[发明专利]可净化空气的纤维增强的胶结建筑材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有空气净化功能的纤维增强的胶结建筑材料以及所述纤维增强的胶结建筑材料在外墙包覆和屋顶涂覆中的用途。本发明还提供了一种用于制备所述纤维增强的胶结建筑材料的工艺流程。特别地，本发明属于纤维增强的胶结建筑材料领域，所述纤维增强的胶结建筑材料具有光催化胶结层，该光催化胶结层能够在阳光和水存在的情况下将大气中的污染物氧化成无害的可溶性盐类。本发明更特别地考虑到一种具有光催化作用的纤维增强的胶结建筑材料，其中，这种光催化作用的效力持久并且稳定。

背景技术

光催化剂为半导体，其电子能够在紫外线范围内通过光子而从价带转移至导带。由此形成的电子空穴导致了水存在条件下羟基的形成，这些羟基可作为一种强氧化剂并能够在进一步的反应中分解化合物。特别地，这些羟基可与氮氧化物(NO_x)结合将氮氧化物转化成硝酸盐。当光催化剂与碱性胶凝基体混合在一起时，这些硝酸离子与胶凝基体中的正离子(如钙离子和钠离子)结合，并且生成可被雨水从表面上冲刷掉的盐类(如硝酸钙和硝酸钠)。优选的具有光催化活性作用的半导体是锐钛矿晶形的二氧化钛。

具有光催化活性表面的建筑材料已经在以前的文献中得到了描述。

专利EP2036871描述了一种在表面上具有半透明涂层化合物的纤维增强的水泥制品。这种半透明涂层包括聚合物粘合剂，还可能包括金属氧化物颜料，例如，二氧化钛。

然而，由于对二氧化钛的选择受到金红石晶形的限制，二氧化钛的光催化活性仍有不足。用锐钛矿晶形代替金红石晶形可导致很高的光催化活性，但同时会导致聚合物粘合剂在紫外线照射下出现同步分解(参见“涂料和涂层检测指南-Gardner-Sward手册第14版”-J.V.Koleske，1995年出版的ASTM指南系列MNL 17，第164页)。

具有光催化活性表面的水泥基底的建筑材料也已经得到过描述。

专利JP2000-017784描述了一种空气净化屋顶材料，这种材料的特征是其中具有厚度至少为0.5mm并且含有二氧化钛的表面层。

专利EP-A-1878711涉及一种具有光催化活性的胶凝表面涂层，其包括比表面积大于200m²/g的光催化细粒和比表面积小于100m²/g的光催化粗粒，其中，所述光催化细粒通常位于外表面层，这是由于细粒被上升的水带至表面的缘故。随着水分的蒸发，来自胶凝基体的溶解成分在表面形成沉淀，这种现象就是结霜。当使用波特兰水泥基底材料时，特别的是，钙离子和氢氧离子都溶解在水中，通过与空气中的二氧化碳反应，在表面生成几乎不溶的碳酸钙，这样可防止光催化剂与光线的接触。

然而，专利EP-A-1878711只是部分地解决了结霜层的形成问题，仍然有碳酸钙在表面生成，这就降低了光催化层的效力。

专利JP2008-007368通过使用氧化铝水泥解决了光催化胶凝材料结霜的问题。但遗憾的是，氧化铝水泥不仅价格昂贵，而且其硬化速度太快，以至于无法在圆网抄取法(Hatschek)工艺流程中使用，而圆网抄取法工艺流程是用于制备纤维增强的胶结建筑材料的最常用的方法。

专利JP2006-248793和专利JP2000-233134通过向水泥混和物中添加防风化剂(如防水剂)来解决光解性能随时间下降的问题。

但是，我们发现，对于纤维增强的水泥制品来说，避免风化并不能保证其持久的光催化性能。事实上，作为主要的光氧化反应产物的硝酸盐会至少部分地进入多孔的纤维增强的水泥基体中，尤其是在干旱少雨的季节。这些硝酸盐会促进水藻等微生物的生长，特别是在相对湿度较高的情况下，并且，尤其是当胶凝基体发生碳酸化以后，其碱性减弱，从而不能再抵制微生物的生长。这些微生物阻止光催化层与光线接触，因此，在长期暴露于大气以后，空气净化效率降低。

专利WO2007/106242涉及一种具有抗微生物的聚合物涂层的光催化基材，其中抗微生物的聚合物涂层可以长期抵御由微生物或气载污染物造成的变色。但这种光催化基材不具有空气防污染的功能。如果所述抗微生物聚合物涂层不含有光催化的抗微生物剂，空气污染物就不会在邻近的结构层中与光催化颗粒直接接触。如果所述抗微生物的聚合物涂层含有光催化的抗微生物材料，所述聚合物涂层就会在长期紫外线照射下发生分解，底部风化层将会阻止所述光催化材料与光线接触，导致空气净化性能低下。专利WO2007/106242没有公开胶凝基材表层必须同时含有光催化剂、防霜化剂和抗微生物剂以获得高效持久的空气净化效果。