專利名稱：光催化環(huán)保型涂料的制備及應(yīng)用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及建筑涂料，特別涉及具有光催化功能的涂料制備及使用方法。
背景技術(shù)：
空氣污染包括室外的大氣污染和室內(nèi)的空氣污染，尤其是室內(nèi)空氣中的甲醛、苯系物等對人類健康帶來的危害已遠遠高于室外，如甲醛及苯系物是世界上公認的潛在致癌及強致癌物質(zhì)，并且與其它揮發(fā)性有機物一起，造成呼吸系統(tǒng)、血液系統(tǒng)及神經(jīng)系統(tǒng)疾病，而且還能致使胎兒畸形，需要亟待解決。空氣污染來源廣、危害大，尤其是揮發(fā)性有機氣體，不但種類繁多，而且治理難度大，尚無方便有效且實用的治理方法。由于二氧化鈦半導(dǎo)體光催化劑在一定波長的光照下，能產(chǎn)生具有強氧化作用的活性氧和羥基，甲醛及有機揮發(fā)性氣體被活性氧和羥基吸附后，被氧化還原成二氧化碳、水、氧氣等無機物，不產(chǎn)生二次污染，適用范圍廣，因而在空氣污染治理領(lǐng)域極具發(fā)展?jié)摿?。光催化劑用于空氣污染治理時，一種有效實用方法是將其制備成涂料，利用內(nèi)、外墻涂料與空氣接觸面積大的特點，提高對有害氣體的降解效率。
在申請?zhí)枮?1115625.2和01115626.0的中國專利中，公開了一種二氧化鈦納米涂料，由二氧化鈦納米粒子、有機硅粘結(jié)劑、水與醇組成的溶劑混合均勻制得，該涂料能夠在基材的表面形成牢固的二氧化鈦納米透明涂層，在光的照射下具有對有機物的氧化分解能力，涂層表面具有超親水性。在申請?zhí)枮?00410027589.0的中國專利中，公開了一種多功能綠色環(huán)保納米二氧化鈦涂料，由鈦白粉、超細硅酸鋁、納米二氧化鈦分散液、輕質(zhì)碳酸鈣、重質(zhì)碳酸鈣、硅灰石粉、立德粉、滑石粉、分散劑、潤濕分散劑、增稠劑、消泡劑、成膜助劑、流平劑、水、乳液基料等組成，能很好地解決納米二氧化鈦在涂料中易團聚的問題；在申請?zhí)枮?3136596.5的中國專利中，公開了一種光凈化環(huán)保型涂料與涂覆技術(shù)，這種涂料由二氧化鈦溶膠和含氧化物的二氧化鈦復(fù)合溶膠進行熱處理，并加入表面活性劑制得，涂覆在常規(guī)有機涂料表面，形成一層光凈化環(huán)保型涂層。但上述技術(shù)分別存在如下問題一是二氧化鈦易被粘結(jié)劑、各種助劑、填料或表面活性劑包裹，不但光吸收率減弱，且不能與污染物有效接觸，光催化分解作用弱；二是涂料若直接涂敷在有機涂料襯底上，長時間接觸后，也會逐漸分解有機襯底。
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，此前我們已發(fā)明了申請?zhí)枮?00710065655.7的“一種納米銳鈦礦型二氧化鈦水性溶膠的制備方法”，該發(fā)明提供了一種在低溫下制備納米銳鈦礦型二氧化鈦水性溶膠的簡便方法，該溶膠結(jié)晶度高，穩(wěn)定性和透明性好，可根據(jù)實際需要直接用水稀釋調(diào)節(jié)濃度，既可直接在各種材料基底上成膜，也可直接制備光催化水性環(huán)保涂料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明以申請?zhí)枮?00710065655.7的發(fā)明制備的二氧化鈦水性溶膠為基礎(chǔ)，提供一種高效、低成本，且不會對襯底產(chǎn)生影響的環(huán)保型光催化涂料的制備及使用方法。
本發(fā)明的上述目的通過以下途徑實現(xiàn)在由原料為含鈦有機物、水、螯合劑及水解抑制劑制備的納米銳鈦礦型二氧化鈦水性溶膠中加入以下?lián)诫s物之一，混合均勻(1)占重量百分比0.001％-0.01％的貴金屬如銀、鉑、金、鈀，或占重量百分比1％-50％的摻雜上述貴金屬的二氧化鈦光催化劑；(2)占重量百分比0.1％-10％的過渡金屬如鈧、釩、鉻、錳、鐵、鈷、鎳、銅、鋅，或占重量百分比1％-50％的摻雜上述過渡金屬的二氧化鈦光催化劑；(3)占重量百分比0.01％-20％的稀土金屬如鈧、釔、鑭、鈰、鐠、釹，或占重量百分比1％-50％的摻雜上述稀土金屬的二氧化鈦光催化劑；(4)占重量百分比1％-50％的摻雜非金屬如氮、碳、硫、氟、硼的二氧化鈦光催化劑；(5)占重量百分比0.5％-15％的氧化物如二氧化硅、氧化鋁、氧化錫、氧化鐵、氧化鎢、氧化鋯、氧化鋅、氧化釩、氧化錳、氧化鑷、氧化銅、氧化銦、氧化鈰、氧化鉍、氧化鑭、氧化釹，或占重量百分比1％-50％的摻雜上述氧化物的二氧化鈦光催化劑。
所述的摻雜貴金屬、過渡金屬、稀土金屬、非金屬或氧化物的二氧化鈦光催化劑所占重量百分比進一步為5％-20％。
光催化環(huán)保型涂料的應(yīng)用方法是銳鈦礦型二氧化鈦水性純?nèi)苣z和摻雜溶膠在使用時，先在常規(guī)涂料的表面噴涂或刷涂一層無機隔離層，干燥后再在隔離層表面噴涂或刷涂本光催化環(huán)保型涂料。
所述的無機隔離層所采用的原料選自二氧化硅溶膠、或氧化鋁溶膠、或氧化鋅溶膠、或氧化鋯溶膠、或氧化錫溶膠中的一種或幾種的組合。
本發(fā)明可根據(jù)需要在納米銳鈦礦型二氧化鈦水性溶膠中摻雜金屬、氧化物或摻雜的二氧化鈦光催化劑，調(diào)節(jié)摻雜量或摻雜的二氧化鈦的含量可調(diào)節(jié)吸收光譜的波長范圍，并通過隔離層噴涂于常規(guī)涂料的表面，提高對有害氣體的降解效率，其效果如下1.光催化效率高光催化劑未被其它成分包裹，充分暴露于涂層表面，使納米二氧化鈦的光催化功能得到高效利用。
2.對底層有機涂料不造成損害因采用了無機隔離層，光催化作用不會對底層有機涂料產(chǎn)生分解作用。
3.成本低，結(jié)合牢固，透明性好由于隔離層和光催化涂層薄，并均由溶膠形成，顆粒細小，因而能大幅度降低材料成本，隔離層和光催化涂層薄、透明并與襯底結(jié)合牢固。
4.制備方法簡單，易于實現(xiàn)大批量生產(chǎn)本發(fā)明所采用的溶膠中的二氧化鈦在制備過程中直接在較低溫度下生成晶化程度高的銳鈦礦型，制備時對設(shè)備的密封性、耐高溫性無特殊要求，無沉淀物產(chǎn)生，無需過濾、洗滌、晶化、高溫加熱等步驟；同時，可直接采用市售的摻雜二氧化鈦光催化劑商品摻入所制備的上述溶膠中。
5.操作方便，易于推廣使用使用時，先在常規(guī)涂料的表面噴涂或刷涂一層無機隔離層，干燥后再在其表面噴涂或刷涂二氧化鈦溶膠或含有摻雜物的溶膠。
具體實施例方式
(一)金屬或氧化物直接摻雜水性溶膠的涂料制備實施例1在由原料為含鈦有機物、水、螯合劑及水解抑制劑制備的納米銳鈦礦型二氧化鈦水性溶膠中加入硝酸銀，并混合均勻，所加入的硝酸銀中銀離子的含量占混合溶膠重量的百分比為0.001％。
實施例2在由原料為含鈦有機物、水、螯合劑及水解抑制劑制備的納米銳鈦礦型二氧化鈦水性溶膠中加入硝酸鉑，并混合均勻，所加入的硝酸鉑中鉑離子的含量占混合溶膠重量的百分比為0.01％。
實施例3在由原料為含鈦有機物、水、螯合劑及水解抑制劑制備的納米銳鈦礦型二氧化鈦水性溶膠中加入硝酸銅，并混合均勻，所加入的硝酸銅中銅離子的含量占混合溶膠重量的百分比為0.5％。
實施例4在由原料為含鈦有機物、水、螯合劑及水解抑制劑制備的納米銳鈦礦型二氧化鈦水性溶膠中加入硝酸鐵，并混合均勻，所加入的硝酸鐵中鐵離子的含量占混合溶膠重量的百分比為3％。
實施例5在由原料為含鈦有機物、水、螯合劑及水解抑制劑制備的納米銳鈦礦型二氧化鈦水性溶膠中加入加入硝酸鋅，并混合均勻，所加入的硝酸鋅中鋅離子的含量占混合溶膠重量的百分比為7％。
實施例6在由原料為含鈦有機物、水、螯合劑及水解抑制劑制備的納米銳鈦礦型二氧化鈦水性溶膠中加入硝酸鈧，并混合均勻，所加入的硝酸鈧中鈧離子的含量占混合溶膠重量的百分比為0.05％。
實施例7在由原料為含鈦有機物、水、螯合劑及水解抑制劑制備的納米銳鈦礦型二氧化鈦水性溶膠中加入硝酸鑭，并混合均勻，所加入的硝酸鑭中鑭離子的含量占混合溶膠重量的百分比為8％。
實施例8在由原料為含鈦有機物、水、螯合劑及水解抑制劑制備的納米銳鈦礦型二氧化鈦水性溶膠中加入硝酸鈰，并混合均勻，所加入的硝酸鈰中鈰離子的含量占混合溶膠重量的百分比為15％。
實施例9在由原料為含鈦有機物、水、螯合劑及水解抑制劑制備的納米銳鈦礦型二氧化鈦水性溶膠中加入二氧化硅水性溶膠，并混合均勻，所加入的二氧化硅溶膠中二氧化硅的含量占混合溶膠重量的百分比為0.5％。
實施例10在由原料為含鈦有機物、水、螯合劑及水解抑制劑制備的納米銳鈦礦型二氧化鈦水性溶膠中加入氧化鋁水性溶膠，并混合均勻，所加入的氧化鋁溶膠中氧化鋁的含量占混合溶膠重量的百分比為1％。
實施例11在由原料為含鈦有機物、水、螯合劑及水解抑制劑制備的納米銳鈦礦型二氧化鈦水性溶膠中加入納米氧化鋅，并混合均勻，所加入的納米氧化鋅的含量占混合溶膠重量的百分比為15％。
(二)含金屬、非金屬或氧化物的二氧化鈦摻雜水性溶膠的涂料制備實施例12在由原料為含鈦有機物、水、螯合劑及水解抑制劑制備的納米銳鈦礦型二氧化鈦水性溶膠中加入占重量百分比5％的納米摻鉑二氧化鈦光催化劑，混合均勻。
實施例13在由原料為含鈦有機物、水、螯合劑及水解抑制劑制備的納米銳鈦礦型二氧化鈦水性溶膠中加入占重量百分比10％的納米摻鋅二氧化鈦光催化劑，混合均勻。
實施例14在由原料為含鈦有機物、水、螯合劑及水解抑制劑制備的納米銳鈦礦型二氧化鈦水性溶膠中加入占重量百分比20％的納米摻鑭二氧化鈦光催化劑，混合均勻。
實施例15在由原料為含鈦有機物、水、螯合劑及水解抑制劑制備的納米銳鈦礦型二氧化鈦水性溶膠中加入占重量百分比15％的納米摻二氧化硅的二氧化鈦光催化劑，混合均勻。
實施例16在由原料為含鈦有機物、水、螯合劑及水解抑制劑制備的納米銳鈦礦型二氧化鈦水性溶膠中加入占重量百分比20％的納米摻氮二氧化鈦光催化劑，混合均勻。
(三)常規(guī)內(nèi)墻涂料上本發(fā)明涂料的涂覆及性能評價1.涂覆先在已干燥的內(nèi)墻涂料表面噴涂一層市售的二氧化硅溶膠，自然干燥后涂刷一層實施例14中制備的涂料，自然晾干。
2.刮擦實驗用深色棉布用力反復(fù)摩擦有光催化涂層的墻面，并與同等試驗條件下未涂光催化涂層墻面的結(jié)果比較布上的脫落粉末，結(jié)果顯示涂有光催化涂層的墻面具有更好的耐擦性。
3.降解甲醛實驗在面積為300×400mm2并經(jīng)清洗干燥后的兩塊平板玻璃表面均勻刷涂一層市售雅士利內(nèi)墻涂料，自然干燥后涂刷一層實施例14中制備的涂料，自然晾干后置于350×450×450mm3的密閉箱中，箱中置有功率為6W的普通日光燈，且箱中甲醛的初始濃度為0.34mg/l，經(jīng)6W的普通日光燈光照7天后，甲醛濃度降至0.06mg/l，降解率為82.3％。
(四)常規(guī)外墻涂料上本發(fā)明涂料的涂覆及性能評價1.涂覆先在已干燥的橙黃色外墻涂料表面噴涂一層市售的氧化鋁溶膠，自然干燥后涂刷一層未摻雜的銳鈦礦型水性溶膠，自然晾干。
2.太陽光照老化實驗涂有光催化涂層的橙黃色墻面與未涂光催化涂層的橙黃色墻面在自然氣候同等的試驗條件下，經(jīng)昆明夏天太陽光照60天后，后者顏色發(fā)生輕微的變淡，表明涂有光催化涂層后的外墻涂料具有更好的抗紫外線功能。
3.降解甲醛實驗在面積為300×400mm2并經(jīng)清洗干燥后的兩塊平板玻璃表面均勻刷涂一層市售雅士利外墻涂料，自然干燥后涂刷一層未摻雜的銳鈦礦型水性溶膠，自然晾干后置于350×450×450mm3的密閉箱中，箱中置有功率為6W的紫外燈，且箱中甲醛的初始濃度為0.57mg/l，經(jīng)6W的紫外燈光照6小時后，甲醛濃度降至0.04mg/l，降解率為93％。
本發(fā)明保護的范圍不受以上具體實施方式
中所列舉內(nèi)容之限制。
權(quán)利要求
1.光催化環(huán)保型涂料的制備方法，包括由含鈦有機物、水、螯合劑及水解抑制劑為原料制備的納米銳鈦礦型二氧化鈦水性溶膠，其特征是在該銳鈦礦型二氧化鈦水性溶膠中加入以下?lián)诫s物之一，并混合均勻(1)占重量百分比0.001％-0.01％的貴金屬如銀、鉑、金、鈀，或占重量百分比1％-50％的摻雜上述貴金屬的二氧化鈦光催化劑；(2)占重量百分比0.1％-10％的過渡金屬如鈧、釩、鉻、錳、鐵、鈷、鎳、銅、鋅，或占重量百分比1％-50％的摻雜上述過渡金屬的二氧化鈦光催化劑；(3)占重量百分比0.01％-20％的稀土金屬如鈧、釔、鑭、鈰、鐠、釹，或占重量百分比1％-50％的摻雜上述稀土金屬的二氧化鈦光催化劑；(4)占重量百分比1％-50％的摻雜非金屬如氮、碳、硫、氟、硼的二氧化鈦光催化劑；(5)占重量百分比0.5％-15％的氧化物如二氧化硅、氧化鋁、氧化錫、氧化鐵、氧化鎢、氧化鋯、氧化鋅、氧化釩、氧化錳、氧化鑷、氧化銅、氧化銦、氧化鈰、氧化鉍、氧化鑭、氧化釹，或占重量百分比1％-50％的摻雜上述氧化物的二氧化鈦光催化劑。
2.按權(quán)利要求1所述的光催化環(huán)保型涂料制備方法，其特征是所述的摻雜貴金屬、過渡金屬、稀土金屬、非金屬或氧化物的二氧化鈦光催化劑所占重量百分比進一步為5％-20％。
3.光催化環(huán)保型涂料的應(yīng)用方法，其特征是銳鈦礦型二氧化鈦水性純?nèi)苣z和摻雜溶膠在使用時，先在常規(guī)涂料的表面噴涂或刷涂一層無機隔離層，干燥后再在隔離層表面噴涂或刷涂本光催化環(huán)保型涂料。
4.按權(quán)利要求3所述的光催化環(huán)保型涂料的應(yīng)用方法，其特征是無機隔離層所采用的原料選自二氧化硅溶膠、或氧化鋁溶膠、或氧化鋅溶膠、或氧化鋯溶膠、或氧化錫溶膠中一種或幾種的組合。
全文摘要
光催化環(huán)保型涂料的制備及應(yīng)用方法，涉及建筑涂料，特別是光催化功能涂料的制備及使用方法。本發(fā)明提供一種高效、低成本且不會對襯底產(chǎn)生影響的環(huán)保型光催化涂料及制備和使用。包括在由原料為含鈦有機物、水、螯合劑及水解抑制劑制備的納米銳鈦礦型二氧化鈦水性溶膠中，摻雜金屬、氧化物或摻雜的二氧化鈦光催化劑，并攪拌均勻。使用時，先涂無機隔離層，干燥后再涂光催化涂料。本發(fā)明涂料及使用技術(shù)可廣泛應(yīng)用于建筑內(nèi)、外墻的表面，光催化效率高，對底層涂料無損害，成本低，結(jié)合牢固，透明性好，制備簡單，易于使用。
文檔編號C09D1/00GK101037553SQ20071006567
公開日2007年9月19日 申請日期2007年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月13日
發(fā)明者柳清菊, 朱忠其, 張瑾, 周密 申請人:云南大學(xué), 周密