发明内容
本发明旨在至少一定程度上缓解甚至解决上述技术问题的至少之一。
在空气净化领域,通过催化剂分解空气中的有害小分子是一种常见的技术方案。而催化剂通常采用与交联剂共混成为悬浮液,再涂覆于基体表面,加热固化后形成负载形式的催化剂状态,即是将催化剂负载于基体表面。然而,发明人发现,由于采用催化剂与交联剂共混的方式,会使得催化剂较大范围的外表面被交联剂所覆盖,从而造成在基体上负载催化剂后,催化剂的空气净化效率较低。发明人发现,可以利用纳米级粒径的催化剂小颗粒团聚形成较大颗粒的催化剂团聚体颗粒,再将其通过粘接剂负载到基体上,可以使催化剂团聚体颗粒的外表面暴露出来,从而提高催化剂的催化效率,进而提高负载该催化剂的空气净化组件的空气净化效率。
有鉴于此,在本发明的一个方面,本发明提出了一种空气净化组件,包括:基体;粘接层,所述粘接层设置在所述基体的一个表面上;以及催化剂层,所述催化剂层设置在所述粘接层远离所述基体的一侧,所述催化剂层包括催化剂颗粒,所述催化剂颗粒的一部分嵌设在所述粘接层中,且所述催化剂颗粒中具有孔隙。由此,催化剂颗粒的一部分嵌设在粘接层中,可以提高粘接层对催化剂颗粒的粘接作用,并且,催化剂颗粒的外表面大部分暴露出来,进而催化剂与空气具有较大的接触面积,催化剂颗粒中的孔隙也可增大催化剂颗粒与空气的接触面积,催化剂的催化效率会更高,进而提高空气净化组件的整体性能。
根据本发明的实施例,所述催化剂颗粒中具有贯穿所述催化剂颗粒的通孔,所述通孔由部分所述孔隙构成。
根据本发明的实施例,所述孔隙中具有粘接填料,所述粘接填料的高度小于所述通孔在垂直方向上的高度,且所述粘接填料与所述粘接层为一体结构。
根据本发明的实施例,所述催化剂颗粒体积的5%-30%嵌设在所述粘接层中。
根据本发明的实施例,所述孔隙体积的60%-90%具有所述粘接填料。
根据本发明的实施例,所述催化剂颗粒满足以下条件至少之一:所述催化剂颗粒的孔隙率为10-50%;所述催化剂颗粒的粒径为50-1000微米;所述催化剂颗粒包括多个催化剂纳米颗粒,所述多个催化剂纳米颗粒之间的间隙形成所述孔隙,所述催化剂纳米颗粒的粒径D50为100-500纳米;所述催化剂颗粒的材料为锰或钛的氧化物。
根据本发明的实施例,所述粘接层和所述粘接填料分别包括水性丙烯酸树脂粘接剂和水性聚氨酯粘接剂的至少之一,所述粘接层的厚度为10-1000微米。
根据本发明的实施例,所述催化剂颗粒的粒径为所述粘接层的厚度的2-5倍。
根据本发明的实施例,相邻的两个所述催化剂颗粒之间的间距小于等于500微米。
在本发明的另一个方面,本发明提出了一种制备空气净化组件的方法,该方法包括:提供基体;在所述基体的一个表面上涂覆粘接剂;在所述粘接剂远离所述基体的一侧形成催化剂层,所述催化剂层包括催化剂颗粒,所述催化剂颗粒中具有孔隙;以及对所述粘接剂进行固化处理,得到粘接层,所述催化剂颗粒的一部分嵌设在所述粘接层中。由此,该方法简单易操作,并且可以提高催化剂的利用率;催化剂颗粒的一部分嵌设在粘接层中,可以提高粘接层对催化剂颗粒的粘接作用,并且,催化剂颗粒的外表面大部分暴露出来,进而催化剂与空气具有较大的接触面积,催化剂颗粒中的孔隙也可增大催化剂颗粒与空气的接触面积,催化剂的催化效率会更高,进而提高空气净化组件的整体性能。
根据本发明的实施例,所述催化剂颗粒是由催化剂纳米颗粒团聚得到的。
根据本发明的实施例,部分所述粘接剂渗入到部分所述孔隙中,在所述固化处理之后,渗入到所述孔隙中的部分所述粘接剂在所述孔隙中形成粘接填料,且所述粘接填料的高度小于所述催化剂颗粒的粒径。
根据本发明的实施例,在所述粘接剂远离所述基体的一侧形成催化剂层的步骤包括:在所述粘接剂远离所述基体的表面上喷洒所述催化剂颗粒形成催化层;在所述固化处理之后,对所述催化层进行振动处理,得到所述催化剂层。
根据本发明的实施例,所述固化处理的温度不超过200℃。
在本发明的又一个方面,本发明提出了一种电器,该电器包括前面所述的空气净化组件,或者利用前面所述的方法制备的空气净化组件。由此,该电器具有前面所述的空气净化组件所具有的全部特征以及优点,在此不再赘述。总的来说,该电器具有优异的空气净化性能。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,仅用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的一方面,本发明提出了一种空气净化组件。具体的,参考图1,该空气净化组件包括:基体100、粘接层200以及催化剂层300。其中,粘接层200设置在基体100的一个表面上,催化剂层300设置在粘接层200远离基体100的一侧。催化剂层300包括催化剂颗粒310,催化剂颗粒310的一部分嵌设在粘接层200中,并且催化剂颗粒310中具有孔隙。由此,催化剂颗粒310的一部分嵌设在粘接层200中,可以提高粘接层200对催化剂颗粒310的粘接作用,并且,催化剂颗粒310的外表面大部分暴露出来,使催化剂与空气具有较大的接触面积,催化剂颗粒中的孔隙也可增大催化剂颗粒与空气的接触面积,催化效率会更高,进而提高空气净化组件的整体性能。
需要说明的是,本发明中对基体的材质、形状(图1中只是示出了一种情况,用于解释说明,并不限制本发明)、厚度等没有特殊要求,只要可以通过粘接层负载催化剂颗粒即可。在一些具体实施例中,基体的材质包括但不限于金属、塑胶、复合板等材料。
根据本发明的实施例,催化剂颗粒310的粒径为50-1000微米,例如,可以为50微米、100微米、150微米、200微米、250微米、300微米、350微米、400微米、450微米、500微米、550微米、600微米、650微米、700微米、750微米、800微米、850微米、900微米、950微米、1000微米等。由此,催化剂颗粒具有合适的粒径,具有较大的表面积,有利于提高催化剂层的催化效率。需要说明的是,本发明中的催化剂颗粒可为球形或近似为球形,因此,以直径D的大小(如图1所示)来表示催化剂颗粒的尺寸。在不违背本发明的情况下,本发明的催化剂颗粒也可以近似为其他形状。
根据剧本发明的实施例,如图1所示,催化剂颗粒310包括多个催化剂纳米颗粒311,多个催化剂纳米颗粒之间的间隙形成孔隙,催化剂纳米颗粒的粒径D50为100-500纳米,例如,可以为100纳米、150纳米、200纳米、250纳米、300纳米、350纳米、400纳米、450纳米、500纳米等。由此,催化剂颗粒由纳米级的粒子团聚形成,有利于进一步提高催化剂层的催化性能;若催化剂纳米颗粒的粒径小于100纳米,则催化剂颗粒310中的多个催化剂纳米颗粒紧密接触,从而导致催化剂颗粒中的孔隙率较小,从而降低催化剂颗粒的比表面积,从而相对降低催化效率;若催化剂纳米颗粒的粒径大于500纳米,则依然会相对降低催化剂颗粒中的孔隙率,不利于更好的提高催化剂层的催化效率。
根据本发明的实施例,构成催化剂颗粒310的材料为锰或钛等金属的氧化物,例如二氧化锰、二氧化钛等。由此,原料来源广泛,且催化甲醛等空气中的小分子的效率较高。
根据本发明的实施例,催化剂颗粒310的孔隙率为10-50%,例如,可以为10%、20%、30%、40%、50%等。由此,催化剂颗粒除表面外,孔隙处也可以与更多的有害小分子进行作用,有利于提高催化剂的利用率以及催化效率;若催化剂颗粒310的孔隙率小于10%,则会降低空气与催化剂颗粒的接触面积,进而降低催化效率;若催化剂颗粒310的孔隙率大于50%,则依然会相对降低空气与催化剂颗粒的接触面积,进而降低催化效率,并且,由于催化剂颗粒是通过多个催化剂纳米颗粒团聚构成的,催化剂颗粒的孔隙率较大时,催化剂纳米颗粒之间结合不牢固,催化剂颗粒稳定性较差,催化剂颗粒的结构容易被破坏。
根据本发明的实施例,参考图1,催化剂层300中具有贯穿催化剂颗粒310的通孔320,通孔320由部分孔隙构成。由此,形成粘接填料的粘结剂在固化时更容易通过毛细作用部分进入催化剂颗粒的孔隙中,进而有利于催化剂颗粒与粘接层的牢固结合;同时还可以保证空气在孔隙中较佳的流通量,进而有助于提升催化效率。
根据本发明的实施例,催化剂颗粒310体积的5%-30%嵌设在粘接层200中。由此,催化剂颗粒能够与粘接层牢固结合,有利于提高空气净化组件的稳定性;若嵌设在粘接层200中的催化剂颗粒的体积较小,则不利于催化剂颗粒与粘接层之间的牢固结合;若嵌设在粘接层200中的催化剂颗粒的体积较大,则催化剂颗粒与空气的接触面积就会相对较小,从而会相对降低催化剂层的催化效率。
根据本发明的实施例,孔隙中具有粘接填料,并且粘接填料的高度小于通孔在垂直方向上的高度,且粘接填料与粘接层为一体结构。由此,有利于催化剂颗粒310与粘接层200之间的牢固结合。需要说明的是,粘接填料是在对粘接剂层进行固化时粘接剂通过毛细作用,部分嵌入到催化剂颗粒中的孔隙中的,粘接填料的高度小于通孔在垂直方向上的高度,其中,垂直方向是指垂直于基体设置有粘接层的表面的方向,催化剂颗粒通过粘接层负载到基体上之后,孔隙中具有粘接填料,并且粘接填料的高度小于通孔在垂直方向上的高度,可以保证催化剂颗粒中的粘接填料未溢出催化剂颗粒的表面,换句话说,粘结填料并没有将孔隙填满,否则会大大降低催化剂颗粒的催化效率,并且粘接填料是与粘接层同时形成的,为一体结构,有利于催化剂颗粒与粘接层的牢固结合。
根据本发明的一些具体实施例,孔隙体积的60%-90%具有粘接填料。需要说明的是,此处具有粘接填料的孔隙体积百分比是以全部孔隙总体积为基准的,也就是说,全部孔隙总体积为1,其中填充有粘接填料的孔隙体积占全部孔隙总体积的60%-90%。由此,有利于催化剂颗粒与粘接层的牢固结合;若具有粘接填料的孔隙体积小于60%,则催化剂颗粒与粘接层的结合相对较弱,不利于催化剂颗粒稳定性的提高;若具有粘接填料的孔隙体积大于90%,则会降低催化剂颗粒与空气的接触面积,相对降低催化剂的催化性能。
根据本发明的实施例,粘接层和粘接填料分别包括水性丙烯酸树脂粘接剂和水性聚氨酯粘接剂的至少之一,粘接层的厚度为10-1000微米。根据本发明的一些具体实施例,粘接层和粘接填料均为水性丙烯酸树脂粘接剂或均为水性聚氨酯粘接剂。需要说明的是,使用油性的粘接剂,一方面,其溶剂中含有小分子有机物,固化处理后,部分小分子有机物会残留在催化剂层,与催化剂颗粒发生反应,进而降低空气净化组件的使用寿命;另一方面,油性粘接剂在固化时其毛细作用不明显,不利于牢固粘接催化剂颗粒。本发明中,采用了水性的粘接剂,一方面可以避免粘接剂中的成分与催化剂发生反应,有利于延长催化剂的使用寿命;另一方面,水性的粘接剂在毛细作用下会更容易进入孔隙中,从而使催化剂颗粒与粘接层和粘接填料结合牢固。根据本发明的一些具体实施例,粘接层的厚度为10微米、50微米、80微米、100微米、120微米、150微米、200微米、300微米、400微米、500微米、600微米、700微米、800微米、900微米、1000微米等,由此,粘接层具有合适的厚度,可牢固结合较大尺寸的催化剂颗粒。若粘接层的厚度过小,则其可以负载的催化剂颗粒的粒径也相对较小,催化剂与空气的接触面积也相对较小,不利于提高催化效率;若粘接层的厚度过大,则粘接层的利用率较低,而且负载的催化剂颗粒较小时容易降低催化剂颗粒与空气的接触面积,进而降低催化效率。
根据本发明的实施例,催化剂颗粒的粒径为粘接层的厚度的2-5倍。由此,粘接层的厚度与催化剂颗粒的粒径相配合,催化剂颗粒的粒径尺寸可以明显大于粘接剂层的厚度尺寸,进而在粘接层厚度一定的条件下,本发明中的催化剂颗粒尺寸可以较大,催化剂颗粒具有较大的外表面,有利于提高催化剂的催化效率,同时保证催化剂颗粒与粘结层之间较佳的结合牢度。
根据本发明的一些实施例,相邻的两个催化剂颗粒之间的间距小于等于500微米。该间距是指两个催化剂颗粒在水平方向间距的最小值d,如图1所示。在该间距范围内,催化剂颗粒之间没有足够的空间来放置另外的催化剂颗粒,催化剂颗粒在粘接层上的分布较为密集,即粘接层上分布了较多的催化剂颗粒,有利于提高空气净化组件的催化效率。
总的来说,本发明提出的空气净化组件中催化剂与空气具有较大的接触面积,催化效率较高,并且具有较长的使用寿命。
在本发明的另一个方面,本发明提出了一种制备空气净化组件的方法。具体的,参考图2,该方法包括:
S100:提供基体
首先提供基体,本发明对基体的材质、厚度以及形貌均不做特殊限制,只要可以通过粘接剂负载催化剂颗粒即可。在一些具体实施例中,基体的材质包括但不限于金属、塑胶、复合板等材料。
S200:在基体的一个表面上涂覆粘接剂
在基体的一个表面上涂覆粘接剂,粘接剂可以为水性丙烯酸树脂粘接剂或水性聚氨酯粘接剂,由此,粘接剂具有较好的粘接性能,并且固化后不易有溶剂小分子残留。
S300:在粘接剂远离基体的一侧形成催化剂层
在粘接剂远离基体的一侧形成催化剂层,其中催化剂层包括催化剂颗粒,催化剂颗粒是由催化剂纳米颗粒团聚得到的。由此,催化剂层在粘接剂未进行固化时形成,催化剂颗粒的一部分会被粘接剂包裹,有利于催化剂颗粒与粘接剂的牢固结合。并且,催化剂颗粒中具有孔隙,有利于提高催化剂与空气中有害物质的接触面积,进而提高催化性能。
S400:对粘接剂进行固化处理,得到粘接层,催化剂颗粒的一部分嵌设在粘接层中。
在形成催化剂层之后对粘接剂进行固化处理,以得到粘接层,催化剂颗粒的一部分嵌设在粘接层中,由此,催化剂可以与粘接层牢固结合。
具体的,在对粘接剂进行固化时,部分粘接剂渗入到部分孔隙中,在固化处理之后,渗入到孔隙中的部分粘接剂在孔隙中形成粘接填料,且粘接填料的高度小于催化剂颗粒的粒径。由此,在固化的过程中,渗入到孔隙内部的粘接剂与位于基材表面的粘接剂同时固化,进而形成一体结构的粘结填料和粘结层,进而有利于催化剂颗粒与粘接层的牢固结合。
根据本发明的具体实施例,在粘接剂远离基体的一侧形成催化剂层的步骤包括:在粘接剂远离基体的表面上喷洒催化剂颗粒形成催化层;在固化处理之后,对催化层进行振动处理,得到催化剂层。由此,催化剂颗粒可均匀地分散开,振动处理可将未粘接牢固的催化剂颗粒去除,进而使最终形成的催化剂层具有较好的稳定性,不容易从基体上脱落。
根据本发明的一些具体实施例,对粘接剂进行固化处理的温度不超过200℃,例如,可以为25℃、30℃、40℃、50℃、60℃、80℃、100℃、120℃、140℃、150℃、160℃、180℃、200℃等。由此,可以使粘接剂固化良好,并且形成的粘接层与催化剂颗粒结合牢固。
在本发明的又一个方面,本发明提供了一种电器。该电器包括前面所述的空气净化组件,或者包括由前面所述的制备空气净化组件的方法制备的空气净化组件。由此,该电器具有前面所述的空气净化组件所具有的全部特征以及优点,在此不再一一赘述。总的来说,该电器具有较好的空气净化性能。
根据本发明的实施例,电器的具体种类没有特殊要求,本领域技术人员可以根据实际情况灵活选择,比如,电器可以为空气净化器、空调等电器。
下面通过具体的实施例对本发明进行说明,本领域技术人员能够理解的是,下面的具体实施例仅仅是为了说明的目的,而不以任何方式限制本发明的范围。另外,在下面的实施例中,除非特别说明,所采用的材料和设备均是市售可得的。如果在后面的实施例中,未对具体的处理条件和处理方法进行明确描述,则可以采用本领域中公知的条件和方法进行处理。
实施例1
提供基体,在基体的一个表面在涂覆粘接剂,粘接剂为水性聚氨酯粘接剂,在粘接剂远离基体的一侧喷洒二氧化锰催化剂颗粒形成催化剂层,对粘接剂进行固化处理,固化处理温度为80℃,得到粘接层,其中,催化剂颗粒的体积约5%嵌设在粘接层中,粘接层厚度为100微米,催化剂颗粒粒径为300微米,孔隙率为30%。
实施例2
提供基体,在基体的一个表面在涂覆粘接剂,粘接剂为水性聚氨酯粘接剂,在粘接剂远离基体的一侧喷洒二氧化锰催化剂颗粒形成催化剂层,对粘接剂进行固化处理,固化处理温度为80℃,得到粘接层,其中,催化剂颗粒的体积约5%嵌设在粘接层中,粘接层厚度为100微米,催化剂颗粒粒径为200微米,孔隙率为15%。
实施例3
提供基体,在基体的一个表面在涂覆粘接剂,粘接剂为水性聚氨酯粘接剂,在粘接剂远离基体的一侧喷洒二氧化锰催化剂颗粒形成催化剂层,对粘接剂进行固化处理,固化处理温度为80℃,得到粘接层,其中,催化剂颗粒的体积约5%嵌设在粘接层中,粘接层厚度为100微米,催化剂颗粒粒径为500微米,孔隙率为50%。
实施例4
提供基体,在基体的一个表面在涂覆粘接剂,粘接剂为水性聚氨酯粘接剂,在粘接剂远离基体的一侧喷洒二氧化锰催化剂颗粒形成催化剂层,对粘接剂进行固化处理,固化处理温度为80℃,得到粘接层,其中,催化剂层的体积约10%嵌设在粘接层中,粘接层厚度为120微米,催化剂颗粒粒径为300微米,孔隙率为30%。
实施例5
提供基体,在基体的一个表面在涂覆粘接剂,粘接剂为水性聚氨酯粘接剂,在粘接剂远离基体的一侧喷洒二氧化锰催化剂颗粒形成催化剂层,对粘接剂进行固化处理,固化处理温度为80℃,得到粘接层,其中,催化剂层的体积约30%嵌设在粘接层中,粘接层厚度为150微米,催化剂颗粒粒径为300微米,孔隙率为30%。
实施例6
提供基体,在基体的一个表面在涂覆粘接剂,粘接剂为水性聚氨酯粘接剂,在粘接剂远离基体的一侧喷洒二氧化锰催化剂颗粒形成催化剂层,对粘接剂进行固化处理,固化处理温度为80℃,得到粘接层,其中,催化剂层的体积约30%嵌设在粘接层中,粘接层厚度为500微米,催化剂颗粒粒径为1000微米,孔隙率为30%。
对比例1
提供基体,在基体的一个表面在涂覆粘接剂,粘接剂为水性聚氨酯粘接剂,在粘接剂远离基体的一侧喷洒二氧化锰催化剂颗粒形成催化剂层,对粘接剂进行固化处理,固化处理温度为80℃,得到粘接层,其中,催化剂颗粒的体积约5%嵌设在粘接层中,粘接层厚度为100微米,催化剂颗粒粒径为100微米,孔隙率为5%。
对比例2
提供基体,在基体的一个表面在涂覆粘接剂,粘接剂为水性聚氨酯粘接剂,在粘接剂远离基体的一侧喷洒二氧化锰催化剂颗粒形成催化剂层,对粘接剂进行固化处理,固化处理温度为80℃,得到粘接层,其中,催化剂颗粒的体积约5%嵌设在粘接层中,粘接层厚度为100微米,催化剂颗粒粒径为600微米,孔隙率为60%。
对比例3
提供基体,在基体的一个表面在涂覆粘接剂,粘接剂为油性聚氨酯粘接剂,在粘接剂远离基体的一侧喷洒二氧化锰催化剂颗粒形成催化剂层,对粘接剂进行固化处理,固化处理温度为80℃,得到粘接层,其中,催化剂层的体积约5%嵌设在粘接层中,粘接层厚度为100微米,催化剂颗粒粒径为300微米。
对实施例与对比例中的样品进行催化效率与掉粉性的测试,其中,催化效率参照国标GB/T 18801-2015_空气净化器中关于甲醛CADR值的测试进行,掉粉性是指对各实施例和对比例中的样品在一定高度下进行跌落测试,根据跌落测试后催化剂的掉粉量占测试前催化剂负载量的百分比来判断催化剂的掉粉性。测试结果如下表1所示。
表1
其中,轻微掉粉是指通过跌落测试,催化剂的掉粉量小于催化剂负载量的0.05%。明显掉粉是指通过跌落测试,催化剂的掉粉量是催化剂负载量的0.05%-0.1%。严重掉粉是指通过跌落测试,催化剂的掉粉量大于催化剂负载量的0.1%。不掉粉是指通过跌落测试,催化剂不掉粉,也即是说,跌落测试前后催化剂的负载量没有减少。
从表1中可以看出,利用本发明的方法制备的空气净化组件均具有较高的催化效率,并且不掉粉,即催化剂颗粒与粘接剂牢固结合,在使用过程中催化剂颗粒不会轻易脱落,具有较好的稳定性。而对比例中空气净化组件的催化效率相对较低,并且,催化剂都出现了一定程度的掉粉现象,很难满足使用要求。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。