PL229796B1 - Sposób otrzymywania fotokatalitycznych powłok z TiO2 na powierzchniach polimerowych aktywowanych światłem słonecznym - Google Patents
Sposób otrzymywania fotokatalitycznych powłok z TiO2 na powierzchniach polimerowych aktywowanych światłem słonecznymInfo
- Publication number
- PL229796B1 PL229796B1 PL400099A PL40009912A PL229796B1 PL 229796 B1 PL229796 B1 PL 229796B1 PL 400099 A PL400099 A PL 400099A PL 40009912 A PL40009912 A PL 40009912A PL 229796 B1 PL229796 B1 PL 229796B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- oxide
- coating
- plasma
- sub
- titanium
- Prior art date
Links
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 32
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 22
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 title claims abstract description 12
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 title claims description 10
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 44
- 235000010215 titanium dioxide Nutrition 0.000 claims abstract description 29
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 claims description 22
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 claims description 22
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 9
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims description 8
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims description 8
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 claims description 6
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 claims description 6
- 229920005669 high impact polystyrene Polymers 0.000 claims description 6
- 239000004797 high-impact polystyrene Substances 0.000 claims description 6
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 6
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 claims description 6
- -1 polypropylene Polymers 0.000 claims description 6
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 claims description 6
- 229920005606 polypropylene copolymer Polymers 0.000 claims description 6
- 229920002725 thermoplastic elastomer Polymers 0.000 claims description 6
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 claims description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 claims description 3
- 239000004676 acrylonitrile butadiene styrene Substances 0.000 claims description 3
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 3
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 claims description 3
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 claims description 3
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 claims description 3
- 239000011145 styrene acrylonitrile resin Substances 0.000 claims description 3
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 claims description 2
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 claims description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000010422 painting Methods 0.000 claims description 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 2
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 11
- 239000000758 substrate Substances 0.000 abstract description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 abstract description 2
- 229920000620 organic polymer Polymers 0.000 abstract 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 11
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 9
- 238000001994 activation Methods 0.000 description 6
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 6
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 5
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 5
- FDZZZRQASAIRJF-UHFFFAOYSA-M malachite green Chemical compound [Cl-].C1=CC(N(C)C)=CC=C1C(C=1C=CC=CC=1)=C1C=CC(=[N+](C)C)C=C1 FDZZZRQASAIRJF-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 5
- 229940107698 malachite green Drugs 0.000 description 5
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 5
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 5
- 206010051246 Photodermatosis Diseases 0.000 description 4
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 4
- 230000008845 photoaging Effects 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 239000004128 Copper(II) sulphate Substances 0.000 description 2
- 229920002292 Nylon 6 Polymers 0.000 description 2
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- ARUVKPQLZAKDPS-UHFFFAOYSA-L copper(II) sulfate Chemical compound [Cu+2].[O-][S+2]([O-])([O-])[O-] ARUVKPQLZAKDPS-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 238000000326 densiometry Methods 0.000 description 2
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 2
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 2
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 2
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 description 2
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 2
- 239000013076 target substance Substances 0.000 description 2
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 238000003915 air pollution Methods 0.000 description 1
- 230000002421 anti-septic effect Effects 0.000 description 1
- 239000012267 brine Substances 0.000 description 1
- 239000004566 building material Substances 0.000 description 1
- 125000002915 carbonyl group Chemical group [*:2]C([*:1])=O 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 239000004035 construction material Substances 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 238000010217 densitometric analysis Methods 0.000 description 1
- 239000003599 detergent Substances 0.000 description 1
- 238000003618 dip coating Methods 0.000 description 1
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 description 1
- 238000001941 electron spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 238000005562 fading Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N haloperidol Chemical compound C1CC(O)(C=2C=CC(Cl)=CC=2)CCN1CCCC(=O)C1=CC=C(F)C=C1 LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000003642 reactive oxygen metabolite Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M sodium;chloride;hydrate Chemical compound O.[Na+].[Cl-] HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000010257 thawing Methods 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/02—Impregnation, coating or precipitation
- B01J37/0215—Coating
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J21/00—Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
- B01J21/06—Silicon, titanium, zirconium or hafnium; Oxides or hydroxides thereof
- B01J21/063—Titanium; Oxides or hydroxides thereof
-
- B01J35/23—
-
- B01J35/39—
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/02—Impregnation, coating or precipitation
- B01J37/0201—Impregnation
- B01J37/0211—Impregnation using a colloidal suspension
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/34—Irradiation by, or application of, electric, magnetic or wave energy, e.g. ultrasonic waves ; Ionic sputtering; Flame or plasma spraying; Particle radiation
- B01J37/349—Irradiation by, or application of, electric, magnetic or wave energy, e.g. ultrasonic waves ; Ionic sputtering; Flame or plasma spraying; Particle radiation making use of flames, plasmas or lasers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G23/00—Compounds of titanium
- C01G23/04—Oxides; Hydroxides
- C01G23/047—Titanium dioxide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
- C09D1/00—Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, based on inorganic substances
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
- C09D7/00—Features of coating compositions, not provided for in group C09D5/00; Processes for incorporating ingredients in coating compositions
- C09D7/40—Additives
- C09D7/66—Additives characterised by particle size
- C09D7/67—Particle size smaller than 100 nm
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D2401/00—Form of the coating product, e.g. solution, water dispersion, powders or the like
- B05D2401/30—Form of the coating product, e.g. solution, water dispersion, powders or the like the coating being applied in other forms than involving eliminable solvent, diluent or dispersant
- B05D2401/32—Form of the coating product, e.g. solution, water dispersion, powders or the like the coating being applied in other forms than involving eliminable solvent, diluent or dispersant applied as powders
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D2601/00—Inorganic fillers
- B05D2601/20—Inorganic fillers used for non-pigmentation effect
- B05D2601/24—Titanium dioxide, e.g. rutile
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D3/00—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials
- B05D3/14—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by electrical means
- B05D3/141—Plasma treatment
- B05D3/142—Pretreatment
- B05D3/144—Pretreatment of polymeric substrates
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D5/00—Processes for applying liquids or other fluent materials to surfaces to obtain special surface effects, finishes or structures
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D7/00—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials
- B05D7/02—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials to macromolecular substances, e.g. rubber
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/60—Particles characterised by their size
- C01P2004/64—Nanometer sized, i.e. from 1-100 nanometer
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/18—Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
- C08K3/20—Oxides; Hydroxides
- C08K3/22—Oxides; Hydroxides of metals
- C08K2003/2237—Oxides; Hydroxides of metals of titanium
- C08K2003/2241—Titanium dioxide
Description
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania fotokatalitycznych powłok z tlenku tytanu(IV) na powierzchniach polimerowych aktywowanych światłem słonecznym. Powierzchnie polimerowe są wybrane z grupy: polipropylen (PP), polipropylen kopolimer (PPC), polietylen (PE), termoplastyczny elastomer (TPE), polistyren niskoudarowy (GPPS), polistyren wysokoudarowy (HIPS), akrylonitryl-butadien-styren (ABS), styren-akrylonitryl (SAN), poliamid (PA), poliwęglan (PC).
W ostatnich latach nastąpił znaczący wzrost wykorzystania tworzyw sztucznych w niemal każdej dziedzinie ludzkiej działalności. Przyczyniły się do tego przede wszystkim niska cena oraz łatwość dostosowania tworzyw do wymagań rozwijającego się społeczeństwa.
Obecny stan techniki ujawnia takie zastosowania, jednak tlenek tytanu(IV) najczęściej występuje w postaci proszków, roztworów koloidalnych lub warstw na podłożach mineralnych np. na szkle lub metalu (Chen, X., Mao, S.S, 2007, Chemical Reviews, 107, 2891-2959), co znacząco ogranicza możliwości jego zastosowania.
Z publikacji Hegemanna (D. Hegemann et ah, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 2003, 208, 281-286), Kasanena (J. Kasanen et al. J. Appl. Polyrn Sci. 2009, 111,2597-2606) oraz Vandencasteele (N. Vandencasteele et al., 2010, Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena, 178-179, 394-408) znany jest proces aktywowania powierzchni polimerowych techniką plazmy niskotemperaturowej. Aktywacja powierzchni tworzyw polimerowych zmienia ich właściwości fizyczne i chemiczne. Po procesie aktywacji i w kontakcie z tlenem z powietrza na powierzchni tworzyw polimerowych generowane są liczne grupy funkcyjne zawierające tlen np. hydroksylowa -OH, karboksylowa -COOH, karbonylowa -C=O.
Znane są także sposoby modyfikacji właściwości substancji bez zmiany ich objętości wykorzystujące zastosowanie obróbki plazmowej. Przykładem może być zastosowanie obróbki plazmowej do modyfikacji kabla światłowodowego ujawnione w zgłoszeniu patentowym GB 2481891 A. Cała długość światłowodu poddawana jest obróbce plazmowej przez przesunięcie go przez przelotowy piec plazmowy, w wyniku czego powierzchnia światłowodu poddana działaniu plazmy zostaje zmodyfikowana, stając się bardziej podatna na łączenie jej z docelową substancją. Metoda ta pozwala na stworzenie warstwy z docelowej substancji przylegającej do powierzchni kabla światłowodowego. Materiały stosowane w tym przypadku do utworzenia przylegającej warstwy to między innymi żywice epoksydowe, poliamid i poliuretan.
Trwała immobilizacja tlenku tytanu(IV) na powierzchni tworzyw polimerowych dostarczy nowych możliwości zastosowania np. w materiałach budowlanych i konstrukcyjnych, elementach drobnej architektury, meblach lub w obudowach np. urządzeń elektrotechnicznych.
Celem wynalazku jest opracowanie sposobu wytwarzania trwałych fotokatalitycznych powłok z tlenku tytanu(IV) na powierzchniach polimerowych aktywowanych światłem widzialnym, wykazujących wysoką aktywność fotokatalityczną i fotosterylizującą, właściwości samoczyszczące. Celem wynalazku jest również dostarczenie nowych możliwości zastosowania wytworzonych powłok o określonym zestawie cech: powierzchnie fotoaktywne charakteryzujące się właściwościami samooczyszczającymi i/lub antyseptycznymi w warunkach oświetlania światłem słonecznym.
Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania fotokatalitycznych powłok z tlenku tytanu(IV) aktywowanych światłem słonecznym na powierzchniach polimerów wybranych z grupy: polipropylen (PP), polipropylen kopolimer (PPC), polietylen (PE), termoplastyczny elastomer (TPE), polistyren niskoudarowy (GPPS), polistyren wysokoudarowy (HIPS), akrylonitryl-butadien-styren (ABS), styrenakrylonitryl (SAN), poliamid (PA), poliwęglan (PC), charakteryzuje się tym, że obejmuje dwa etapy:
a) aktywację techniką plazmy niskotemperaturowej powierzchni tworzywa polimerowego,
b) syntezę powłoki nanokrystalicznego tlenku tytanu(IV) z wykorzystaniem zawiesiny nanokrystalicznego tlenku tytanu(IV).
Korzystnie, gdy aktywacja zachodzi pod wpływem plazmy tlenowej lub azotowej. Korzystnie, gdy parametry wynoszą: ciśnienie plazmy 0,1-1 mbar i w czasie działania plazmy 5-500 s. Równie korzystnie, gdy po aktywacji pozostawi się tworzywa polimerowe na powietrzu w celu wytworzenia tlenowych grup funkcyjnych.
Także korzystnie, gdy do syntezy stosuje się nanokrystaliczny tlenek tytanu(IV) o rozmiarze ziaren do 100 nm w postaci koloidalnego roztworu wodnego. Korzystnie, gdy proces syntezy powłoki prowadzi się techniką zanurzeniową, natryskową lub malarską. Korzystnie, gdy proces przebiega w temperaturze pokojowej.
PL 229 796 B1
Poszczególne etapy sposobu zostały także zilustrowane na Fig. 1.
Materiał według wynalazku wykazuje aktywność fotokatalityczną podczas naświetlania światłem słonecznym (fotokataliza jest konsekwencją procesu absorpcji światła ultrafioletowego przez tlenek tytanu). W wyniku naświetlania generowane są tzw. reaktywne formy tlenu (OH·, O2-, H2O2, 1O2) odpowiedzialne za utlenianie związków organicznych i niszczenie mikroorganizmów.
Przedmiotowy wynalazek w przykładach wykonania, nie ograniczających zakresu jego stosowania, uwidoczniono na rysunkach, z których:
Fig. 1 przedstawia ogólny schemat sposobu otrzymywania fotokatalitycznych powłok z tlenku tytanu(IV) aktywowanych światłem widzialnym na powierzchniach polimerów,
Fig. 2 przedstawia zdjęcie płytki z naniesioną powłoką TiO2,
Fig. 3 stopień degradacji Azuru B dla próbki 2 (PA bez powłoki TiO2) oraz 2p (PA z powłoką TiO2) - pomiar densytometryczny, naświetlanie lampą ksenonową o mocy 150 W z filtrem górnoprzepustowym 320 nm symulującym światło słoneczne,
Fig. 4 stopień degradacji zieleni malachitowej dla próbki 2 (PA bez powłoki TiO2) oraz 2p (PA z powłoką TiO2) - pomiar densytometryczny, naświetlanie lampą ksenonową o mocy 150 W z filtrem górnoprzepustowym 320 nm symulującym światło słoneczne.
P r z y k ł a d 1
Otrzymywanie nanokrystalicznego fotokatalizatora aktywnego w świetle słonecznym w postaci powłok na powierzchniach polimerowych.
Z wytworzonego kompozytu poliamid (PA) z TiO2 wycięto kwadrat o boku 3 cm i poddano procedurze oczyszczania powszechnie dostępnymi detergentami. Powierzchnię aktywowano plazmą tlenową w warunkach p = 0.4 mbar, t = 120 s, v = 2 cm3/min, moc 100 W. Po aktywacji tworzywo polimerowe pozostawiono na powietrzu przez 2 minuty. Syntezę powłoki prowadzono techniką zanurzeniową (dip-coating) ze stężonego (15% wagowych) lub rozcieńczonego z wodą w stosunku objętościowym 1:3 koloidalnego roztworu nanokrystalicznego tlenku tytanu(IV). Prędkość wyciągania tworzywa polimerowego z roztworu ustalono na 1 cm/min w temperaturze pokojowej.
P r z y k ł a d 2
Charakterystyka otrzymanych materiałów
Powłoki zsyntezowane jak opisano w Przykładzie 1 są trwale przytwierdzone do podłoża oraz niezmywalne. Zdjęcie płytki z naniesioną powłoką TiO2 zostało przedstawione na Fig. 2.
Aktywność wytworzonych powłok określoną metodą „na sucho”. Jako modelowych zanieczyszczeń do testów aktywności fotokatalitycznej użyto wodnych roztworów azuru B i zieleni malachitowej. Stanowią one dobre modelowe substraty z uwagi na łatwy do śledzenia zanik barwy. Umożliwiają jednak tylko badania porównawcze z uwagi na ich ograniczoną fotostabilność podczas ekspozycji na światło. Wszystkie powierzchnie wykazały fotoaktywność w testach w obecności modelowych zanieczyszczeń, tj. azuru B i zieleni malachitowej.
Na próbki tworzyw sztucznych naniesiono po kropli roztworów barwników i pozostawiono do czasu odparowania rozpuszczalnika. Następnie, próbki naświetlano przez 12 h monitorując zachodzące zmiany w trakcie eksperymentu. Układ pomiarowy składał się z oświetlacza ksenonowego XBO-150 (lampa ksenonową, 150 W). Bezpośrednio za lampą umieszczono filtr wodny z roztworem siarczanu miedzi(II) (odcinający promieniowanie z zakresu bliskiej podczerwieni, λ > 700 nm) oraz filtr górnoprzepustowy odcinający promieniowanie λ < 320 nm. Próbka znajdowała się w odległości 40 cm od źródła światła. Zmiany w kolorze podczas naświetlania oceniano wizualnie i dokumentowano w postaci zdjęć. Dodatkowo, dla ilościowego zilustrowania zmian dokonano analizy densytometrycznej z wykorzystaniem oprogramowania Doc-It® (UVP). Wyniki przedstawiono w postaci wykresów ilustrujących stopień degradacji barwnika w trakcie naświetlania.
Wyniki testu względem azuru B zostały zilustrowane na wykresie stanowiącym Fig. 3 (Stopień degradacji azuru B dla próbki 2p zawierającej poliamid z powłoką TiO2 oraz próbki 2 zawierającej poliamid), na którym pokazano, że próbka 2p zawierająca powłokę z TiO2 wykazuje większą fotoaktywność w stosunku do próbki 2.
Wyniki testu względem zieleni malachitowej zilustrowane na wykresie stanowiącym Fig. 4 (Stopień degradacji zieleni malachitowej dla próbki 2p zawierającej poliamid z powłoką z TiO2 oraz próbki 2 zawierającej poliamid), na którym pokazano, że próbka 2p zawierająca powłokę z TiO2 wykazuje większą fotoaktywność w stosunku do próbki 2, i po około 5 h wykazywała trwale prawie dwukrotnie większą fotoaktywność w stosunku do próbki 2. Próbkę tworzywa sztucznego z zsyntetyzowaną powłoką TiO2 impregnowano w roztworze barwnika o stężeniu.
PL 229 796 B1
P r z y k ł a d 3
Testy starzeniowe i fotostarzeniowe
Testy starzeniowe
Testowano próbki wykonane z poliamidu, pokryte powłoką z tlenku tytanu(IV) według wynalazku, nanoszoną metodą mokrą z roztworu. Celem eksperymentu było określenie stopnia zniszczenia powłoki pod wpływem zasymulowanych warunków atmosferycznych przez 5 cykli. Amplitudy temperaturowe zostały dobrane tak, aby odzwierciedlić ekstremalne sytuacje pogodowe, gdyż tylko wtedy otrzymane wyniki będą gwarancją wytrzymałości badanych materiałów, które de facto mają przetrwać co najmniej kilka, jeśli nie kilkanaście lat w stanie niezmienionym.
Przeprowadzono:
a) wygrzewanie: próbki wygrzewano w temperaturze 80°C przez 3 h, następnie chłodzono w wodzie;
b) wymrażanie: z uwagi na zanieczyszczenia powietrza oraz stosowanie środków odmrażających symulacja warunków zimowych wymuszona została przez zamrażanie (-18°C) i odmarzanie próbek umieszczonych w kuwecie z solanką. Stężenie chlorku sodu w roztworze wynosiło 10% wag.
Po wykonaniu badań nie zauważono żadnych zmian z powłokach tytanowych ani w materiale z poliamidu. Trwałość materiałów poliamidowych zależy od rodzaju polimeru, z jakiego zostały wytworzone, niemniej jednak średnia temperatura mięknięcia wynosi ok. 200°C, a depolimeryzacji ok. 250°C. Poliamid jest również odporny na działanie soli (głównie chodzi o sól stosowaną w zimie).
Testy fotostarzeniowe
Przedmiotem testów były próbki tworzywa sztucznego - poliamidu w postaci kompozytu poliamidu 6 (próbkę oznaczono 2) oraz poliamidu 6 pokrytego warstwą nanokrystalicznego tlenku tytanu(IV) (próbkę oznaczono 2P).
Celem eksperymentów było przeprowadzenie testów fotostarzenia oraz ocena przydatności wytworzonych materiałów do użytkowania w warunkach atmosferycznych, w tym ekspozycji na działanie światła słonecznego.
Testy fotostarzenia prowadzono w warunkach ekspozycji na światło słoneczne oraz sztuczne źródło światła. Układ pomiarowy składał się z oświetlacza ksenonowego XBO-150 (lampa ksenonową, 150 W). Bezpośrednio za lampą umieszczono filtr wodny z roztworem siarczanu miedzi(II) (odcinający promieniowanie z zakresu bliskiej podczerwieni, λ < 700 nm) oraz filtr górnoprzepustowy λ > 320 nm. Próbka znajdowała się w odległości 40 cm od źródła światła. Zmiany w kolorze podczas naświetlania oceniano wizualnie i dokumentowano w postaci zdjęć.
Próbki umieszczono na parapecie o intensywnym nasłonecznieniu przez okres 4 lub 5 dni. Zmiany w kolorze podczas naświetlania oceniano wizualnie i dokumentowano w postaci zdjęć.
Wyniki przeprowadzonych analiz wyżej opisaną metodą wykazały brak zmian na powierzchni wszystkich próbek, dodatkowo dla próbki 2P nie zaobserwowano zmian w wyglądzie powłoki (nie obserwuje się łuszczenia, pękania) pod wpływem działania światła słonecznego jak i światła z zakresu 320-700 nm.
Claims (5)
- Zastrzeżenia patentowe1. Sposób otrzymywania fotokatalitycznych powłok z tlenku tytanu(IV) aktywowanych światłem słonecznym na powierzchniach polimerów wybranych z grupy: polipropylen (PP), polipropylen kopolimer (PPC), polietylen (PE), termoplastyczny elastomer (TPE), polistyren niskoudarowy (GPPS), polistyren wysokoudarowy (HIPS), akrylonitryl-butadien-styren (ABS), styren-akrylonitryl (SAN), poliamid (PA), poliwęglan (PC), znamienny tym, że obejmujący dwa etapy:a) aktywację powierzchni tworzywa polimerowego techniką plazmy niskotemperaturowej przebiegającą pod ciśnieniem plazmy 0,1-1 mbar i w czasie działania plazmy 5-500 s,b) syntezę powłoki z nanokrystalicznego tlenku tytanu(IV) z wykorzystaniem zawiesiny nanokrystalicznego tlenku tytanu(IV), przy czym do syntezy powłoki stosuje się nanokrystaliczny tlenek tytanu(IV) o rozmiarze ziaren do 100 nm w postaci koloidalnego roztworu wodnego.
- 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że aktywacja zachodzi pod wpływem plazmy tlenowej lub azotowej.PL 229 796 Β1
- 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że po aktywacji tworzywa polimerowe pozostawia się na powietrzu w celu swobodnego formowania się grup funkcyjnych zawierających tlen.
- 4. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że proces syntezy powłoki prowadzi się techniką zanurzeniową, natryskową lub malarską.
- 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że proces syntezy przebiega w temperaturze pokojowej.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL400099A PL229796B1 (pl) | 2012-07-23 | 2012-07-23 | Sposób otrzymywania fotokatalitycznych powłok z TiO2 na powierzchniach polimerowych aktywowanych światłem słonecznym |
| CZ2015-120A CZ2015120A3 (cs) | 2012-07-23 | 2012-09-11 | Fotokatalytický TiO2 film na povrchu polymeru aktivovaný slunečním světlem, způsob jeho výroby a jeho použití |
| PCT/PL2012/000087 WO2014017934A1 (en) | 2012-07-23 | 2012-09-11 | Photocatalytic tio2 coatings at the polymer surfaces activated by sunlight, the methods of producing it and its use |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL400099A PL229796B1 (pl) | 2012-07-23 | 2012-07-23 | Sposób otrzymywania fotokatalitycznych powłok z TiO2 na powierzchniach polimerowych aktywowanych światłem słonecznym |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL400099A1 PL400099A1 (pl) | 2014-02-03 |
| PL229796B1 true PL229796B1 (pl) | 2018-08-31 |
Family
ID=47116243
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL400099A PL229796B1 (pl) | 2012-07-23 | 2012-07-23 | Sposób otrzymywania fotokatalitycznych powłok z TiO2 na powierzchniach polimerowych aktywowanych światłem słonecznym |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ2015120A3 (pl) |
| PL (1) | PL229796B1 (pl) |
| WO (1) | WO2014017934A1 (pl) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3365104B1 (en) | 2016-03-14 | 2021-09-08 | Chulalongkorn University | Method for preparing a titanium dioxide catalyst supported on polymer film or membrane substrate |
| CN115722264B (zh) * | 2022-11-18 | 2023-06-30 | 昆明理工大学 | 一种二氧化钛/PFNBr复合光催化剂、制备方法及其应用 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1498176A1 (de) * | 2003-07-16 | 2005-01-19 | Profine GmbH | Photokatalytisch aktive Beschichtung eines Substrats |
| CA2749044A1 (en) * | 2008-12-16 | 2010-06-24 | Dyrup A/S | Self-cleaning coating composition |
| GB201011400D0 (en) | 2010-07-07 | 2010-08-18 | Telestack Ltd | Support assembly for a telescopic conveyor |
-
2012
- 2012-07-23 PL PL400099A patent/PL229796B1/pl unknown
- 2012-09-11 CZ CZ2015-120A patent/CZ2015120A3/cs unknown
- 2012-09-11 WO PCT/PL2012/000087 patent/WO2014017934A1/en active Application Filing
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL400099A1 (pl) | 2014-02-03 |
| WO2014017934A1 (en) | 2014-01-30 |
| CZ2015120A3 (cs) | 2015-07-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Mardosaite et al. | Superhydrophobic ZnO nanowires: wettability mechanisms and functional applications | |
| Liu et al. | Bio-inspired titanium dioxide materials with special wettability and their applications | |
| Li et al. | Evaluating the effect of different modified microplastics on the availability of polycyclic aromatic hydrocarbons | |
| Xue et al. | Fabrication of robust and antifouling superhydrophobic surfaces via surface-initiated atom transfer radical polymerization | |
| Wang et al. | Superhydrophobic and ultraviolet-blocking cotton textiles | |
| Daoud | Self-cleaning materials and surfaces: a nanotechnology approach | |
| Park et al. | Transparent and superhydrophobic films prepared with polydimethylsiloxane-coated silica nanoparticles | |
| Henke et al. | Superhydrophilic polystyrene nanofiber materials generating O2 (1Δg): postprocessing surface modifications toward efficient antibacterial effect | |
| Ashraf et al. | Nano copper oxide incorporated polyethylene glycol hydrogel: an efficient antifouling coating for cage fishing net | |
| Hwang et al. | Superhydrophobic and white light-activated bactericidal surface through a simple coating | |
| Wang et al. | Design and Synthesis of self-Healable superhydrophobic coatings for oil/water separation | |
| Li et al. | Fast self-healing superhydrophobic sponge with all-weather heating and anti-fouling properties | |
| Demaude et al. | Atmospheric pressure plasma deposition of hydrophilic/phobic patterns and thin film laminates on any surface | |
| WO2014016239A1 (en) | PHOTOCATALYTIC TiO2 COATINGS ON THE POLYMER SURFACES ACTIVATED WITH VISIBLE LIGHT, METHOD OF THEIR PREPARATION AND USE THEREOF | |
| EP2145678A1 (en) | TiO2-ZnO Nanocomposite film | |
| Yang et al. | Preparation of structural color on cotton fabric with high color fastness through multiple hydrogen bonds between polyphenol hydroxyl and lactam | |
| Soliveri et al. | Double side self-cleaning polymeric materials: The hydrophobic and photoactive approach | |
| PL229796B1 (pl) | Sposób otrzymywania fotokatalitycznych powłok z TiO2 na powierzchniach polimerowych aktywowanych światłem słonecznym | |
| CN1837270B (zh) | 改性的聚甲基丙烯酸甲酯材料及其制备方法 | |
| Agrawal et al. | Surface modification of polymer nanocomposites by glow-discharge plasma treatment | |
| Wang et al. | Catechol-based layer-by-layer assembly of composite coatings: a versatile platform to hierarchical nano-materials | |
| Sisti et al. | TiO2 deposition on the surface of activated fluoropolymer substrate | |
| Szczepanski et al. | Engineering surface Hydrophilicity via polymer chain-end segregation in coatings formed by Photopolymerization | |
| Yuan et al. | SiO2/TiO2 and PDMS modified self-cleaning coating and its application in decorative UHPC surface | |
| EP2103349A1 (en) | Stain-resistant material synthesized by reprecipitation method and having weather resistance, and process for production thereof |