CZ30198U1

CZ30198U1 - Akrylátová nátěrová hmota s fotokatalytickou funkcí

Info

Publication number: CZ30198U1
Application number: CZ2016-32552U
Authority: CZ
Inventors: František Peterka; Jaroslav Prudil; Jan Šubrt; Vladimír Jirkovský; Libuše Hochmannová
Original assignee: Technická univerzita v Liberci; Barvy A Laky Teluria, S.R.O.; Ústav anorganické chemie AV ČR, v. v. i.; Ústav fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR, v. v. i.
Priority date: 2016-07-11
Filing date: 2016-07-11
Publication date: 2016-12-27

Description

Úřad průmyslového vlastnictví v zápisném řízení nezjišťuje, zda předmět užitného vzoru splňuje podmínky způsobilosti k ochraně podle § 1 zák. č. 478/1992 Sb.

CZ 30198 Ul

Akrylátová nátěrová hmota s fotokatalytickou funkcí

Oblast techniky

Technické řešení se týká formulace fotokatalyticky aktivní akrylátové nátěrové hmoty obsahující nanokompozit na bázi nanočástic SiO₂ a TiO₂ se samočisticím a antibakteriálním účinkem, využitelné jako vrchní nátěr pro ochranu různých povrchů.

Dosavadní stav techniky

Nežádoucí zabarvení stavebních ploch vzhledem k růstu řas nebo jiných činidel představuje po mnoho let významný problém pro stavebnictví. Toto zabarvení je přičítáno jak růstu modro-zelených řas, tak i jako důsledek jiných nečistot ve vzduchu, jako jsou saze a mastnoty. Využití fotokatalyzátorů jako je TiO₂ nebo ZnO je již po mnoho let navrhováno jako jedno ze slibných řešení tohoto problému.

Jednou z již využívaných možností je aplikace silikátových fotokatalytických nátěrových hmot. Problémem tohoto typu nátěrů je obecně jejich dosti vysoká cena a obecně složitější aplikace, což značně omezuje jejich využití. Silikátové nátěrové hmoty představují v dnešní době proto jen přibližně 1 % celkového objemu fasádních nátěrových hmot. Kromě toho, fotokatalytické silikátové nátěrové hmoty jsou vesměs dodávány jen ve světlých odstínech.

Jinou možností využití fotokatalýzy je pokrytí existujícího nátěru transparentní vrstvou fotokatalyzátoru, případně doplněné vhodným pojivém (např. patent CZ 303366 B6). Vedle zvýšení celkových nákladů na povrchové úpravy objektů zde může být problémem i nevyhnutelné postupné uvolňování nanočástic oxidu titaničitého do životního prostředí. Hygienický efekt tohoto jevu je stále předmětem určitých obav, jejichž vyvrácení nebo potvrzení nem zřejmě otázkou blízké budoucnosti.

Jiné možné řešení představuje aplikace kompozitní soustavy na bázi SiO₂ - TiO₂ zveřejněné např. v užitném vzoru CZ 21 200 Ul o názvu Kompozitní soustava s fotokatalytickou funkcí. Takováto kompozitní soustava se vyznačuje vysokou propustností pro plyny a z toho vyplývající vysokou fotoaktivitou. Řešení je sice dosti univerzální, nicméně stále předpokládá dodatečný nátěr na již existující povrchovou úpravu, což představuje nezanedbatelné dodatečné náklady.

Konstrukce fotoaktivních nátěrových hmot na bázi akrylátových disperzí, které by využívaly anatasovou formu nanostruktumího oxidu titaničitého jako fotokatalyzátoru, narážela dosud na těžko překonatelné problémy. Problém tohoto řešení spočívá ve fotokatalytické agresivitě TiO₂nanočástic, které fotochemicky rozkládají okolní organický akrylát. Nátěry pak podléhají rychlé degradaci spojené s křídováním a žloutnutím. Těžko překonatelným problémem je i předčasný samovolný značný nárůst viskozity nátěrové hmoty při jejím skladování až do stavu, kdy je nátěrová hmota tuhá a již zcela nepoužitelná. Podle současných znalostí dosud neexistuje na trhu použitelná nátěrová hmota na bázi akrylátových pojiv obsahující fotokatalytické TiO₂ nanočástice s dostatečným fotokatalytickým účinkem.

Podstata technického řešeni

Předmětem tohoto technického řešení je akrylátová nátěrová hmota s fotokatalytickou funkcí, zejména pro transparentní fotoaktivní nátěry, sestávající z akrylátového nebo styren-akrylátového pojivového systému a fotokatalyzátoru, kde fotokatalyzátorem je stabilní kompozitní soustava na bázi nanočástic TiO₂ a SiO₂ nedopovaného nebo dopovaného, suspendovaných ve vodě nebo ve směsi vody se stabilizačními přísadami, tvořící v akrylátové matrici heterogenní kapalnou fázi. Podstata technického řešení spočívá v tom, že kompozitní soustava obsahuje nanočástice resp. částice TiO₂ mající střední velikosti od 5 do 3000 nm a koncentrace v rozmezí od 1 do 40 % hmotn., a nanočástice SiO₂ mající střední velikosti v rozmezí od 5 do 50 nm a koncentraci v rozmezí od 30 do 45 % hmotn. Fotokatalyzátor tvoří v akrylátové matrici separovanou heterogenní tekutou fázi.

CZ 30198 Ul

Realizace tohoto technického řešení vede k nátěrové hmotě, ve které vysoce aktivní fotokatalyzátor není v akrylátové matrici volně rozptýlen, ale je obsažen spolu s nanočásticemi SiO₂ ve formě stabilizované vodné suspenze v heterogenní kapalné fázi. Toto řešení je založené na zjištění, že nanokompozitní soustava SiO₂ - TiO₂ tvoří v akrylátové matrici heterogenní emulzi, jejíž vznik omezuje fotokatalytickou degradaci v důsledku vzájemné separace těchto komponent. Vzhledem k porézní struktuře obou součástí v konečném nátěru a jejich propustnosti pro plyny je ale zachována jeho konečná fotokatalytická funkce, která se projeví jak degradací škodlivin z ovzduší, tak i jejich samočisticí, antibakteriální a protiplísňovou funkcí.

Objasnění výkresů

Na připojených obrázcích 1 až 3 jsou zobrazeny příklady provedení tohoto technického řešení. Na obr. 1 je mikroskopický snímek suchého nátěrového filmu s označením jednotlivých komponent nátěru. Na obr. 2 je prvková mapa části snímku suchého nátěrového filmu a na obr. 3 je elektronová difrakce oblasti suchého nátěrového filmu obsahující fotoaktivní oxid titaničitý. Příklady uskutečnění technického řešení

Jako matrice může být použita běžná kompozice akrylátové nátěrové hmoty, do které je přimíšen fotoaktivní nanokompozit připravený podle užitného vzoru CZ 21 200 Ul. Strukturu tohoto materiálu ilustruje obr. 1, pořízený na transmisním elektronovém mikroskopu. Na tomto obrázku jsou patrné struktury tvořené organickou akrylátovou matricí, do které jsou zapracovány jak částice rutilového pigmentu, tak i fotoaktivního nanokompozitu, které tvoří separované ostrůvky v této matrici. Součástí kompozice může být i barevný anorganický nebo organický pigment.

Správnost této interpretace prokazuje obr. 2, na kterém je obrázek z elektronového mikroskopu spojený s prvkovou mapou Si a Ti. Jsou dobře patrné krystalické rutilové částice a oddělené oblasti tvořené fotoaktivním nanokompozitem. Na obr. 3 je detailně zobrazena oblast tvořená fotoaktivním nanokompozitem. Zobrazení v tmavém poli (obr. 3 vlevo) umožňuje odlišit bíle zobrazené krystalické částice nanostruktumího anatasu od tmavších oblastí amorfního SiO₂. Obr. 3 dokazuje homogenní vzájemné rozptýlení těchto komponent.

Takovéto uspořádání je dostatečně stabilní na to, aby plně eliminovalo nežádoucí předčasné tuhnutí nátěrové hmoty při skladování a rychlou degradaci nátěru pod vlivem slunečního světla.

Výsledný materiál je dostatečně fotoaktivní, aby vykazoval jak samočisticí, tak i antibakteriální a protiplísňové účinky, podobně jako jiné fotokatalyticky aktivní povrchy. Proti nim však má tu výhodu, že jeho aplikace nevyžaduje dodatečný překryvný nátěr fotokatalyticky aktivním materiálem. Navíc, akrylátové nátěrové hmoty jsou nejběžnějším typem materiálu jak pro fasádní nátěry, tak i pro vnitřní aplikace v obytných, i veřejných prostorách. Kromě toho, nátěrové hmoty na bázi akrylátových disperzí mohou mít vedle bílých odstínů i široké spektrum barevných odstínů. Navíc, nátěr nevykazuje nežádoucí křídování běžné v organických nátěrech, používajících nanostruktumí fotokatalyticky aktivní anatas.

Příklad 1

Akrylátové nátěrové hmoty se připraví dispergací podle následujícího postupu:

V první fázi se připraví fotoaktivní nanokompozit podle užitného vzoru CZ 21 200 Ul. Ve druhé fázi se do míchací nádoby předloží demineralizovaná voda, pomocná aditiva jako jsou odpěňovače, dispergátory, smáčedla a rozlivová aditiva, a vše se pomalu zamíchá pomocí disolveru při obvodové rychlosti míchací jednotky 3 m/s. Potom se za míchání přidá stabilizační prostředek a vše se disperguje při obvodové rychlosti míchadla min. 12 m/s po dobu cca 5 minut. Otáčky míchadla se opět sníží a za pomalého míchání se přidají sypké složky - pigmenty jako rutilová titanová běloba v množství 10 až 20 % hmotn., směs plniv jako vápenec, talek a slída v množství 15 až 40 % hmotn. a nakonec fotoaktivní nanokompozit, který obsahuje 1 až 40 % hmotn. nanočástic fotokatalytického TiO₂ a 30 až 45 % hmotn. nanočástic SiO₂. Dispergace směsi pokračuje ještě po dobu cca 10 minut při obvodové rychlosti míchadla min. 12 m/s. Následně se rychlost otáčení míchadla sníží a pomalu se přidává akrylátová disperze v množství 10 až 30 %

CZ 30198 Ul hmotn. a další aditiva, jako jsou odpěňovače, koalescenty, hydrofobizační, reologická a rozlivová aditiva. Míchání nátěrové hmoty pokračuje ještě podle potřeby cca 10 minut při obvodové rychlosti míchadla 3 m/s. Hotová nátěrová hmota se přefiltruje a plní se do plastových zásobníků. Příklad 2.

V první fázi se připraví fotoaktivní nanokompozit podle užitného vzoru CZ 21 200 Ul. Ve druhé fázi se do míchací nádoby předloží demineralizovaná voda, pomocná aditiva jako jsou odpěňovače, dispergátory, smáěedla a rozlivová aditiva, a vše se pomalu zamíchá pomocí disolveru při obvodové rychlosti míchací jednotky 3 m/s. Potom se za míchání přidá stabilizační prostředek a vše se disperguje při obvodové rychlosti míchadla min. 12 m/s po dobu cca 5 minut. Otáčky míchadla se opět sníží a za pomalého míchání se přidají sypké složky - pigmenty jako rutilová titanová běloba v množství 10 až 20 % hmotn., směs plniv jako vápenec, talek a slída v množství 15 až 40 % hmotn. a nakonec fotoaktivní nanokompozit, který obsahuje 1 až 40 % hmotn. nanoěástic fotokatalytického TiO₂ a 30 až 45 % hmotn. nanočástic SiO₂. Dispergace směsi pokračuje ještě po dobu cca 10 minut při obvodové rychlosti míchadla min. 12 m/s. Následně se rychlost otáčení míchadla sníží a pomalu se přidává, na rozdíl od příkladu 1, styren - akrylátová disperze v množství 10 až 30 % hmotn. a další aditiva jako jsou odpěňovače, koalescenty, hydrofobizační, reologická a rozlivová aditiva. Míchání nátěrové hmoty pokračuje ještě podle potřeby cca 10 minut pri obvodové rychlosti míchadla 3 m/s. Hotová nátěrová hmota se přefiltruje a plní se do plastových zásobníků.

Produkty připravené způsobem podle tohoto technického řešení mohou nalézt průmyslové využití jako fasádní nátěrové hmoty s fotokatalytickým, antibakteriálním a protiplísňovým účinkem. Nátěrové hmoty připravené na bázi nanokompozitu se vyznačují významně delší dobou skladovatelnosti než nátěrové hmoty připravené na bázi nanočástic fotokatalyzátoru a nanočástic SiO₂ve formě prášku.

NÁROKY NA OCHRANU

Claims

1. Akrylátová nátěrová hmota s fotokatalytickou funkcí, zejména pro transparentní fotoaktivní nátěry, sestávající z akrylátového nebo styren-akrylátového pojivového systému a fotokatalyzátoru, kde fotokatalyzátorem je stabilní kompozitní soustava na bázi nanočástic TiO₂ a SiO₂nedopovaného nebo dopovaného, suspendovaných ve vodě nebo ve směsi vody se stabilizačními přísadami, tvořící v akrylátové matrici heterogenní kapalnou fázi, vyznačující se tím, že kompozitní soustava obsahuje nanočástice resp. částice TiO₂ mající střední velikosti od 5 do 3000 nm a koncentrace v rozmezí od 1 do 40 % hmotn., a nanočástice SiO₂ mající střední velikosti v rozmezí od 5 do 50 nm a koncentraci v rozmezí od 30 do 45 % hmotn.

2. Akrylátová nátěrová hmota s fotokatalytickou funkcí podle nároku 1, vyznačující se tím, že fotokatalyzátor tvoří v akrylátové matrici separovanou heterogenní tekutou fázi.