CN110003749B - 一种高效光催化涂料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高效光催化涂料，属建筑涂料技术领域。其通过如下配比的原料制备而成：按总重量计，原料组分及重量百分比含量为：丙烯酸酯乳液25～45%,钛白粉15～30%,滑石粉5～15%,云母粉1～10%,高效光催化剂0.1～1%,润湿剂0.5～1%,分散剂0.5～1%,消泡剂0.1～1%,流平剂0.5～2%,增稠剂0.1～1%,余量为去离子水。所使用的高效光催化剂为掺杂Fe3+的锐钛矿相正方形TiO2纳米片。本发明利用TiO2纳米片具有较大的受光面积，可显著提高光催化涂料的空气净化效果，同时可减少涂料中纳米光催化剂的用量，降低光催化涂料的生产成本。

Description

一种高效光催化涂料
技术领域
本发明涉及涂料技术领域，特别是涉及一种高效的光催化涂料。
背景技术
随着我国经济的飞速发展和人们生活水平的日益提高，我国居民的住房条件得到不断改善，与此同时，人们开始逐渐关注居室与办公场所的装饰与美化，大量的建筑装饰材料被用来美化居所。建筑装饰材料中大都含有各种有机添加剂和有机黏合剂，建筑装饰材料的大量使用导致甲醛、甲苯、卤代烃等多种挥发性有机物从材料中不断逸出而进入到室内空气中，使空气中有机污染物的含量超过室内环境的自净能力，造成居室内部空气质量的下降和恶化，直接对人体产生不良影响。甲醛等挥发性有机物的释放周期长达3～15年，在释放周期内会持续污染室内空气，人们长期处于此环境中将会对身体健康造成极大危害。
光催化涂料是一种添加了光催化剂的功能涂料，在紫外光和可见光的作用下，涂料中的光催化剂会产生强烈的氧化还原能力。将光催化涂料涂刷于室内，可将室内空气中的甲醛、甲苯、烃类、羧酸等有机物降解为无害的水和二氧化碳，可有效降解空气中的氨气、一氧化碳、氮氧化物等无机类有毒有害气体，同时还具备杀菌、除臭、抗污等功能。在光催化反应的过程中，光催化剂本身不发生变化和损耗，因此，光催化涂料可以持续、持久的对室内空气进行净化，是解决室内空气污染的一种较好方法，可为人们创造一个健康、安全、舒适的生活居住空间，其环境效益十分显著。
光催化涂料主要以纳米级TiO2、ZnO、WO3、Fe2O3等光催化材料作为光催化剂。在诸多的光催化剂中，TiO2具有价廉、无毒、化学性质稳定、催化活性高、抗磨损、可循环利用等优点，因此纳米TiO2及其改性材料成为光催化涂料最常使用的光催化剂。在光催化过程中，只有光线尽可能垂直的照射到纳米TiO2的晶面上时，纳米TiO2才能充分利用光能，达到最好的催化效果。目前，纳米TiO2及其改性材料都是以纳米颗粒的形式加入到光催化涂料中进行使用，而涂料中TiO2纳米颗粒的晶面朝向随机，光线大多呈一定角度照射到纳米TiO2的晶面上，于是造成TiO2纳米颗粒的有效受光面积较小，同时纳米TiO2不同晶面的光催化活性不同，TiO2纳米颗粒高催化活性晶面显露较小且大都无法受到光线照射，因此，TiO2纳米颗粒在光催化涂料中的光能利用率较低。为了使光催化涂料具有较好的空气净化能力，通常需要在涂料中加入涂料重量1～15%的光催化剂，而纳米TiO2及其改性材料合成成本较高，于是造成了光催化涂料的价格较高。为了满足市场需求，还需对其进行改进开发。
发明内容
针对目前光催化涂料的不足，本发明提供了一种高效光催化涂料，可显著降低光催化涂料中光催化剂的用量，同时能提高光催化涂料的空气净化效果。
本发明所采用的技术方案是：
按总重量计，其原料组分及重量百分比含量为：丙烯酸酯乳液25～45%,钛白粉15～30%,滑石粉5～15%,云母粉1～10%,高效光催化剂0.1～1%,润湿剂0.5～1%,分散剂0.5～1%,消泡剂0.1～1%,流平剂0.5～2%,增稠剂0.1～1%,余量为去离子水。
所述的高效光催化剂为TiO2纳米片。
作为优化方案，所述的TiO2纳米片为（001）面显露的锐钛矿相正方形TiO2纳米片。
作为进一步优化方案，所述的TiO2纳米片为掺杂Fe3+的TiO2纳米片，Fe3+掺杂量为TiO2物质量的1%～8%。
作为更进一步优化方案，上述TiO2纳米片的边长为50～200nm，边厚比约为10:1。
所述的润湿剂为聚乙二醇辛基苯基醚。
所述的分散剂为十二烷基磺酸钠。
所述的消泡剂为聚二甲基硅氧烷。
所述的流平剂为改性聚硅氧烷。
所述的增稠剂为聚氨酯增稠剂。
所述的高效光催化剂制备方法为：将钛酸丁酯与氢氟酸按5:1的体积混合，在混合液中加入钛酸丁酯物质量1%～8%的硝酸铁，将上述混合液充分搅拌后，在170℃-180℃下水热反应，再经离心、洗涤、烘干后得到高效光催化剂。
所述的高效光催化涂料制备方法为：
步骤一：将钛白粉、滑石粉、云母粉、高效光催化剂、润湿剂、分散剂、消泡剂和去离子水混合，在高速分散机中，以1500～2000r/min转速，高速分散混合，得到混合分散浆体；
步骤二：将丙烯酸酯乳液、流平剂、增稠剂加入到步骤一中得到的混合分散浆体中，以500～1000r/min转速，高速混合，得到高效光催化涂料。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（1）将光催化涂料涂刷在墙面、屋顶等平面，涂料在固化前会自发进行流动铺展，在该过程中，TiO2纳米片会受到涂料流动的剪切力，在剪切力的作用下，TiO2纳米片的取向将与涂料流动方向一致，最终使TiO2纳米片平行于涂料表面，于是光线可垂直照射到TiO2纳米片上，因此光催化剂可获得较大的受光面积，达到对光能的充分利用目的。
（2）本发明中使用的TiO2纳米片的显露面为（001）晶面，是锐钛矿相TiO2光催化活性最高的晶面。在涂料中，TiO2纳米片的（001）晶面受到光线的垂直照射，使TiO2光催化活性达到最高，可大幅提高光催化涂料的光催化效果。掺杂Fe3+可使TiO2纳米片对可见光响应，可进一步提高对光能的利用。
（3）本发明TiO2纳米片光催化剂的合成简单易行，在涂料中可充分利用光能，最大限度发挥其光催化活性，因此，在保证涂料光催化效果的同时，可大幅减少纳米光催化剂的用量，降低光催化涂料的生产成本。
具体实施方式
下面通过实施例和对比例对本发明进一步说明。
实施例1
将钛酸丁酯与氢氟酸按5:1的体积混合，将上诉混合液充分搅拌后，在180℃下水热反应8h，再经离心、洗涤、烘干后得到TiO2纳米片,该TiO2纳米片为锐钛矿相，呈正方形且（001）面显露,其边长为50～200nm，边厚比约为10:1。
按总重量计，将钛白粉23%、滑石粉9%、云母粉6%、上述制备的TiO2纳米片0.2%、润湿剂0.6%、分散剂0.5%、消泡剂0.8%和去离子水30.5%混合，在高速分散机中，以1500～2000r/min转速，高速分散混合1～2h，得到混合分散浆体。再将丙烯酸酯乳液28%、流平剂1%、增稠剂0.4%加入到上述混合分散浆体中，以500～1000r/min转速，高速混合0.5～1h，得到高效光催化涂料。
实施例2
将钛酸丁酯与氢氟酸按5:1的体积混合，在混合液中加入钛酸丁酯物质量5%的硝酸铁，将上述混合液充分搅拌后，在170℃下水热反应8h，再经离心、洗涤、烘干后得到掺杂5%Fe3+的TiO2纳米片，该TiO2纳米片为锐钛矿相，呈正方形且（001）面显露,其边长为50～200nm，边厚比约为10:1。
按总重量计，将钛白粉26%、滑石粉8%、云母粉3%、上述制备的掺杂5%Fe3+的TiO2纳米片0.3%、润湿剂0.8%、分散剂0.7%、消泡剂0.4%和去离子水27.1%混合，在高速分散机中，以1500～2000r/min转速，高速分散混合1～2h，得到混合分散浆体。再将丙烯酸酯乳液32%、流平剂1.2%、增稠剂0.5%加入到上述混合分散浆体中，以500～1000r/min转速，高速混合0.5～1h，得到高效光催化涂料。
实施例3
将钛酸丁酯与氢氟酸按5:1的体积混合，在混合液中加入钛酸丁酯物质量7%的硝酸铁，将上述混合液充分搅拌后，在180℃下水热反应8h，再经离心、洗涤、烘干后得到掺杂7%Fe3+的TiO2纳米片。，该TiO2纳米片为锐钛矿相，呈正方形且（001）面显露,其边长为50～200nm，边厚比约为10:1。按总重量计，将钛白粉20%、滑石粉10%、云母粉4%、上述制备的掺杂7%Fe3+的TiO2纳米片0.6%、润湿剂0.7%、分散剂0.6%、消泡剂0.5%和去离子水20.5%混合，在高速分散机中，以1500～2000r/min转速，高速分散混合1～2h，得到混合分散浆体。再将丙烯酸酯乳液41%、流平剂1.3%、增稠剂0.8%加入到上述混合分散浆体中，以500～1000r/min转速，高速混合0.5～1h，得到高效光催化涂料。
对比例
按总重量计，将钛白粉18%、滑石粉8%、云母粉3%、P25纳米TiO26%、润湿剂0.7%、分散剂0.6%、消泡剂0.5%和去离子水20.1%混合，在高速分散机中，以1500～2000r/min转速，高速分散混合1～2h，得到混合分散浆体。再将丙烯酸酯乳液41%、流平剂1.3%、增稠剂0.8%加入到上述混合分散浆体中，以500～1000r/min转速，高速混合0.5～1h，得到对比光催化涂料。
以上实施例及对比例所述的润湿剂为聚乙二醇辛基苯基醚；
所述的分散剂为十二烷基磺酸钠；
所述的消泡剂为聚二甲基硅氧烷；
所述的流平剂为改性聚硅氧烷；
所述的增稠剂为聚氨酯增稠剂。
使用中华人民共和国建材行业标准JC/T1074-2008《室内空气净化功能涂覆材料净化性能》中试验方法对上述制备的光催化涂料进行测试，测得结果见表1：
表1 实施例和对比例光催化涂料对甲醛和甲苯的光催化降解率
实施例1 实施例2 实施例3 对比例
甲醛 87.7% 90.8% 92.4% 76.3%
甲苯 78.4% 81.2% 83.1% 67.5%
可以看出，本发明催化剂添加量少，且对甲醛和甲苯的光催化降解率高，具有明显的优势。

Claims (2)

1.一种光催化涂料，通过原料配比制备而成，其特征在于：按总重量计，其原料组分及重量百分比含量为：丙烯酸酯乳液25～45%,钛白粉15～30%,滑石粉5～15%,云母粉1～10%,光催化剂0.1～1%,润湿剂0.5～1%,分散剂0.5～1%,消泡剂0.1～1%,流平剂0.5～2%,增稠剂0.1～1%,余量为去离子水；
所述的光催化剂为TiO2纳米片；
所述的润湿剂为聚乙二醇辛基苯基醚；
所述的分散剂为十二烷基磺酸钠；
所述的消泡剂为聚二甲基硅氧烷；
所述的流平剂为改性聚硅氧烷；
所述的增稠剂为聚氨酯增稠剂；
光催化剂为掺杂Fe3+的（001）面显露的锐钛矿相正方形TiO2纳米片；
Fe3+掺杂量为TiO2物质量的1%～8%。
2.根据权利要求1所述的光催化涂料，其特征在于：TiO2纳米片的边长为50～200nm，边厚比为10:1。
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