CN109021635A - 一种光触媒墙体保护剂及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种光触媒墙体保护剂，按照重量份数计，其至少由以下组分组成：纳米光触媒1～5份，含铁磷酸钙化合物0.2～10份，浓度为25～35wt％的甲基硅酸钠溶液500～2000份，以及水500～3000份；所述纳米光触媒为纳米二氧化钛、纳米氧化锌、纳米氧化钨和纳米钒酸铋中的两种或两种以上。本发明还公开了该保护剂的制备方法和应用，该保护剂涂覆于传统建筑材料表面后可使材料表面获得疏水保护，同时产生光催化杀菌，除霉防霉，防盐害等综合效应，可有效保护历史文化遗产，延长旧建筑使用寿命、缩短保养周期。本发明所述墙体保护方法具有透明，施工简单、无污染、效果持久等优点。

Description

一种光触媒墙体保护剂及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及水性无机涂料领域，具体涉及一种基于光触媒技术的历史建筑保护剂，以及该保护剂的制备方法与应用。

背景技术

我国是一个具有悠久历史文化的国家，因具有历史文化底蕴而被政府出台相应政策保护的古建筑不计其数。由于历史建筑年代久远，因此政府每隔几年必须出资对其进行相应维护或翻修，使得历史建筑修复行业作为一朝阳行业正在被更多的人看好，也吸引着更多的研究者开发新的材料和技术。历史建筑中的砖瓦、清水墙、粉墙以及木材、石材等基础材料的自然破坏主要来源于长期的受潮和发霉两方面，因此需要一种新产品、新技术来防止历史建筑的受潮发霉的问题，从而提高古建筑外墙的耐候性，可有效减少维护或翻修的次数。

发明内容

本发明的目的是为了弥补国内在历史建筑保护剂领域的不足，结合光触媒材料技术，提供一种同时具备防水和防霉能力的新材料，即光触媒墙体保护剂。

本发明的光触媒墙体保护剂，具体为一种复合水性涂料，无色或乳白色，无味。按照重量份数计，其至少由以下组分组成：纳米光触媒1～5份，含铁磷酸钙化合物0.2～10份，浓度为25～35wt％的甲基硅酸钠溶液500～2000份，以及水500～3000份；所述纳米光触媒为纳米二氧化钛、纳米氧化锌、纳米氧化钨和纳米钒酸铋中的两种或两种以上。

本发明所述光触媒墙体保护剂中，除了利用光触媒纳米颗粒的光催化能力，在有光条件下实现高效杀菌防霉功能，还采用两种或两种以上物质复合的光触媒，利用不同纳米光触媒的紫外吸收波长的范围的互补，有效提高该保护剂防紫外性能。比如纳米二氧化钛为280-320nm，范围较窄，而纳米氧化锌紫外线遮蔽范围较宽，为280-400nm，因此，使用纳米二氧化钛和纳米氧化锌复合时，加入一定量的氧化锌做成复合光触媒可以更加有效地防紫外，即防止太阳光中的紫外线对墙体中有机物、有机复合建材或其他物质的损伤；同时两种或两种以上物质复合的光触媒也可有效延缓保护剂本身的老化。另外纳米二氧化钛和纳米氧化锌都是无毒无害的，有利于涂料的绿色化。

另外，由于单纯的纳米光触媒，如二氧化钛和氧化锌，只对紫外光具有光催化响应。而自然光中紫外线部分所含比例极小，特别是在夜晚或弱光条件下光催化效应很弱。本发明中添加了铁盐和磷酸钙化合物，通过对光触媒颗粒进行被覆或添加混合实现大面积表面接触，在增大光触媒比表面积的同时，由于铁离子引入了对可见光的吸收，即便在弱光下也能产生较强的光催化效果。

而添加的甲基硅酸钠为无机疏水材料，一方面可进一步提高保护剂的防水性能，另一方面其与建筑材料的附着效果好，甲基硅酸钠与光触媒复合可以将光触媒有效地附着在建筑材料表面，避免光触媒颗粒附着力差而容易飘散的问题。

优选的，纳米光触媒与含铁磷酸钙化合物的重量比为1:9～9:1，更优选2:1～5:1。

优选的，所述含铁磷酸钙化合物为磷酸钙化合物与铁盐进行离子交换后的产物，所述磷酸钙化合物选自羟基磷灰石，氟化磷灰石，碳酸磷灰石，银磷灰石，磷酸三钙和磷酸八钙中的一种或两种及以上的。

优选的，所述铁盐为硝酸铁，或氯化铁，或硝酸铁和氯化铁的混合。

本发明的目的还在于提供一种制备所述光触媒墙体保护剂的方法，其特征在于，其包括步骤：按照重量份数计，将纳米光触媒颗粒、铁盐和磷酸钙化合物充分混合后添加至水中并搅拌均匀；再加入甲基硅酸钠溶液搅拌均匀后获得所述光触媒墙体保护剂。

优选的，纳米光触媒颗粒、铁盐和磷酸钙化合物可预先混合均匀并分散于少量水中，然后通过研磨充分混合后添加至水中并搅拌均匀。在水中，铁盐和磷酸钙化合物可发生离子交换生产含铁磷酸钙化合物。

本发明的目的还在于提供另一种制备所述光触媒墙体保护剂的方法，其特征在于，其包括步骤：将纳米光触媒颗粒、磷酸钙化合物被覆的纳米光触媒和铁盐充分混合后添加至水中并搅拌均匀；再加入甲基硅酸钠溶液搅拌均匀后获所述光触媒墙体保护剂。该方法中，光触媒采用纳米光触媒颗粒和磷酸钙化合物被覆的纳米光触媒这两种原料，由于磷酸钙化合物被覆的纳米光触媒表面有市售产品，可直接使用，且可保证纳米光触媒的光催化性能。

优选的，所述纳米光触媒颗粒为纳米氧化锌颗粒；所述磷酸钙化合物被覆的纳米光触媒为羟基磷灰石表面被覆的二氧化钛光触媒溶胶。

优选的，纳米光触媒颗粒、磷酸钙化合物被覆的纳米光触媒和铁盐可通过研磨充分混合。

本发明的目的还在于提供一种制备所述光触媒墙体保护剂的方法，制备步骤包括：将磷酸钙化合物被覆的纳米光触媒和铁盐充分混合后添加至水中并搅拌均匀；再加入甲基硅酸钠溶液搅拌均匀后获所述光触媒墙体保护剂。该方法中，光触媒原料均采用磷酸钙化合物被覆的纳米光触媒。

上述几种方法中，铁盐的添加量优选100～1000ppm，进一步优选

500～600ppm。

本发明的目的还在于提供一种建筑墙体的保护方法，其包括步骤：将所述的光触媒墙体保护剂通过喷涂或刷涂方式涂覆在建筑墙体表面。

优选的，所述光触媒墙体保护剂的涂覆厚度为5～15微米。

喷涂墙面时，优选的，所述光触媒墙体保护剂的喷涂用量为15～25平米/升。

刷涂墙面时，优选的，所述光触媒墙体保护剂的刷涂用量为5～15平米/升。

本发明所述保护剂涂覆于传统建筑材料表面后可使材料表面获得疏水保护，同时产生光催化杀菌，除霉防霉，防盐害等综合效应，可有效保护历史文化遗产，延长旧建筑使用寿命、缩短保养周期。本发明所述墙体保护方法具有透明，施工简单、无污染、效果持久等优点。

本发明的积极进步效果：

1、所述光触媒墙体保护剂中，利用光触媒纳米颗粒的光催化能力，在有光条件下实现高效杀菌防霉功能，有效阻止历史建筑的霉变过程。

2、所述光触媒墙体保护剂采用两种或两种以上物质复合的光触媒，利用不同纳米光触媒的紫外吸收波长的范围的互补，有效提高该保护剂防紫外性能，同时也可有效延缓保护剂本身的老化。

3、所述的光触媒经含铁磷酸钙改性后，可实现在水和甲基硅酸钠等的溶液中的高浓度分散，有效提高涂料中光触媒含量，提高涂料抗霉能力。

4、光触媒颗粒经改性后，表现为疏水性，再与无机疏水材料甲基硅酸钠配合，起到更为优异的防水效果，可有效防止历史建筑材料吸水和受潮。

附图说明

图1为本发明实施例1的产品喷涂于砖体后的防水效果图。

图2为本发明实施例1的产品喷涂于砖体后在光照下对黄色葡萄球菌的杀灭效果。

图3为本发明实施例2的产品刷涂于木材后的防水效果图。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限定本发明的范围。

下列实施例中，若未特别注明，所用原料均为普通市售产品。

实施例1

称取颗粒尺寸为20～30纳米的光触媒纳米二氧化钛与纳米氧化锌混合颗粒2克，加入20％重量比纳米羟基磷灰石(粒径10纳米)，并加入500ppm的铁元素(硝酸铁)，混合均匀并分散于水中，充分研磨混合均匀后，溶解到2公斤纯水中，超声搅拌30分钟后，加入1公斤质量分数为30％的甲基硅酸钠溶液，将混合物充分搅拌得到乳白色溶液，即为本发明产品。

防水效果实验，将上述制备的产品采用喷涂的方法喷涂于砖体表面，干燥1小时后，防水效果见图1，图中左侧未处理，砖体滴水后迅速吸水，右侧经过处理后，疏水角度达到>110°，砖块不再吸水，达到防潮效果。

杀菌效果实验，将上述制备的产品采用喷涂的方法喷涂于砖体表面，干燥后，在喷涂后的砖体表面滴入黄色葡萄球菌培养液，使细菌富集，然后将样品置于光照下静置，光照下6小时前后的杀菌效果如图2所示，6小时后发现细菌基本被杀灭干净，证实本发明产品的杀菌效果。

实施例2

称取颗粒尺寸为5～15纳米的光触媒纳米氧化锌颗粒1克，羟基磷灰石表面被覆的二氧化钛光触媒溶胶(日本昭和电工公司产品，粒径约60nm)3克(其中二氧化钛颗粒含量约0.5克)、添加500ppm的铁元素(氯化铁)，充分研磨混合均匀后，溶解到3公斤纯水中，超声搅拌40分钟后，加入1.5公斤质量分数为25％的甲基硅酸钠溶液，将混合物充分搅拌得到近乎无色的溶液，即为本发明产品。

产品采用喷涂的方法喷涂于木板表面，干燥1小时后，防水效果见图3，经过处理后，疏水角度达到>100°，木板不再吸水，达到防潮效果。

对比例1

称取颗粒尺寸为20～30纳米的光触媒纳米二氧化钛与纳米氧化锌混合颗粒2克，加入20％重量比纳米羟基磷灰石(粒径10纳米)，并加入500ppm的铁元素(硝酸铁)，混合均匀并分散于水中，充分研磨混合均匀后，溶解到2公斤纯水中，超声搅拌30分钟后得到对比例1的淡蓝色溶液。

经测试，砖体或木材表面该喷涂淡蓝色溶液后无疏水效果，疏水角小于90°，砖体或木材吸水。同时，砖体或木材表面的光触媒颗粒附着力差，容易随风飘散，不再具有杀菌防霉效果。

对比例2

称取500ppm的铁元素(硝酸铁)充分研磨混合均匀后，溶解到2公斤纯水中，超声搅拌30分钟后，加入1公斤质量分数为30％的甲基硅酸钠溶液，将混合物充分搅拌得到对比例2的溶液。

经测试，砖体或木材喷涂该溶液后，表现一定的疏水性，但是不具有防潮能力，同时也不具有杀菌防霉效果。

对比例3

称取颗粒尺寸为20～30纳米的光触媒纳米二氧化钛颗粒2克，加入20％重量比纳米羟基磷灰石(粒径10纳米)，并加入500ppm的铁元素(硝酸铁)，混合均匀并分散于水中，充分研磨混合均匀后，溶解到2公斤纯水中，超声搅拌30分钟后，加入1公斤质量分数为30％的甲基硅酸钠溶液，将混合物充分搅拌得到乳白色溶液，即为对比例3产品。

经测试，相对于实施例1，只含有一种光触媒纳米二氧化钛颗粒的对比例3的产品使用后易老化，使用后在短时间(约数十天)丧失疏水能力，且不能用在有机基体表面。

以上对本发明进行了详细的介绍，文中应用了具体的实例对本发明进行阐述，这是为了便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域的人员可以容易地对这些实施例做出各种修改，并应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根对于本发明做出的改进和修改都应该在保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光触媒墙体保护剂，其特征在于，按照重量份数计，其至少由以下组分组成：纳米光触媒1～5份，含铁磷酸钙化合物0.2～10份，浓度为25～35wt％的甲基硅酸钠溶液500～2000份，以及水500～3000份；所述纳米光触媒为纳米二氧化钛、纳米氧化锌、纳米氧化钨和纳米钒酸铋中的两种或两种以上。

2.如权利要求1所述光触媒墙体保护剂，其特征在于，所述含铁磷酸钙化合物为磷酸钙化合物与铁盐进行离子交换后的产物，所述磷酸钙化合物选自羟基磷灰石，氟化磷灰石，碳酸磷灰石，银磷灰石，磷酸三钙和磷酸八钙中的一种或两种及以上的。

3.如权利要求2所述光触媒墙体保护剂，其特征在于，所述铁盐为硝酸铁，或氯化铁，或硝酸铁和氯化铁的混合。

4.如权利要求1所述光触媒墙体保护剂，其特征在于，纳米光触媒与含铁磷酸钙化合物的重量比为1:9～9:1。

5.一种制备权利要求2所述的光触媒墙体保护剂的方法，其特征在于，其包括步骤：按照重量份数计，将纳米光触媒颗粒、铁盐和磷酸钙化合物充分混合后添加至水中并搅拌均匀；再加入甲基硅酸钠溶液搅拌均匀后获得所述光触媒墙体保护剂。

6.一种制备权利要求2所述的光触媒墙体保护剂的方法，其特征在于，其包括步骤：将纳米光触媒颗粒、磷酸钙化合物被覆的纳米光触媒和铁盐充分混合后添加至水中并搅拌均匀；再加入甲基硅酸钠溶液搅拌均匀后获所述光触媒墙体保护剂。

7.一种制备权利要求6所述的光触媒墙体保护剂的方法，其特征在于，所述纳米光触媒颗粒为纳米氧化锌颗粒；所述磷酸钙化合物被覆的纳米光触媒为羟基磷灰石表面被覆的二氧化钛光触媒溶胶。

8.一种制备权利要求2所述的光触媒墙体保护剂的方法，其特征在于，制备步骤包括：将磷酸钙化合物被覆的纳米光触媒和铁盐充分混合后添加至水中并搅拌均匀；再加入甲基硅酸钠溶液搅拌均匀后获所述光触媒墙体保护剂。

9.一种建筑物墙体的保护方法，其特征在于，其包括步骤：将如权利要求1～4任一项所述的光触媒墙体保护剂通过喷涂或刷涂方式涂覆在建筑墙体表面。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述光触媒墙体保护剂的涂覆厚度为5～15微米。