專利名稱：：具有空氣凈化功能的墻紙和制備該墻紙的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種空氣凈化墻紙和制備該空氣凈化墻紙的方法。更具體地說，本發(fā)明涉及一種空氣凈化墻紙和制備該空氣凈化墻紙的方法，所述空氣凈化墻紙可以在低能量的光源(如室內(nèi)白熾燈和熒光燈)以及在高能量的光(如紫外線和陽光)下顯示出足夠的光催化活性。
背景技術(shù)：
：已知有很多方法被用于賦予墻紙除臭功能。例如，將多孔吸附劑應(yīng)用于墻紙。多孔吸附劑暴露在墻紙表面以發(fā)揮其預(yù)期效果。為了將吸附劑粘附于墻紙上，將含有吸附劑的涂料溶液涂覆于墻紙上以形成表面涂層。然而，在這種情況下，粘合劑堵塞吸附劑的孔隙而阻礙吸附劑的除臭性能。一般來說，吸附劑的大小約幾十微米，顏色為黑色。吸附劑在墻紙表面的涂覆劣化了墻紙的可印刷性。為了創(chuàng)建清潔的室內(nèi)環(huán)境，人們已經(jīng)建議利用光催化劑的光催化活性的方法移除室內(nèi)污染物。在這方面，現(xiàn)在正積極進(jìn)行關(guān)于光催化劑，典型為二氧化鈦的使用的研究。作為環(huán)境友好的材料并能在室溫下將光能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能的二氧化鈦光催化劑引起了人們廣泛的注意和極大的興趣。近年來，二氧化鈦光催化劑已廣泛的用于各種應(yīng)用中，包括室內(nèi)空氣凈化、抗菌和除臭材料。人們還作了相當(dāng)多的研究工作以改善二氧化鈦光催化劑的光活性。將二氧化鈦的尺寸縮小至納米范圍內(nèi)以及向二氧化鈦中加入如鉬、銀或鎳的金屬作為提高二氧化鈦光活性的方法已經(jīng)有過特別評(píng)論了。一般的光催化涂層對(duì)紫外線有活性，但當(dāng)它們暴露于普通環(huán)境中的可見光時(shí)并沒有預(yù)期的效果。光催化劑顆?？赡茉趯⒈煌扛惨孕纬杀砻鎸拥耐繉尤芤褐蟹磻?yīng)。此反應(yīng)可能導(dǎo)致表層老化。此外，紫外線敏感的光催化劑即使被紫外線或太陽光照射時(shí)也能活化，這限制了其使用，且阻礙了其多元化及擴(kuò)大應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明人考察了各種金屬對(duì)由金屬離子摻雜的二氧化鈦的光催化效果的影響。結(jié)果，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)用特別的金屬離子摻雜的光催化劑不僅有效地吸收紫外區(qū)域的光，而且有效地吸收由白熾燈、熒光燈、LED燈等發(fā)出的可見光波長(zhǎng)區(qū)域(約400SOOnm)的光，這在以前曾被認(rèn)為是難以解決的問題，且其顯示出良好的活性。根據(jù)這一結(jié)果，本發(fā)明人將摻雜的光催化劑應(yīng)用于墻紙的涂層中。因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種空氣凈化墻紙，其具有通過噴涂法形成于墻紙上的空氣凈化表面涂層，以除臭并移除在日?；顒?dòng)時(shí)釋放的甲醛和惡臭，并且即使在由室內(nèi)白熾燈、熒光燈、發(fā)光二極管(LED)燈等發(fā)出的可見光波長(zhǎng)區(qū)域的低能量光下以及在強(qiáng)度不足的光下持續(xù)保持其除臭效果，且不會(huì)導(dǎo)致墻紙的老化和墻紙外觀的損壞。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，提供了一種空氣凈化墻紙，其包括從底部依次形成的基礎(chǔ)層、印刷層和空氣凈化涂層，其中，所述空氣凈化涂層是通過涂覆光催化劑形成的，該光催化劑由可見光區(qū)域的光活化且包含溶劑、鈦化合物、螯合劑、金屬化合物和酸性催化劑。該可見光活性光催化劑可進(jìn)一步包含粘合劑。所述粘合劑可以是原硅酸三乙酯、Y-環(huán)氧丙氧丙基三甲氧基硅烷或其混合物。所述溶劑可以是C1C4醇。所述醇可以為異丙醇。所述鈦化合物可以為四異丙氧基鈦(titaniumtetraisopropoxide)。所述螯合劑可以為乙二胺四乙酸(EDTA)或乙酰丙酮。所述金屬化合物可以選自鋅、銅、鐵、錳、鋰和銀的硝酸鹽、硫酸鹽和氯化物中。所述酸性催化劑可以是鹽酸、硝酸、硫酸或醋酸。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，其提供了制備空氣凈化墻紙的方法，包括以下步驟(a)使醇、鈦化合物和螯合劑反應(yīng)；(b)將金屬化合物溶于蒸餾水中；(c)在酸性催化劑的存在下將步驟(a)的反應(yīng)混合物加入到步驟(b)的水溶液中，并使得到的混合物在攪拌下反應(yīng)，以制備可見光活性的光催化劑；以及(d)將可見光活性的光催化劑涂覆在墻紙上。本發(fā)明的方法可進(jìn)一步包括在步驟(C)反應(yīng)后加入粘合劑。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，提供了一種制備空氣凈化墻紙的方法，包括以下步驟(a)使作為醇的異丙醇、作為鈦化合物的四異丙氧基鈦和作為螯合劑的乙酰丙酮反應(yīng)；(b)將選自鋅、銅、鐵、錳、鋰和銀的硝酸鹽中的兩種、三種或四種金屬硝酸鹽作為金屬化合物溶于蒸餾水中；(c)在從室溫至90°C的溫度范圍內(nèi)將步驟(a)的反應(yīng)混合物緩慢加入到步驟(b)的水溶液中，并使得到的混合物在作為酸性催化劑的硝酸的存在下在90rpm或更高轉(zhuǎn)速下攪拌反應(yīng)至少2小時(shí)；(d)向步驟(c)的反應(yīng)混合物中加入作為粘合劑的原硅酸三乙酯、Y-環(huán)氧丙氧丙基三甲氧基硅烷或其混合物，以制備可見光活性的光催化劑；以及(e)將可見光活性的光催化劑涂覆到墻紙上。所述涂覆步驟可以通過噴涂法進(jìn)行。結(jié)合附圖，本發(fā)明的這些和/或其他方案和優(yōu)點(diǎn)將通過以下實(shí)施方式的描述變得明顯且更加清楚地被理解，其中圖1至3為甲醛通過對(duì)比實(shí)施例1和實(shí)施例1的墻紙的移除率實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。具體實(shí)施例方式現(xiàn)將詳述本發(fā)明的示范實(shí)施方式。本發(fā)明提供了一種空氣凈化墻紙，其包括從底部依次形成的基礎(chǔ)層、印刷層和空氣凈化涂層，其中，所述空氣凈化涂層是通過涂覆在可見光區(qū)域具有活性的光催化劑而形成的，該光催化劑包含溶劑、鈦化合物、螯合劑、金屬化合物和酸性催化劑。本發(fā)明還提供了一種制備空氣凈化墻紙的方法，該方法包括以下步驟(a)使醇、鈦化合物和螯合劑反應(yīng)；(b)將金屬化合物溶于蒸餾水中；(c)在酸性催化劑的存在下將步驟(a)的反應(yīng)混合物加入到步驟(b)的水溶液中，并使得到的混合物攪拌下反應(yīng)，以制備可見光活性的光催化劑；以及(d)將可見光活性的光催化劑涂覆在墻紙上。根據(jù)本發(fā)明的方法的各個(gè)步驟將說明如下。步驟(a)可將醇、鈦化合物和螯合劑以任意順序加入。由于反應(yīng)是強(qiáng)烈放熱的，所以將反應(yīng)在充分的攪拌下進(jìn)行直到不再放出熱量。所述鈦化合物可以是現(xiàn)有技術(shù)中任意已知的。由于供應(yīng)穩(wěn)定且易于操作，優(yōu)選使用四異丙氧基鈦(TTIP)作為有機(jī)鈦化合物。所述醇可以是QC4低級(jí)醇。異丙醇可以作為QC4低級(jí)醇的典型例子的例證。醇的用量為每摩爾四異丙氧基鈦0.505.00摩爾。超出這個(gè)范圍，則最終催化劑不能顯出令人滿意的表現(xiàn)。所述螯合劑用于使鈦化合物的反應(yīng)均勻且穩(wěn)定。適用于本發(fā)明的螯合劑的例子包括乙二胺四乙酸(EDTA)和乙酰丙酮。由于其反應(yīng)性，優(yōu)選使用乙酰丙酮。螯合劑的用量為每摩爾鈦化合物0.11.00摩爾。超出這個(gè)范圍，則預(yù)期最終催化劑將沒有足夠的性能。步驟(b)在此步驟中，所述蒸餾水的用量為每摩爾鈦化合物25550摩爾?？梢允褂眠x自鋅、銅、鐵、錳、鋰和銀鹽中的兩種、三種或四種金屬鹽作為金屬化合物。金屬鹽可以為硝酸鹽、硫酸鹽或氯化物。步驟(c)在此步驟中，在從室溫至90°C的溫度范圍內(nèi)將步驟(a)的反應(yīng)混合物緩慢加入到步驟(b)的水溶液中，并使得到的混合物在酸性催化劑的存在下在90rpm或更高轉(zhuǎn)速下攪拌反應(yīng)至少2小時(shí)以制備可見光活性的光催化劑?？梢允褂茫?，鹽酸(HC1)、硝酸(HN03)、硫酸(H2S04)或醋酸(CH3C00H)作為酸性催化劑。優(yōu)選為硝酸或鹽酸。在本發(fā)明的實(shí)施例部分中，硝酸的用量為每摩爾鈦化合物0.100.50摩爾。超出這個(gè)范圍，則最終催化劑將不能顯示出足夠的性能。步驟(d)在此步驟中，空氣凈化墻紙是通過將可見光活性的光催化劑涂覆于墻紙表面上制備的。所述涂覆步驟可根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)已知的任何適當(dāng)?shù)耐扛卜椒ㄟM(jìn)行。特別優(yōu)選為噴涂法。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)方法生產(chǎn)涂覆了光催化劑的墻紙，在涂層溶液中存在的光催化劑顆粒導(dǎo)致基礎(chǔ)墻紙表面的老化。相反，根據(jù)本發(fā)明的方法，通過噴涂法在基礎(chǔ)墻紙的最外層表面形成的涂層保護(hù)基礎(chǔ)墻紙的外觀，使其不會(huì)出現(xiàn)損壞(例如，老化)。步驟M此步驟不是必要的，而是可選的?？梢栽诓襟E(a)、(b)和(c)的任意步驟之后加入粘合劑。最優(yōu)選地，步驟(e)在步驟(c)以后實(shí)行。所述粘合劑可以是原硅酸三乙酯、環(huán)氧丙氧丙基三甲氧基硅烷或其混合物。優(yōu)選地加入粘合劑的量為每摩爾鈦化合物0.010.20摩爾。加入粘合劑以后反應(yīng)時(shí)間限制為最多120分鐘。在本發(fā)明的一個(gè)具體的實(shí)施方式中，該方法可包括(a)使作為醇的異丙醇、作為鈦化合物的四異丙氧基鈦和作為螯合劑的乙酰丙酮反應(yīng)；(b)將選自鋅、銅、鐵、錳、鋰和銀的硝酸鹽中的兩種、三種或四種金屬硝酸鹽作為金屬化合物溶于蒸餾水中；(c)在從室溫至90°C的溫度范圍內(nèi)將步驟(a)的反應(yīng)混合物緩慢加入到步驟(b)的水溶液中，并使得到的混合物在作為酸性催化劑的硝酸的存在下在90rpm或更高轉(zhuǎn)速下攪拌反應(yīng)至少2小時(shí)；(d)向步驟(c)的反應(yīng)混合物中加入作為粘合劑的原硅酸三乙酯、環(huán)氧丙氧丙基三甲氧基硅烷或其混合物，以制備可見光活性的光催化劑；以及(e)將可見光活性的光催化劑涂覆到墻紙上。以下，將參照下述實(shí)施例更詳細(xì)地解釋本發(fā)明。然而，這些實(shí)施例僅出于說明的目的，而非意圖限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例實(shí)施例1使142g的四異丙氧基鈦、72g的異丙醇和10g的乙酰丙酮在室溫下在第一反應(yīng)器中反應(yīng)30分鐘。將1.4g硝酸鐵、2.6g硝酸鋅和1.8g硝酸銅在400rpm下在第二反應(yīng)器中完全溶解于760g蒸餾水中。在將第一反應(yīng)器的反應(yīng)混合物緩慢加入到第二反應(yīng)器的水溶液中以后，將1.6g硝酸滴加至其中。將得到的混合物加熱到80°C并使其反應(yīng)3小時(shí)。使反應(yīng)混合物與7.6g原硅酸三乙酯反應(yīng)1小時(shí)。反應(yīng)得到了透明的可見光活性的二氧化鈦光催化劑。通過噴涂法將該光催化劑以120g/m2的量涂覆在墻紙表面。對(duì)比實(shí)施例1使用未涂覆光催化劑的墻紙。泖丨試?yán)?按照以下步驟測(cè)量通過對(duì)比實(shí)施例1和實(shí)施例1的墻紙的甲醛的移除率。在將各個(gè)墻紙測(cè)試片放入泰德樂(Tedlar)袋以后，將80ppm的甲醛引入泰德樂袋中，然后密封。在熒光燈下每30分鐘測(cè)量泰德樂袋內(nèi)殘余的甲醛量，共120分鐘(第一次實(shí)驗(yàn))。此后，重復(fù)第一次實(shí)驗(yàn)的程序(第二次實(shí)驗(yàn))。第二次實(shí)驗(yàn)后，除了將測(cè)試片放入過飽和的甲醛的泰德樂袋中以外，重復(fù)第一次實(shí)驗(yàn)的程序(第三次實(shí)驗(yàn))。結(jié)果列于表1(對(duì)比實(shí)施例1)和表2(實(shí)施例1)中，并以圖形示于圖1。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>表1和表2的結(jié)果表明實(shí)施例1的墻紙與對(duì)比實(shí)施例1的墻紙相比甲醛的移除率高。此外，當(dāng)實(shí)驗(yàn)次數(shù)增加時(shí)，通過實(shí)施例1的墻紙的甲醛移除率仍保持不變。測(cè)試?yán)?除了在第一次和第二次實(shí)驗(yàn)中引入70ppm甲醛以外，重復(fù)測(cè)試?yán)?的程序。結(jié)果列于表3(對(duì)比實(shí)施例1)和表4(實(shí)施例1)中，并以圖形示于圖2。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>由以上明顯的看出，即使在如室內(nèi)白熾燈、熒光燈和LED燈的低能量光源下，本發(fā)明的空氣凈化墻紙仍可持續(xù)地表現(xiàn)出足夠的光催化活性。因此，本發(fā)明的空氣凈化墻紙可用于各種場(chǎng)合，包括用傳統(tǒng)的涂覆有光催化劑的墻紙不能達(dá)到足夠效果的地方。此外，本發(fā)明的空氣凈化墻紙可長(zhǎng)期使用而不損壞基礎(chǔ)墻紙的外觀。權(quán)利要求一種空氣凈化墻紙，其包括從底部依次形成的基礎(chǔ)層、印刷層和空氣凈化涂層，其中，所述空氣凈化涂層通過涂覆光催化劑形成，該光催化劑由在可見光區(qū)域的光活化且包含溶劑、鈦化合物、螯合劑、金屬化合物和酸性催化劑。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣凈化墻紙，其中，所述可見光活性的光催化劑進(jìn)一步包含粘合劑。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的空氣凈化墻紙，其中，所述粘合劑為原硅酸三乙酯、γ-環(huán)氧丙氧丙基三甲氧基硅烷或其混合物。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣凈化墻紙，其中，所述溶劑為C1C4醇。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的空氣凈化墻紙，其中，所述醇為異丙醇。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣凈化墻紙，其中，所述鈦化合物為四異丙氧基鈦。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣凈化墻紙，其中，所述螯合劑為乙二胺四乙酸(EDTA)或乙酰丙酮。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣凈化墻紙，其中，所述金屬化合物選自鋅、銅、鐵、錳、鋰和銀的硝酸鹽、硫酸鹽和氯化物中。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣凈化墻紙，其中，所述酸性催化劑為鹽酸、硝酸、硫酸或乙酸。10.一種制備空氣凈化墻紙的方法，該方法包括以下步驟(a)使醇、鈦化合物和螯合劑反應(yīng)；(b)將金屬化合物溶于蒸餾水中；(c)在酸性催化劑的存在下將步驟(a)的反應(yīng)混合物加入到步驟(b)的水溶液中，并使得到的混合物在攪拌下反應(yīng)，以制備可見光活性的光催化劑；以及(d)將所述可見光活性的光催化劑涂覆在墻紙上。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，該方法進(jìn)一步包括在步驟(c)的反應(yīng)之后加入粘合劑。12.—種制備空氣凈化墻紙的方法，該方法包括以下步驟(a)使作為醇的異丙醇、作為鈦化合物的四異丙氧基鈦和作為螯合劑的乙酰丙酮反應(yīng)；(b)將選自鋅、銅、鐵、錳、鋰和銀的硝酸鹽中的兩種、三種或四種金屬硝酸鹽作為金屬化合物溶于蒸餾水中；(c)在從室溫至90°C的溫度范圍內(nèi)將步驟(a)的反應(yīng)混合物緩慢加入到步驟(b)的水溶液中，并使得到的混合物在作為酸性催化劑的硝酸的存在下在90rpm或更高轉(zhuǎn)速下攪拌反應(yīng)至少2小時(shí)；(d)向步驟(c)的反應(yīng)混合物中加入作為粘合劑的原硅酸三乙酯、Y-環(huán)氧丙氧丙基三甲氧基硅烷或其混合物，以制備可見光活性的光催化劑；以及(e)將所述可見光活性的光催化劑涂覆到墻紙上。13.根據(jù)權(quán)利要求10或權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述涂覆通過噴涂法進(jìn)行。14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述涂覆通過噴涂法進(jìn)行。全文摘要本發(fā)明提供了一種空氣凈化墻紙。所述空氣凈化墻紙包括從底部依次形成的基礎(chǔ)層、印刷層和空氣凈化涂層。該空氣凈化涂層是通過涂覆可由可見光區(qū)域的光活化的光催化劑形成的。該光催化劑包含溶劑、鈦化合物、螯合劑、金屬化合物和酸性催化劑。本發(fā)明還提供了一種制備所述空氣凈化墻紙的方法。即使在如室內(nèi)白熾燈、熒光燈和發(fā)光二極管(LED)燈的低能量光源下，所述空氣凈化墻紙仍可持續(xù)地表現(xiàn)出足夠的光催化活性。因此，所述空氣凈化墻紙可用于各種場(chǎng)合，包括用傳統(tǒng)的涂覆有光催化劑的墻紙不能達(dá)到足夠效果的地方。此外，所述空氣凈化墻紙可長(zhǎng)期使用而不損壞基礎(chǔ)墻紙的外觀。文檔編號(hào)E04F13/077GK101806131SQ20101011049公開日2010年8月18日申請(qǐng)日期2010年2月9日優(yōu)先權(quán)日2009年2月13日發(fā)明者鄭根洙,黃承哲申請(qǐng)人:樂金華奧斯株式會(huì)社