正辛醇、正己烷、正辛烷中的一种或几种的混合物。
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