[发明专利]具有高光催化性和清洁性作用的表面处理剂

说明书

技术领域

本申请涉及基于TiO₂纳米颗粒并用于表面处理的具有高催化性和清洁性作用的表面处理剂，其制备方法和其应用。通过光催化作用，该处理剂能够对各种材料，尤其是建筑物墙提供自清洗、清洁性、抗菌性、杀菌性的表面处理。

背景技术

建筑物中广泛使用现代塑料材料和通风系统(HVAC)，将醛和其它约200种有害有机物质释放到环境中。这使得消除其副作用成为必要。同时，防止染毒物通过贯通建筑物的HVAC管道传播也是重要的。

表面处理剂，即涂料和颜料，的基本功能一直集中于其覆盖功能和色彩。逐渐地，市场尝试提供具有更多功能的涂料，这趋势在近来已经变得普遍。历史上第一种涂料是水合(熟化)石灰，其在新鲜状态时兼有白色涂料和清洁功能。过去十年，市场热衷于开发纳米颗粒的基础光催化作用。虽然市场已经就TiO₂的光催化性能有广泛深入的研究，但是直到今天，将TiO₂应用到光活性涂料的技术还未令人满意。

开发这种技术的目的在于获得一种能够形成具有最高光催化性能和TiO₂含量的光催化性表面的涂料组合物。

当TiO₂纳米颗粒与硅酸盐无机涂料混合时，通常的结果是纳米颗粒的表面被二氧化硅覆盖，阻碍了期望获得的光催化性能。另一种最普遍将TiO₂纳米颗粒混入涂料组合物的方式是将其直接混入丙烯酸涂料中，但问题在于TiO₂纳米颗粒的光催化性能太猛烈，会光化学地分解并烧熔四周的有机丙烯酸酯物质，结果是这种涂料的强烈灰化和变黄。将额外的TiO₂和稳定的聚合物加入涂料中能够缓和上述现象，但并不能完全解决问题。

在硅树脂基涂料组合物中使用TiO₂纳米颗粒也有限制，因为，硅树脂类似于硅酸盐，会有效覆盖TiO₂表面，进而阻碍光催化性能。

在直至目前为止开发的基于TiO₂纳米颗粒并且具有光催化效果的涂料中，TiO₂纳米颗粒都被涂料的一些成分覆盖，这严重降低消除有机物质的光催化能力，尤其是消除塑料材料、新家具等释放出来的烟、蒸发物和溶剂，例如醛这些有机物质的光催化能力。

捷克专利号300735(WO2009/074120)记载的多功能涂料含有达90％的TiO₂，并展现出显著较高的光催化性。捷克专利号300735记载了基于TiO₂纳米颗粒的具有光催化性和清洁性的涂料。该涂料包括通过至少两种成分反应产生的高孔隙度材料，而TiO₂纳米颗粒位于高孔隙度材料(粘合剂)的表面。第一种成分是不溶性钙化合物，第二种成分是水溶性硫酸盐。

为了比较，我们根据捷克专利No.300735在施加到屋顶瓦上的涂料进行己烷的光降解测试。

实验开始时，己烷的浓度约为700ppm(注射10微升)。实验分如下几个阶段进行：20分钟(min)的黑暗，接下来的50min曝光在UV-A中。通过气相色谱监测己烷降解，并与纯纳米TiO₂-Degussa P25(5g TiO₂/m²)的降解速率进行比较，该纯纳米的降解速率表示理论上的最大值。

根据气相色谱，己烷的降解速率为：

纳米TiO₂-Degussa P25-4.1mmol h/m²；

涂覆-2.4mmol/h/m²。

当粘合剂相对于TiO₂的重量比为22％时，屋顶瓦表面上的的催化效率为通过Degussa P25(100％)获得的光催化效率的59％。粘合剂对于光催化性能的影响是非线性的，相对于理论效果，22％的粘合剂降低了涂料41％的光催化效率。

使用有机粘合剂或硅酸盐的基于TiO₂的普通光催化涂料相对于CZ专利号300735的涂料显示出的光催化效果降低了一度。在附图1作为参考样本的普通光催化性硅酸盐涂料相对于纯TiO₂的NO_X降解效率仅为1.5％。

除了阻碍作用，所有提及的涂料材料和表面均含有高比例粘合剂(相对于纳米TiO₂含量为百分之几十)，这进一步降低光催化效果。

发明内容