[发明专利]具有光催化活性的亲水性自清洁涂料的制备及应用

说明书

技术领域

本发明属于化工技术领域，涉及一种具有光催化活性的亲水性自清洁涂料的制备方法，同时还涉及该涂料的应用。

背景技术

根据国家能源政策、2000万kW太阳能发电规划、1000万kW工业开发区太阳能发电的规划和鼓励政策，太阳能大发展的时机已经来到。但同时，出现了太阳能电池板表面积尘和其他污染物影响透光率、难以或需要频繁清洗，导致管理成本上升、工作难度加大、设计性能难以充分发挥、发电效率下降等实际问题。

目前，提高涂层的耐沾污性主要有三种方法：1、降低漆膜表面能，提高漆膜与水、油的接触角，使得污染物难以附着；2、通过添加亲水化助剂，使得漆膜表面产生亲水性基团，降低漆膜与水接触角，使得油性污物附着不牢，容易被雨水冲刷掉；3、通过添加光催化剂的方法，分解漆膜表面污染物。第一种方法虽然理论研究不少，但能够实现类似“荷叶效应”防沾污效果、并能长期保持的市场化产品还没有；第二种方法通过添加合适的亲水助剂可以使涂膜形成亲水化表面，赋予涂层自清洁性，但形成的涂层接触角较大，自清洁效果不是很明显；第三种方法的耐沾污效果比较明显，但是光催化作用对有机成膜物有很大的破坏性。

因此，将疏水性与光催化活性或亲水性与光催化活性相结合是非常必要的。由于纳米TiO₂具有活性高、稳定性好、无毒、价格低廉等优点，是目前使用最广泛的光催化材料；以钛酸丁酯和正硅酸乙酯为前躯体，水解形成纳米TiO₂/SiO₂复合薄膜，使得涂层具有较好的抗沾污性能。但目前常温下以钛酸丁酯和正硅酸乙酯为前躯体，水解形成的纳米二氧化钛为无定型，只有经过500^oC以上的高温处理才能形成锐钛型的二氧化钛，具有光催化活性，并且涂层亲水性保持期较短，这成为实际应用的瓶颈因素，很难实现工业化的应用。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种具有光催化活性的亲水性自清洁涂料的制备方法。

本发明的另一个目的是提供该亲水性自清洁涂料在涂覆太阳能光伏电板表面、车窗玻璃、建筑玻璃表面的具体应用。

本发明具有光催化活性的亲水性自清洁涂料的制备方法，包括以下工艺步骤：

①硅溶胶的制备：在5~40℃，将无水乙醇用盐酸或冰醋酸调节至pH=2.0～4.5，搅拌10～30min，再加入无水乙醇体积7～14%的正硅酸乙酯，搅拌10～20min；然后加入无水乙醇体积6～10%的水，搅拌20～40min，得到无色透明的硅溶胶；

②钛溶胶的制备：在5~40℃下，将无水乙醇用盐酸或冰醋酸调节至pH=2.0～4.5，搅拌10～30min，再加入无水乙醇体积2～10%的钛酸丁酯，搅拌10～20min；然后加入无水乙醇体积2～10%的水，搅拌20～40min，得到无色透明的钛溶胶；

③硅钛复合溶胶的制备：将所述硅溶胶与钛溶胶混合，使体系中TiO₂和SiO₂质量比为0.25～1.5:1；搅拌1.5～2.5 h，得到无色透明的硅钛溶胶，即为具有光催化活性的亲水性自清洁涂料。

上述搅拌速度控制在500～3000rad/min。

本发明以钛酸丁酯和正硅酸乙酯为前躯体，采用溶胶-凝胶法水解形成纳米TiO₂/SiO₂溶胶，该溶胶涂覆在物体表面，在常温下自然干燥后形成具有光催化活性的锐钛型纳米TiO₂/SiO₂复合薄膜。该复合薄膜在常温下涂在太阳能光伏电板、车窗玻璃或建筑玻璃上，可以快速形成一层亲水性涂层，这种涂层在自然光照射下，可以将粘附在其上的油污分解为无机物，在雨水或人工冲洗下，将污染物冲洗掉，使太阳能光伏电板或玻璃板清洁如新，且可长期保持。

下面通过实验对本发明制备的涂料的性能进行具体说明。