[发明专利]光催化涂料组合物

说明书

发明领域

本发明涉及用于在表面上提供光催化涂层的组合物。更具体地，本发明涉及包含光催化二氧化钛颗粒和增量剂的去污、自清洁涂料组合物，所述增量剂(extender)含有碳酸钙与备选增量剂的混合物。

发明背景

二氧化钛是在涂料、纸塑料(paper plastic)和墨水中广泛用作颜料的光活性材料。对于颜料应用，光活性通常并非是期望的并且颜料级二氧化钛通常由抑制该材料光活性的方法制备。以两种晶相即晶格结构、折射率和密度不同的金红石和锐钛矿制得二氧化钛。金红石相是更为稳定的相且有利地用于颜料应用，因为金红石颜料与它们的锐钛矿相应物相比具有较高的折射率，从而产生较大的不透明度和白度。

二氧化钛的锐钛矿形式与金红石形式相比通常更具光活性且用于光催化应用，而金红石形式用作颜料。二氧化钛的光催化性能由在紫外(UV)和近UV辐射的作用下电子从价带跃迁到导带而产生。产生的反应性的电子-空穴对迁移到二氧化钛颗粒的表面，在那里所述空穴氧化所吸附的水而产生反应性的羟基自由基且所述电子还原所吸附的氧而产生超氧自由基，所述两者均能够降解空气中的NO_x和挥发性有机化合物(VOC)。鉴于这些性能，已在涂料等中使用光催化二氧化钛以从空气中除去污染物。这样的涂料还可以具有自清洁的优势，因为也在表面上对污物(油脂、霉、霉菌、藻类等)进行氧化。

Goodwin等的国际申请公布No.WO2005/083014、WO2006/030250和WO2005/083013描述了包含光催化TiO₂的自清洁和去污涂料组合物。

在NO_x物质被光催化反应产生的反应性物质氧化时，形成硝酸和亚硝酸。涂料组合物中存在的碱性填料或增量剂将所述酸性物质中和为亚硝酸盐和硝酸盐，通过降雨将其从涂层除去。最常用的增量剂为碳酸钙。

可使用不同类型的有机粘合剂或树脂体系制备包含光催化二氧化钛的涂料组合物。不存在其它材料时，有机粘合剂在UV光存在下分解为二氧化碳、水和含氮物质，如果存在，则导致涂料的降解。在将涂料暴露于来自直射日光的强烈UV辐射时这种问题受到加剧，外用漆就是如此。这样的涂料通常是用在相对低的催化剂浓度下抵抗光催化氧化的无机粘合剂或有机聚合物配制的。在以前，用基于有机硅的(silicone-based)聚合物例如硅氧烷聚合物制备包含光催化二氧化钛的涂料，这是由于这些材料在由光催化反应产生的活性物质存在下的较大的稳定性。使用仅包含基于有机硅的聚合物的粘合剂是不利的，这是因为基于有机硅的聚合物与其它有机聚合物例如基于丙烯酸或苯乙烯的聚合物相比，明显更为昂贵。期望制备包含与较低成本有机聚合物混合的减少量的硅基聚合物的、成本有效的光催化涂料组合物。然而，将有机聚合物与基于有机硅的聚合物混合导致涂料组合物的耐久性较低。

因此，存在对改善的光催化涂料组合物的需要，该涂料组合物在较低成本下表现出改善的耐久性和光学性能，并同时维持除去光催化NO_x氧化反应的酸性副产物的能力。

列出前述讨论仅用于更好地了解本领域所面临问题的本质，无论如何不应将前述讨论理解为承认为现有技术，也不应将本文中所引用的任何文献解释为承认这些文献构成本申请的“现有技术”。

发明概述

本发明的自清洁、去污涂料组合物包含：催化性二氧化钛，含有硅基聚合物的粘合剂，以及含有碳酸钙与一种或多种备选增量剂的混合物的增量剂组分。本发明的涂料组合物以较低成本表现出改善的耐久性和不透明度，并同时保持除去来自环境的NO_x且中和来自NO_x物质的光催化氧化的酸性副产物的能力。

在一个实施方案中，所述涂料组合物还包含颜料，该颜料可以是颜料性二氧化钛或者二氧化钛与一种或多种颜料的混合物。

本发明组合物的粘合剂除硅基聚合物外典型地还包含有机聚合物。本发明还涵盖包含粘合剂组分的组合物，所述粘合剂组分含有硅基聚合物以及有机聚合物混合物或共聚物的混合物。在本发明的某些实施方案中，有机聚合物是苯乙烯聚合物或共聚物或者丙烯酸系聚合物或共聚物。优选的有机聚合物或共聚物是苯乙烯-丙烯酸系共聚物。