專利名稱：TiO₂光觸媒親水性自凈化基材制造方法及光觸媒涂層液的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于使基材表面高度親水性并使之維持的技術(shù)。是關(guān)于具有除臭、抗菌、防污的光催化劑機(jī)能自凈化部材的制造技術(shù)及方法。本發(fā)明的各種形態(tài)是提供難污染的制品，及機(jī)能性自凈化、抗菌、除臭內(nèi)外墻瓷磚/玻璃/有機(jī)無(wú)機(jī)涂層/石材/有色或無(wú)色金屬/水泥構(gòu)件等。
背景技術(shù)：
在建筑領(lǐng)域以及內(nèi)外墻涂裝領(lǐng)域,伴隨著環(huán)境污染，建筑外墻、夕卜裝涂層、室外建筑物等的污染已經(jīng)成為難以解決的問(wèn)題。干燥天氣大氣中的浮游污染物向建筑外壁堆積，雨天雨水的沖刷出現(xiàn)污染痕跡。特別是近年來(lái)，不僅是工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)產(chǎn)生的惡臭或刺激臭，家庭廚房以及飲食店的廢棄物，調(diào)理時(shí)的惡臭，廁所、浴室的水垢以及霉菌，家庭裝修所產(chǎn)生的各種有害氣體，例如硫化氫，氨氣，胺，氫硫基，醛類以及脂肪酸等難以除去的物質(zhì)。更 進(jìn)一步，大型比賽的場(chǎng)館地面，游泳池以及廢水處理場(chǎng)所等等，往往是使用氯制品進(jìn)行消毒，氯化物是有毒制品，安全隱患很大。更進(jìn)一步，在醫(yī)院隔離室、手術(shù)室，特別是不特定人群多數(shù)出入的公共場(chǎng)所，例如掛號(hào)室、走廊、廁所等場(chǎng)所，目前還幾乎沒(méi)有一個(gè)健全的對(duì)策，采取頻繁的消毒、清掃作業(yè)必然加重負(fù)擔(dān)。同時(shí)，對(duì)于殺菌劑、消毒劑的安全性以及使用藥劑的處理也成為問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述建筑材料的自潔及環(huán)境凈化問(wèn)題，即本發(fā)明的目的是提供基材表面高度親水，而且對(duì)于附在表面的污物有分解能力的自凈化復(fù)合材。提供其制造方法及涂層液。例如，光催化劑光勵(lì)起，基材表面呈現(xiàn)高親水性，與水的接觸角10以下。本發(fā)明的另一個(gè)角度來(lái)看，本發(fā)明提供使基材表面親水化，由于降雨或噴淋而自凈化(self cleaning)的方法。提供自凈化性基材，以及其制造方法。所謂基材，例如金屬、塑料、玻璃、陶瓷、木、石、混凝土、以及組合而成的層基體，以及其他材料形成的建筑物外裝、窗框、構(gòu)造材、窗玻璃，小轎車、鐵道車輛、飛機(jī)、輪船等的乘用物的外裝涂裝，機(jī)械裝置及物品的外裝，防塵罩及涂裝，交通標(biāo)識(shí)，交通工具的外殼，各種標(biāo)示裝置，廣告塔的外裝及涂裝等等都包括。建筑物以及建筑物配置的機(jī)械裝置以及物品，日中在太陽(yáng)光作用下，光催化劑表面由于電子-空穴效應(yīng)與空氣產(chǎn)生的負(fù)氧離子及羥基游離基使附著的污物分解而降低附著力，同時(shí)產(chǎn)生親水效應(yīng)。當(dāng)噴淋或偶爾下雨的時(shí)候，超親水表面每逢被水沖刷，借助自然力其表面附著的灰塵以及污染物質(zhì)被洗干凈而自潔。光催化劑。本發(fā)明的光催化劑性涂層液所使用的光觸媒最好是二氧化鈦(TiO2)。二氧化鈦是無(wú)害，化學(xué)上安全，而且可以廉價(jià)入手。進(jìn)一步二氧化鈦的價(jià)電子能級(jí)高，因此需要紫外線，在光勵(lì)起的過(guò)程不吸收可視線光，不引起光散射現(xiàn)象。因此最適合例如玻璃、鏡頭等透明物體以及外墻或內(nèi)墻裝飾瓷磚等進(jìn)行光催化劑施工。作為二氧化鈦，銳鈦礦型或者金紅石型結(jié)晶都可以。但是銳鈦礦型的粒子的優(yōu)點(diǎn)是非常小，要求達(dá)到納米級(jí)，比表面積大，光化學(xué)反應(yīng)效能高。作為二氧化鈦，也可以由各種鈦化合物的前驅(qū)體，經(jīng)過(guò)水解、燒成等方法制備?；氖峭该鞑牧匣蛱沾傻谋砻妫庥|媒膜不超過(guò)0. 1-0. 不影響透明度以及產(chǎn)品的外觀。另外，膜的厚度薄能增加膜的耐磨性。本發(fā)明提供的基材表面高度親水而且對(duì)于附在表面的污物有分解能力的復(fù)合材，要在200-700°C的溫度下燒成，最好仔200-500°C的溫度下燒成，形成永久性的光催化劑陶瓷膜。為了防止在高溫?zé)芍谢腘a離子(例如玻璃)或釉藥(例如瓷磚)向光催化劑層 滲透而降低光催化劑活性，在基材表面與光催化劑層之間必須有遮斷層。遮斷層的組分例如硅素的前軀體形成的無(wú)機(jī)硅元素膜。在室溫或常溫之下，該基材經(jīng)刷涂、滾涂、或其它機(jī)械噴涂而成膜的復(fù)合材，在基材表面形成半永久性透明薄膜工程。[發(fā)明的實(shí)施形態(tài)]
實(shí)施例I
光催化劑自潔玻璃以及光催化劑涂層。在90重量份的乙醇溶液中，加入7重量份四乙基硅(Si (OC2H5)4，再加入純水5-7重量份，再加入加水分解抑制劑36%的鹽酸2重量份，調(diào)制好硅涂層劑。混合的時(shí)候放熱，混合液必須防止I小時(shí)冷卻。用這種溶液連續(xù)對(duì)于IOcm的正方鈉玻璃表面涂布，在70-80°C下干燥。伴隨干燥，四乙基硅(Si (OC2H5)4受到加水分解形成氫氧化硅Si (OH)4，接著硅烷醇脫水縮聚在玻璃表面形成無(wú)定形的硅膜。之后，在I重量份鈦酸四乙酯Ti (OC2H5)4與6-9重量份甲醇的混合液中添加加水分解抑制劑36%鹽酸0. 2重量份調(diào)制成鈦涂層液，把
該鈦涂層液在干燥空氣中反復(fù)涂布到前記的玻璃表面上。涂布的量按照鈦換算為40-50呢/
2
cm o鈦酸四乙酯Ti (OC2H5) 4的加水分解速度非?？?，在涂布階段就有一部分被分解，部分形成氫氧化鈦Ti (0H)4。之后把涂裝好了的玻璃板在150°C下保持30時(shí)分鐘，使鈦酸四乙酯Ti (OC2H5)4的加水分解完全的同時(shí)，形成的氫氧化鈦脫水聚合，最終形成無(wú)定形的氧化鈦薄膜。從而制成無(wú)定形Si上覆蓋無(wú)定形鈦的玻璃板試料A。試料A在250-500°C下I小時(shí)燒成，無(wú)定形的鈦轉(zhuǎn)變成銳鈦礦型結(jié)晶氧化鈦。由于，銳鈦礦型結(jié)晶氧化鈦層下為Si層，燒成的時(shí)候玻璃板基材中的鈉等堿性網(wǎng)目修飾離子的擴(kuò)散被隔絕，避免了光催化劑粒子失活。實(shí)施例2
在90重量份的乙醇溶液中，加入7重量份四乙基硅Si (OC2H5)4，再加入純水7重量份，再加入加水分解抑制劑36%的鹽酸2重量份，調(diào)制好硅涂層劑。混合的時(shí)候放熱，混合液必須防止I小時(shí)冷卻。用這種溶液連續(xù)對(duì)于施釉(印刷)25cm正方瓷磚表面涂布，自然干燥。伴隨干燥，四乙基硅Si (OC2H5)4受到加水分解形成氫氧化硅Si (OH)4，接著硅烷醇脫水縮聚在瓷磚表面形成無(wú)定形的硅膜。之后在瓷磚試驗(yàn)片上利用噴涂或浸涂的方法施以銳鈦礦結(jié)晶納米光觸媒粒子，形成硅素包含的形納米鈦膜。自然干燥之后，以每分鐘10°C速度升溫至250-500°C恒溫I小時(shí)，制成釉藥上成無(wú)定形Si上覆蓋銳鈦礦結(jié)晶型鈦的瓷磚試驗(yàn)片B。在納米二氧化鈦IOmlTiO2中性水溶液加入二氧化硅SiO2前驅(qū)體，制成混合液。向瓷磚/玻璃/有機(jī)無(wú)機(jī)涂層/石材/有色或無(wú)色金屬/水泥構(gòu)件等任意基材，對(duì)其表面用機(jī)械的方法施工該混合液，形成0. 1-0. 2MmSi-TiO2透明涂層。即試片C。光催化劑玻璃的自凈化試驗(yàn)。試驗(yàn)片A (光觸媒玻璃)表面用油酸(C18H3402)涂布。把試驗(yàn)片A置于熒光燈下(紫外線照度0. 5mW/cm2)，進(jìn)行照射3小時(shí)。之后把試驗(yàn)片A置于盛滿水的水槽中晃動(dòng)。油酸成圓珠狀，從玻璃表面釋放而滾落。表示玻璃表面可以簡(jiǎn)單自凈化。光催化劑玻璃的有機(jī)物分解試驗(yàn)。
在試驗(yàn)片A、B、C以及空白試驗(yàn)片上分別均勻噴涂0. IMffl的亞甲藍(lán)試劑，放在陽(yáng)光下，30分鐘退色，空白試驗(yàn)片上的亞甲藍(lán)不退色。表明本發(fā)明物的分解有機(jī)物(油污，病毒，細(xì)菌等的模擬)的效果。以上記載了本發(fā)明的特定實(shí)施例，但是本發(fā)明不限于此，可以有各種變更或修正。進(jìn)一步，本發(fā)明上記的用途以外，還可以應(yīng)用到其他領(lǐng)域。例如，玻璃的防暈、大氣凈化、氣泡表面附著的防止等領(lǐng)域。進(jìn)一步，超親水性人造生體材料，如抗血栓材料、人造器官、等醫(yī) 療領(lǐng)域以及太陽(yáng)能領(lǐng)域內(nèi)都可以應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.具備親水性的復(fù)合材，該復(fù)合材的表面由Ti02、Zn0、Sn02、SrTi03、W03選出來(lái)的光催化劑半導(dǎo)體材料與含有無(wú)定形硅前驅(qū)體材料被覆的，并且前記的光催化劑被膜在光勵(lì)起情況下相應(yīng)呈親水性為特征的復(fù)合材。
2.前記的基材表面上，具備光催化劑納米半導(dǎo)體粒子均勻分布于聚硅氧烷硅原子形成膜之上，當(dāng)光使光催化劑被勵(lì)起之際，呈現(xiàn)親水效應(yīng)為特征的復(fù)合材。
3.要求I記載的復(fù)合材的制造方法，基材表面無(wú)定型的硅前驅(qū)體上均勻涂布結(jié)晶性二氧化鈦粒子懸濁液的涂布工程，以及該前軀體加水分解的同時(shí)縮聚，形成由硅素結(jié)合的結(jié)晶二氧化鈦粒子附著的被膜的制造方法。
4.要求I記載的復(fù)合材的制造方法，I)無(wú)定形硅的前驅(qū)體溶液中分散納米銳鈦礦型結(jié)晶TiO2粒子形成溶膠工程，2)將Si-Ti溶膠向基材涂布工程，3)該溶膠硅前驅(qū)體加水分解的同時(shí)，脫水聚合，結(jié)果在基材表面形成無(wú)定形硅素結(jié)合結(jié)晶型TiO2粒子的被膜工程，4)在該基材軟化點(diǎn)以下加熱具有涂膜得復(fù)合材，在基材表面形成永久性透明陶瓷薄膜工程，5)在室溫或常溫之下，該基材經(jīng)刷涂、滾涂、或其它機(jī)械噴涂而成膜的復(fù)合材，在基材表面形成半永久性透明薄膜工程。
5.要求I及4所記載的復(fù)合材及制造方法，由于在基材與光催化劑半導(dǎo)體膜之間有硅的前驅(qū)體無(wú)機(jī)硅氧化層介入，防止鈉離子(例如玻璃)或釉藥(例如陶瓷)向成膜的結(jié)晶性二氧化鈦層滲透而使二氧化鈦粒子失活，為特征的復(fù)合材的制造方法。
6.基材表面前記的光反應(yīng)性的納米半導(dǎo)體粒子涂層具有在光勵(lì)起的情況下，與空氣中的比0以及O2作用產(chǎn)生負(fù)氧離子0_2以及*0H游離基，對(duì)于與其表面接觸的有機(jī)污穢物具有極強(qiáng)的分解能力，使其在被附著表面的附著力下降，在自然力，如雨水人工沖洗的作用下被清洗掉為特征的請(qǐng)求項(xiàng)目I記載的自潔性光催化劑復(fù)合材。
7.基材表面前記的光反應(yīng)性的納米半導(dǎo)體粒子涂層具有在光勵(lì)起的情況下，與空氣中的&0以及O2作用產(chǎn)生負(fù)氧離子0_2以及*0H游離基，對(duì)于與其表面接觸的有機(jī)污穢物具有極強(qiáng)的分解能力，使其在被附著表面的附著力下降，在自然力，如雨水人工沖洗的作用下被清洗掉，之后該表面仍然恢復(fù)光催化表面特征為特征的請(qǐng)求項(xiàng)目I記載的自潔性光催化劑復(fù)合材。
全文摘要
本發(fā)明提供難污染的制品，及機(jī)能性自凈化、抗菌、除臭內(nèi)外墻瓷磚/玻璃/有機(jī)無(wú)機(jī)涂層/石材/有色或無(wú)色金屬/水泥構(gòu)件。本發(fā)明使用銳鈦礦結(jié)晶型納米二氧化鈦光催化劑中性水溶液為涂層液向基材表面被覆，形成光觸媒性被膜。進(jìn)一步，在基材表面進(jìn)行二氧化鈦光催化劑涂敷之前用硅素材料進(jìn)行處理為特征的具有親水性光催化劑表面的基材的制造方法。光催化劑性半導(dǎo)體材料二氧化鈦在太陽(yáng)光，紫外線的作用下，處于光激發(fā)狀態(tài)而具有對(duì)于與其接觸的有機(jī)物極強(qiáng)的分解能力，具有對(duì)于氮氧化物、硫氧化物轉(zhuǎn)換能力，以及超親水性等特征。光催化劑超親水表面由于對(duì)于附著物的分解作用，使其附著力下降，在外力(雨水或噴淋等)的作用下，使污物除去而自潔為特征的親水性光催化劑表面基材。
文檔編號(hào)B32B9/00GK102785413SQ20111012679
公開(kāi)日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2011年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月17日
發(fā)明者不公告發(fā)明人 申請(qǐng)人:李悅, 李文發(fā), 王東寧, 田曉鋒