[发明专利]太阳光下具有去污抗菌功能的自洁净布料及其制作方法

说明书

技术领域

本发明属于无机纳米材料领域，尤其是涉及一种太阳光下具有去污抗菌功能的自洁净布料及其制作方法。

背景技术

自洁净技术在自然界中普遍存在，例如荷叶的表面、昆虫的翅膀、鸟儿的羽毛，等等，这些表面的特殊微观纳米结构导致表面疏水，形成自洁净现象。然而基于表面疏水的自洁净现象不能去除表面的油性污渍，应用范围仍有局限性。近来，基于纳米二氧化钛的光催化自洁净技术受到普遍关注，因为二氧化钛具有价格低廉、性能稳定、无毒无腐蚀性等优点，同时可以利用绿色清洁的太阳能作为能源。一方面，而在特定的光照条件下，纳米二氧化钛表面将形成具有强氧化还原活性的基团，可以降解大部分的有机物质，所以能够将吸附在表面的有机污渍或者有机气体分子破坏降解。同时由于在光照下的纳米二氧化钛薄膜将出现超亲水现象，表面水将完全铺展开，因此可以用于开发防雾镜面。结合这两个特点，二氧化钛纳米薄膜目前已经用于开发一些自洁净产品中，例如玻璃、外墙、瓷砖等产品逐渐进入生活之中。这种自洁净功能基于上述两个特点，在室外光照条件下，沾污在表面的污渍可以被光催化作用降解，而当雨水来临时，超亲水效应使得水在表面铺展冲刷，将污渍带离表面，保持表面的长时间洁净如新。光催化自洁净技术已经产生了巨大的经济、环境和社会效益。

然而将自洁净技术应用在布料服饰领域存在一定的困难，一方面二氧化钛纳米粒子的去污作用，在自然环境中很有限。这是因为单纯的具有光催化活性的锐钛矿或金红石矿晶型的二氧化钛纳米粒子所能响应的光波长范围局限在紫外部分，而太阳光中的紫外部分能量仅占约5％，因此在太阳光下的去污作用缓慢，在阴天杂散光或室内自然光下的光催化作用更是几乎可以忽略，而将布料长时间暴露在阳光下照晒是不实际的。另一方面，二氧化钛纳米粒子通常需要高温煅烧才能形成结晶度较高而活性较好的纳米粒子，这对于布料服饰也是不可能实现的，因为布料是不能耐受热高温的。针对前一个问题，尽管发展了大量氮、碳、硫等掺杂改性方法，可以实现改性二氧化钛的可见光响应，但是这些方法均涉及高温处理，难以获得均匀的改性二氧化钛纳米溶胶，且掺杂改性的二氧化钛纳米粒子的活性较弱。针对后一个问题，可以采用低温的水热处理法获得结晶较好的纳米二氧化钛颗粒。例如Daoud，W.A.等在《Journal of Ceramic Society》(陶瓷学会会刊)2004年第5期953～955页发表了题为《Nucleation and Growth ofAnatase Crystallites on Cotton Fabrics at Low Temperatures》(棉纤维表面低温下锐钛矿晶粒的成核与增长)一文，文中涉及采用无定形的TiO₂溶胶负载后，通过水热处理获得锐钛矿晶粒。但是后续过高的热处理温度，不但增加了工序成本，而且可能由于气泡产生而扰动负载的TiO₂纳米颗粒使之脱附。

尽管有研究报道或专利公开了一些抗菌、去污、防紫外的改性布料，但是一部分是采用银纳米粒子处理的抗菌布料，另一部分是采用纯二氧化钛处理的布料，这些改性布料的去污作用不强，在自然光下的去污抗菌效果更是微弱。发挥的自洁净效果非常有限。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种在太阳光下具有去污、抗菌功能的自洁净布料及其制作方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：依据高效转换和利用太阳能的p-n异质结的原理，采用引入一种纳米尺度的异质结涂层的方法来实现，通过增强对太阳能的光谱响应范围和光激发电子的转运效率，使得经涂层改性处理后的布料具有显著的去污、抗菌的自洁净能力。本发明首先配制一种能够响应可见光的改性二氧化钛的溶胶，将溶胶负载到布料表面后，通过原位吸附-反应-沉积的方法在改性二氧化钛表面再形成一层适量的银化合物涂层，从而获得一种增强了可见光响应的、具有高效光催化去污、抗菌能力的自洁净布料。

太阳光下具有去污抗菌功能的自洁净布料，在布料表面具有一层由钛、氧、银、卤族元素及碳、氮元素组成的涂层，包括具有锐钛矿、锐钛矿与板钛矿混晶或者锐钛矿与金红石矿混晶结构的改性二氧化钛纳米粒子，其中氮或碳或二者之和的含量为0.01-5wt％之间，银含量为0.01-10wt％，卤族元素含量为0.01-10wt％，所述的卤族元素是氯、溴或碘的任意两种。

太阳光下具有去污抗菌功能的自洁净布料的制作方法，包括以下步骤：

(1)在二氧化钛溶胶中，采用添加稳定剂和有机胺共同搅拌回流反应的方法，获得稳定的改性二氧化钛溶胶；