專利名稱：光催化涂料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光催化分解空氣中有機(jī)分子的涂料。
近年來人們常采用化學(xué)改性來制備性能優(yōu)異的有機(jī)硅改性丙烯酸樹脂涂料，例如JP58-154766A和JP59-20360A中是先得到含丙烯酸基團(tuán)的硅氧烷，再與不飽和單體共聚的方法來制備，這些方法都通過溶液聚合，得到溶劑型的樹脂，由于產(chǎn)物中留有溶劑，會造成環(huán)境污染，并消耗能源。JP51-146525A和JP54-3512A中敘述了用含不飽和基團(tuán)的聚硅氧烷和其它乙烯基單體在水中乳液聚合的方法，但得到的改性聚合物乳液穩(wěn)定性欠佳，易發(fā)生分離、凝聚現(xiàn)象。CN1217361A提供了一種有機(jī)硅改性的丙烯酸乳膠涂料，但不具備分解吸附在涂層表明的有機(jī)分子的功能。
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明提供了一種光催化涂料，該涂料的特點是涂膜在光照射下，能分解吸附在涂層表面的有機(jī)分子，以達(dá)到清潔空氣，保護(hù)環(huán)境的目的。
近幾年來，世界上許多實驗室對二氧化鈦光催化分解有機(jī)物進(jìn)行過研究，也有相應(yīng)的工程應(yīng)用，但絕大部分是將二氧化鈦分散在水中，光照下直接與有機(jī)分子作用，使有機(jī)分子降解。在水介質(zhì)中二氧化鈦對有機(jī)分子的催化光解反應(yīng)比較迅速，這是由于反應(yīng)物與二氧化鈦能充分接觸。同樣，氣態(tài)反應(yīng)時，如果將有機(jī)分子氣體直接通過光照射下的填裝了二氧化鈦的反應(yīng)器，則有機(jī)分子能明顯降解。如果僅憑有機(jī)分子自由擴(kuò)散吸附在含二氧化鈦的涂層表面再進(jìn)行光催化反應(yīng)，則效率很低。
本發(fā)明涂料的核心是使用了作為光催化劑的二氧化鈦半導(dǎo)體材料，它對人無毒害，無腐蝕，性能穩(wěn)定。
本發(fā)明涂料已研制成不同型號配方，可用于水泥，木材，金屬等各種物質(zhì)表面，達(dá)到光催化分解有機(jī)物的效果。
本發(fā)明涂料使二氧化鈦光催化反應(yīng)能實際應(yīng)用，是經(jīng)過以下方案實現(xiàn)的。
1.提高二氧化鈦光催化反應(yīng)能力二氧化鈦有半導(dǎo)體材料的性質(zhì)，因此可以通過摻雜來提高它的光催化效能。當(dāng)用氫在100-150大氣壓，300℃-500℃處理后，光催化活性有明顯提高。本發(fā)明使用的二氧化鈦粉末屬銳鈦型晶體，純度高于99.9％，粒徑范圍20-95納米，平均粒徑為20-80納米，最佳粒徑為20-30納米.在100-150大氣壓和300℃-500℃下用氫氣處理后，分散在二氧化硅載體中形成光催化劑混合物，通過與二氧化硅載體一起加入使用。用氫氣處理過程如下將TiO2粉末置于壓力釜中，直接通入純氫，加壓同時加熱，當(dāng)壓力與溫度到預(yù)定值時，停止加壓加熱，約經(jīng)24小時自然冷卻，減壓，得摻雜后的產(chǎn)品。
2.二氧化鈦的分散在涂料中只有保持摻雜后的二氧化鈦原始狀態(tài)才能保證它的光催化作用。所以二氧化鈦的分散十分關(guān)鍵。它通過以溶膠性二氧化硅做載體，具體工藝如下將摻雜處理后的二氧化鈦粉末置于羥丙基纖維素醚(0.15％-0.5％)水溶液中，二氧化鈦的濃度視需要而定，一般為3％-25％。充分?jǐn)嚢枞缓蠹尤牍杷徕c(模數(shù)為3.2)，使溶液中硅酸鈉濃度維持在15％-30％，充分?jǐn)嚢?0分鐘后，開始滴加硫酸(優(yōu)選硫酸濃度為20％)，每次滴加不超過20分鐘，滴加的間隙為5-10分鐘，直至二氧化鈦與二氧化硅凝聚沉積，過濾后產(chǎn)物經(jīng)60℃，80℃，95℃各2小時老化，然后洗滌至產(chǎn)物呈中性，在120℃干燥，活化12小時，制成含二氧化鈦和二氧化硅的光催化劑，保留該催化劑供后面實驗備用。在制備過程中二氧化鈦不會損失，增重部分即為二氧化硅。涂料中的光催化劑組份必須按二氧化鈦的實際量計算。
3.丙烯酸樹脂系列有色淺，膜豐滿，機(jī)械強(qiáng)度，耐候性，耐洗刷性好的優(yōu)點。故選用丙烯酸樹脂做光催化涂料的基料。也可以根據(jù)對涂層的不同要求而選用水溶性醇酸樹脂，丙烯酸酯有機(jī)硅樹脂或水溶性環(huán)氧樹脂等其他樹脂。
4.光催化劑的催化功能測定a.試驗裝置塑鋼骨架全玻璃裝置，體積360L(800×750×600mm)。門用橡膠墊密封，取樣孔用橡膠塞密封膠帶密封，密封性能經(jīng)24小時水壓試驗通過。整個裝置用黑紙隔絕自然光源，試驗用光源為高壓汞燈(上海亞明燈泡廠產(chǎn)品)。
光強(qiáng)度為365納米波長76毫瓦/平方厘米；
420納米波長9.0毫瓦/平方厘米；b.標(biāo)準(zhǔn)氣的配置甲醛標(biāo)準(zhǔn)氣配置在蒸發(fā)皿里稱取1克多聚甲醛置于電熱板上，用變壓器調(diào)節(jié)溫度，使其分解。當(dāng)多聚甲醛全部分解完畢，平衡30分鐘，采集標(biāo)準(zhǔn)氣作為起始濃度，然后開啟汞燈。在不同時間采集氣體進(jìn)行分析測定。
對照試驗不放置涂料樣板；降解試驗配氣前就放置涂料樣板。
苯標(biāo)準(zhǔn)氣配置在10毫升燒杯里量取1.0毫升苯置于電熱板上用變壓器調(diào)節(jié)溫度，使苯蒸發(fā)。當(dāng)苯全部蒸發(fā)完畢，平衡30分鐘，采集標(biāo)準(zhǔn)氣作為起始濃度，然后開啟汞燈。在不同時間采集氣體進(jìn)行分析測定。
對照試驗不放置涂料樣板；降解試驗配氣前就放置涂料樣板。
甲苯標(biāo)準(zhǔn)氣配置在10毫升燒杯里量取1.0毫升甲苯置于電熱板上用變壓器調(diào)節(jié)溫度，使甲苯蒸發(fā)。當(dāng)甲苯全部蒸發(fā)完畢，平衡30分鐘，采集標(biāo)準(zhǔn)氣作為起始濃度，然后開啟汞燈。在不同時間采集氣體進(jìn)行分析測定。
對照試驗不放置涂料樣板；降解試驗配氣前就放置涂料樣板。
c.測定方法氣相色譜條件色譜議Varian SP-6000(FID檢測器)色譜柱2m 10％PEG6000柱溫80℃檢測室溫度180℃進(jìn)樣溫度180℃載氣(N2)30毫升/分鐘d.氣體采集每次用兩個100毫升注射器采集20毫升平行樣，每個樣品進(jìn)樣2次。
5.光催化涂料系列配方以100％計a.CS-n101系列(可用于水泥，金屬表面)丙烯酸樹脂(中國牌號BC-1202)36-40％二氧化鈦(計算值)8-15％分散劑(羥丙基纖維素醚)0.15％-0.5％消泡劑(丙烯酸脂聚合物)0.15％-0.5％其余為水b.CS-n203系列(主要用于木材)丙烯酸樹脂(中國牌號BC-1202)40-45％二氧化鈦(計算值)3-5％分散劑(羥丙基纖維素醚)0.15％-0.5％消泡劑(丙烯酸脂聚合物)0.15％-0.5％其余為水本發(fā)明光催化劑涂料中的分散劑包括羥丙基纖維素醚，十二烷基苯磺酸鈉，聚氧乙烯醚，聚丙烯酸鈉，β-萘磺酸甲醛縮合物的鈉鹽等，優(yōu)選羥丙基纖維素醚；本發(fā)明光催化劑涂料中的消泡劑包括丙烯酸酯聚合物，長鏈醇，多元醇(聚丙二醇，聚丙二醇與環(huán)氧乙烷的加聚物等)，植物油或礦物油等，優(yōu)選丙烯酸酯聚合物。
下面通過實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步闡明，除非另有說明，本發(fā)明中的所有百分?jǐn)?shù)是重量百分?jǐn)?shù)。
實施例1光催化劑混合物取30克二氧化鈦溶入含0.15％羥丙基纖維素醚的820毫升蒸餾水中高速分散30分鐘后加入150克硅酸鈉再充分?jǐn)嚢?0分鐘。將此混合物用1微米濾網(wǎng)過濾(濾渣不足1g，主要為硅酸鈉中雜質(zhì))。取濾液在25℃恒溫后于充分?jǐn)嚢柘轮鸩降渭訚舛葹?0％的硫酸，每滴加10-15分鐘，間隔8分鐘。分三次滴至二氧化硅與二氧化鈦混合物充分凝聚，此時溶液的pH為4左右。靜止12小時，過濾，凝聚物用蒸餾水洗滌至pH＝6，隨后在60℃，80℃，95℃各老化2小時，再在120℃干燥活化12小時。制成光催化劑60克，其中二氧化鈦和二氧化硅各30克，保留該催化劑供后面的實驗備用。
實施例2制備CS-n101涂料(以100千克計)將羥丙基纖維素醚50克、丙烯酸脂聚合物50克與50千克水混合，在高速攪拌條件下加入按二氧化鈦重量計為12千克的按實施例1方法制備的光催化劑混合物，持續(xù)攪拌30分鐘后，注入砂磨機(jī)。將BC-1202丙烯酸樹脂36.4千克分兩次注入砂磨機(jī)，并加適量水，待砂磨機(jī)中液面平穩(wěn)升到罐口，停止砂磨。將物料加熱到25℃，用涂-4杯測粘度為22-25秒。
按4所述方法檢驗該涂料光催化分解有機(jī)分子功能，結(jié)果見表1。
照射光波長365納米照射光強(qiáng)度76毫瓦/平方厘米表1
實施例3制備CS-n203涂料(以100kg計)將羥丙基纖維素醚50克、丙烯酸脂聚合物50克與50千克水混合，在高速攪拌條件下加入按二氧化鈦重量計為3千克的按實施例1方法制備的光催化劑混合物，持續(xù)攪拌30分鐘后，注入砂磨機(jī)。同時一次加入BC-1202丙烯酸樹脂45.4千克，并加適量水。在砂磨機(jī)中砂磨30分鐘，停止砂磨。將物料加熱到25℃，用涂-4杯測粘度為23-25秒。
按4所述方法檢驗涂料的光催化分解有機(jī)分子功能，結(jié)果見表2。
照射光波長365納米 照射光強(qiáng)度76毫瓦/平方厘米表2
盡管本發(fā)明以其最佳方案敘述，然而在不脫離本發(fā)明實質(zhì)范圍情況下，熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人顯然可以作出許多變化和改進(jìn)，但是，這些改進(jìn)都屬于本發(fā)明要求保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.一種光催化涂料，以重量百分比計由下列組分組成a.丙烯酸樹脂 20％-50％b.二氧化鈦 2％-15％c.二氧化硅 2％-20％d.消泡劑 0.15％-0.5％e.分散劑 0.15％-0.5％f.余量為水其中，二氧化鈦粉末屬銳鈦型晶體，純度高于99.9％，平均粒徑為20-80納米，在100-150大氣壓和300℃-500℃下用氫氣處理后，分散在二氧化硅載體中形成光催化劑混合物，通過與二氧化硅載體一起加入使用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的光催化涂料，其中二氧化鈦的重量含量是3％-5％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的光催化涂料，其中二氧化鈦的重量含量是8％-15％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的光催化涂料，其中分散劑是羥丙基纖維素醚，十二烷基苯磺酸鈉，聚氧乙烯醚，聚丙烯酸鈉或β-萘磺酸甲醛縮合物的鈉鹽；消泡劑是丙烯酸酯聚合物，長鏈醇，多元醇，聚丙二醇，聚丙二醇與環(huán)氧乙烷的加聚物，植物油或礦物油。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4之一的光催化涂料，其特征在于其中二氧化鈦的平均粒徑是20-30納米。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的光催化涂料，其中分散劑是羥丙基纖維素醚，消泡劑是丙烯酸酯聚合物。
7.一種光催化涂料的制備方法，包括下列步驟a.將屬于銳鈦型晶體，純度高于99.9％，平均粒徑為20-80納米的二氧化鈦粉末在100-150大氣壓和300℃-500℃下用氫氣進(jìn)行摻雜處理；b.將摻雜處理后的二氧化鈦粉末置于濃度為0.15％-0.5％的分散劑水溶液中，二氧化鈦的濃度為3％-25％，充分?jǐn)嚢枞缓蠹尤牍杷徕c，使溶液中硅酸鈉濃度維持在15％-30％，充分?jǐn)嚢韬?，開始滴加硫酸，每次滴加不超過20分鐘，滴加的間隙為5-10分鐘，直至二氧化鈦與二氧化硅凝聚沉積，過濾后產(chǎn)物經(jīng)60℃，80℃，95℃各2小時老化，然后洗滌至產(chǎn)物呈中性，在120℃干燥，活化12小時，制成含二氧化鈦和二氧化硅的光催化劑混合物；c.在最終含量為0.15％-0.5％的分散劑和0.15％-0.5％的消泡劑的水溶液中，在攪拌條件下，加入按二氧化鈦計其最終含量為2％-15％的步驟b中制備的光催化劑混合物，持續(xù)攪拌30分鐘，注入砂磨機(jī)，加入含量為20％-50％的丙烯酸樹脂，加入適量水，在砂磨機(jī)中砂磨30分鐘，加熱至25℃，自然冷卻。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的制備方法，其中，步驟b中的硫酸濃度是20％，步驟c中加入按二氧化鈦計其最終含量為3％-5％的步驟b中制備的光催化劑混合物。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的制備方法，其中，步驟b中的硫酸濃度是20％，步驟c中加入按二氧化鈦計其最終含量為8％-15％的步驟b中制備的光催化劑混合物。
10.根據(jù)權(quán)利要求7-9之一的制備方法，其特征在于其中二氧化鈦的平均粒徑是20-30納米。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光照射催化涂料，其含有20％－50％的丙烯酸樹脂，2％－15％的二氧化鈦，2％－20％的二氧化硅，0.5％－1.5％的消泡劑，0.5％－1.5％的分散劑和余量水，其中，二氧化鈦粉末屬銳鈦型晶體，純度高于99.9％，粒徑范圍20－95納米，平均粒徑為20－80納米，最佳粒徑為20－30納米，在100－150大氣壓和300℃－500℃下用氫氣處理后，分散在二氧化硅載體中，通過與二氧化硅載體一起加入使用。
文檔編號C09D133/00GK1450129SQ0211683
公開日2003年10月22日 申請日期2002年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月10日
發(fā)明者徐伯豫 申請人:徐伯豫