[发明专利]光催化除污及红外节能的涂层材料

说明书

技术领域

本发明涉及涂料领域，更详细地是一种具有光催化除污及红外节能的涂层材料。

背景技术

涂层材料主要由填料和胶粘剂组成，较通用的填料是TiO₂(二氧化钛，下同)，TiO₂是一种众所周知的具有优良光催化性能的n-型半导体材料，其禁带宽度为3.2ev。TiO₂已证实可以光催化降解大气及水中的众多污染物。

TiO₂同时也是一种在中高温下具有较高发射率值的材料，其在600℃下的黑度值为0.89，1200℃下的黑度值为0.92。遗憾的是，到目前为止TiO₂受到关注的只是它的光催化性能，关于其红外节能性能方面的研究报道甚少，而将其光催化性能与红外节能性能结合起来一起研究的报道更是没有。

TiO₂的光催化活性虽然已经被许多研究所证实，但也还存在着以下几个问题：(1)TiO₂带隙能较大，有3.2ev，光吸收波长范围主要是在紫外区；(2)光生电子和光生空穴的复合率很高，量子效率低下，从而导致光催化活性的降低。这也是所有半导体光催化剂的通病。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有光催化除污及红外节能的涂层材料，既具有光催化除污功能，又具有红外节能功能，可以作为光催化内墙涂料及外墙涂料使用，又可以用作红外节能涂料。其填料是选择稀土元素镧或钇对TiO₂进行改性来制备。

本发明的光催化除污及红外节能的涂层材料由胶粘剂和填料组成，其中的填料是用稀土元素镧或钇对TiO₂进行改性得到。

本发明对TiO₂改性的目的和作用包括抑制电子—空穴的复合，扩大其作用光的波长范围等。

本发明之所以选择稀土元素镧或是钇对TiO₂进行改性，是基于以下几点理由：

①掺杂的La、Y作为杂质进入主晶格，杂质能级或本征能级的直接跃迁使材料在1～5μm波段的发射率值提高；杂质的存在改变了晶格振动活性，使晶格振动辐射加强，提高了5μm以上波段的发射率值，从而改善红外节能性能。

②掺杂的La或是Y可作为载流子的捕获陷阱，从而降低电子与空穴的复合几率，改善光催化活性。

③La、Y掺杂对细化晶粒尺寸有着非常明显的作用。通过掺杂，在干燥、烧成等环节不需特殊处理的情况下，便可制得晶粒尺寸为80个纳米左右的TiO₂粉体。

由于TiO₂的光催化性能及红外节能性能与颗粒的形态指标也有很大关系，如对于红外节能性能，即热辐射性能，晶粒越细，散射系数越小，发射率值就越高；而对于光催化性能，晶粒越细，量子尺寸效应越明显，能隙变宽，氧化还原位增强，电子与空穴复合的几率减小，光催化性能就越好。故本发明中，用作填料的TiO₂粉料的粒径控制在80nm以下。采用湿化学方法可以制备出粒径在此范围以下的TiO₂粉料。

本发明所使用的TiO₂填料可以采用任何一种公知的湿化学方法制备，包括①溶胶-凝胶法；②水热沉淀法；③微乳液法。

由于溶胶-凝胶法反应条件温和，且是在分子水平上设计和控制材料，较易获得均匀的多组分氧化物产物，这就可以在制备TiO₂前驱体的醇盐水解过程中，通过加入稀土元素镧或是钇的氯化物或是硝酸盐，实现对TiO₂的改性，所以本发明优选溶胶-凝胶法作为TiO₂粉体的制备方法。

更具体地，本发明用稀土元素镧或钇对TiO₂进行改性的方法是以硝酸镧或硝酸钇水溶液将镧或钇引入到TiO₂溶胶中去。

本发明中TiO₂填料的最佳制备方法包括以下操作步骤：——钛酸丁酯与乙醇混合，制成A液；——乙醇、水、冰醋酸混合，制成B液；——硝酸镧或硝酸钇溶解到B液中，倒入A液中，充分搅拌形成均匀透明的溶胶；——待上述溶胶形成凝胶并干燥后煅烧。煅烧条件与现有通用的方法相同，例如煅烧温度可以在300-1000℃，煅烧时间为1-3小时。

上述原料用量的摩尔比如下：

钛酸丁酯∶乙醇∶冰醋酸∶水∶硝酸镧或硝酸钇

＝1∶6-16∶2-8∶2-3∶0.01-0.1