[发明专利]包含光催化TiO2层的基片

说明书

本申请是申请号为03816327.6(国际申请号PCT/EP2003/007426)、申请日为2003年7月9日、发明名称为“包含光催化TiO₂层的基片”的申请的分案申请。

本发明涉及具有光催化的含TiO₂层的基片，其具有改善的光催化活性，并涉及用于制备它们的方法。

TiO₂颗粒的光催化性质在文献中已经久为人知，并且已经得到深入研究。光催化作用基于TiO₂的半导体性质，通过该性质质子形成具有相对较长的复合时间的空穴-电子对。空穴和电子向表面的扩散形成运动过程，该过程直接或间接地通过水发展为强烈地氧化作用，随之导致过氧化氢的形成。在3eV以上的氧化电势如此高，以致于实际上所有与这种TiO₂颗粒接触的有机物质被氧化。然而，只有当入射光中显著的紫外光部分存在下，该过程才会进行。因为在可见光中的紫外光部分相对较小，作为入射光子导致的光催化作用是有限的。电子与空穴的复合进一步降低了效率。

还发现在可自氧化的基片上或表面层上，例如在有机聚合物的基片或层的情况下，难以防止被涂布到其上的光催化层的氧化，并且因此破坏了基片或该层。即使在玻璃基片或表面层的情况下，直接涂布光催化层的缺点是玻璃中的钠离子可以扩散进入光催化层中，这破坏了玻璃和/或干扰光催化过程。

因此，本发明的目的是获得提高的光催化活性和/或提供对光催化层敏感的基片或表面层的保护。

本发明的一个实施方案提供用于制备具有光催化层的基片的方法，其包括以下步骤：

a)制备一种混合物，该混合物包括至少一种可水解的钛化合物、有机溶剂和亚化学计量的水，所述亚化学计量是基于钛化合物的可水解基团，

b)在至少60℃的温度下处理所得混合物以形成TiO₂颗粒的分散体或沉淀物，

c)任选地通过除去溶剂以形成TiO₂颗粒的粉末并且加入另一种溶剂以形成TiO₂颗粒的分散体而交换溶剂，

d)将该分散体涂布到基片上，和

e)热处理涂布的分散体以形成光催化层。

在优选的实施方案中，用于制备TiO₂颗粒的方法或者用于制备具有光催化层的基片的方法中，在步骤a)中另外加入至少一种掺杂剂和/或在步骤b)中进行水热处理或回流下加热。

配备有光催化层的基片可由任何适用于该目的的材料构成。合适材料的实例是金属或金属合金、玻璃、陶瓷、包括氧化物陶瓷、玻璃陶瓷，或塑料。当然也可能使用具有由前述材料构成的表面层的基片。表面层可以为镀金属的、上釉的、玻璃的或陶瓷层或漆。

金属或金属合金的实例为钢，包括不锈钢、铬、铜、钛、锡、锌、黄铜和铝。玻璃的实例为钠钙玻璃、硼硅玻璃、铅晶质(lead crystal)玻璃和石英玻璃。玻璃可以是例如平板玻璃、中空玻璃，例如容器玻璃或实验室玻璃。陶瓷可以是例如基于以下氧化物的陶瓷：SiO₂、Al₂O₃、ZrO₂或MgO或相应的混合氧化物。塑料与金属一样可以以薄膜的形式存在，其实例为聚乙烯，例如HDPE或LDPE，聚丙烯、聚丁烯、聚异丁烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚乙烯醇缩丁醛、聚四氟乙烯、聚氯三氟乙烯、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯，例如聚甲基丙烯酸甲酯，聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、再生纤维素、硝酸纤维素、醋酸纤维素、三乙酸纤维素(TAC)、乙酸丁酸纤维或氢氯化橡胶。带漆的表面可以由常规的底漆涂料或漆形成。

为了制备基片上的光催化层，在第一个创造性的实施方案中，根据下面解释的溶胶-凝胶方法制备包括TiO₂颗粒的分散体。TiO₂颗粒也可以沉淀以形成沉淀物。除去溶剂得到粉末。

在第一个创造性实施方案的方法中，首先在步骤a)中制备包括至少一种可水解的钛化合物、有机溶剂和亚化学计量(基于钛化合物的可水解基团)的水的混合物，并且该混合物还可以任选地包括至少一种金属化合物作为掺杂剂。