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      具有光催化性質的涂層產品的制作方法

      文檔序號:12284106閱讀:318來源:國知局
      具有光催化性質的涂層產品的制作方法與工藝
      本發(fā)明將更特別地關于該產品作為建筑物的內部涂層,例如用于地面、墻壁和/或天花板(然而又不限制于此)的用途進行描述。該涂層還可以在外界進行施用。然而,它的使用領域是在室內。該產品特別將是抹灰,更特別地內部抹灰。術語“抹灰”理解為它是灰漿,即至少一種無機粘結劑、骨料、填料和各種添加劑(有機助劑、顏料等等)的混合物。該無機粘結劑是水硬性粘結劑(例如波特蘭水泥、高鋁水泥、硫鋁酸水泥、貝利特水泥、高爐礦渣、火山灰混合水泥等等)、硫酸鈣源(例如燒石膏或者半水合物、生石膏和/或硬石膏)或者石灰。光催化性組合物特別地因為它們使空氣消除污染的性質是已知的。它們包含顆粒,例如TiO2顆粒,其在具有小于380nm的波長的紫外輻射(UV)的作用下引起光催化反應。UV引起在TiO2顆粒內部的電子改變,其導致在空氣中和在TiO2的表面上存在的有機化合物(污染物)的吸附,并且通過與空氣的氧的化學反應而使污染物轉變?yōu)槎趸?。在建筑領域中,目前提出了包含光催化性組合物的灰漿或者混凝土以參與空氣的處理中,特別地鑒于氮氧化物(NOx)的除去或者由于它們的自清潔功能。光催化性顆粒由通常TiO2的顆粒組成并且以納米顆粒的形式進行提供,即其主要晶體在尺寸上是數(shù)納米或者數(shù)十納米(與約為100至300m2/g的比表面積結合)的顆粒?;赥iO2納米顆粒的光催化性組合物基本上在外界進行使用,因為允許光催化反應的UV來源于太陽輻射。然而,在室內,這些組合物不是同樣有效的,特別在其中來源于外界的光度是弱的房間中。另外,納米顆粒從公眾的觀點來看具有負面涵義。當前,納米顆粒對健康的可能風險沒有清晰的觀點。在本說明書的下文中,如同在歐盟在2011年10月8日的關于納米材料的定義的推薦(正文2011/696/EU)中的定義,"納米顆粒"理解為表示具有1至100nm尺寸的顆粒。還基于這些推薦,“包含納米顆粒的組合物”理解為表示,包含至少50%(按數(shù)目計)的具有1至100nm的尺寸的顆粒。而且,最近已經在期刊“CementandConcreteResearch”中的在2011年十二月的題目為"TiO2photocatalysisincementitioussystems:Insightsintoself-cleaninganddepollutionchemistry"的論文中,已經公開了納米尺寸的TiO2顆??梢耘c微米尺寸的TiO2顆?;旌喜⑶耶斔鼈兺ㄟ^僅僅紫外輻射照明進行照射時具有光催化性質,使得NOx污染性顆粒降解。然而,從這個公開物可以看出該性能在僅僅UV的照明下實現(xiàn)。本發(fā)明的目標是提供一種具有使污染物降解的性質的產品,其不具有上述的缺點并且其可特別地在室內進行使用,而不必須用太陽輻射或由僅僅UV形成的照明進行照射。盡管在建筑物的內部使用本發(fā)明的產品時不存在太陽輻射,本發(fā)明人意外地提供了一種產品,其然而具有光催化性質。按照本發(fā)明,具有光催化性質的室內涂層產品包含二氧化鈦TiO2顆粒并且特征在于它包含TiO2顆粒(按顆??倲?shù)計至少50%),該TiO2顆粒在尺寸上大于納米顆粒并且通過在室內照明下的光催化構成反應手段。本發(fā)明的產品不構成基于在按照歐盟的推薦(正文2011/696/EU)的納米材料的定義的意義上的納米材料的產品。"室內照明"理解為表示用于照射在建筑物中的空間的內部并不同于具有僅僅UV輻射的人造燈的通常照明。室內照明是其UV的比例低于日光輻射的比例并因此也低于UV燈的比例的照明。雖然至今,認為需要具有大量的UV照明以確保光催化反應,令人驚訝地本發(fā)明人已經證明在室內照明下,不具有納米尺寸而是具有比納米顆粒更大尺寸的TiO2顆粒,特別地具有大約微米的TiO2顆粒具有光催化性質以便具有使NOx或者甲醛類型污染物降解的功能。由此,本發(fā)明的產品具有不使用納米顆粒的優(yōu)點,其一方面允許降低產品的生產成本和另一方面不存在環(huán)境和健康問題。此外,由于具有比納米顆粒更大的直徑的顆粒引起較小的比表面積,可以預期到關于TiO2顆粒的作用(在使污染物降解方面)的品質的損失。相反地,本發(fā)明人已經令人驚訝地發(fā)現(xiàn),關于污染物的降解的結果,顯示在相同的室內照明下可與納米顆粒相當?shù)男阅?。有利地,TiO2顆??梢允褂檬覂日彰?其紫外輻射的功率密度是通常室內燈的功率密度分布)通過光催化進行反應。與本發(fā)明的產品有關的紫外輻射的功率密度在0.1-0.6W/m2之間,特別地大約0.2W/m2(即20μW/cm2)是足夠的。注意的是,僅僅具有紫外輻射的燈的功率密度分布正好在UV中具有它的最大值,和在外界的日光根據暴露具有大約5至50W/m2的在UV中的功率密度。因此,使用具有在UV區(qū)中的降低功率的輻射,本發(fā)明的產品允許在最優(yōu)條件下,甚至在優(yōu)于現(xiàn)有技術的條件下獲得污染物的降解。光源在使用期間可以位于大約30cm的距離處。它可以直接地照射基于本發(fā)明的產品的覆蓋表面或者可以產生自反射照明(為了到達覆蓋表面)。根據一個特征,該產品包含1%至10%重量的與TiO2納米顆粒不同的TiO2顆粒,相對于該產品包含的組分的總重量。3%至5%的范圍允許提供有效率的降解性質而不需要進一步提高TiO2顆粒的數(shù)目并因此提高該產品的成本價。根據另一個特征,所述與TiO2納米顆粒不同的顆粒具有微米尺寸。它們具有高于100nm的平均直徑,特別地120至160微米的平均直徑。它們的比表面積為10至15m2/g。優(yōu)選地,TiO2顆粒至少具有以銳鈦礦形式結晶的部分。該涂層產品例如由基于硫酸鈣源(如石膏)的抹灰、基于水硬性粘結劑(如水泥)的抹灰或者基于填充無機填料的聚合物的抹灰組成。有利地,該涂層產品用在建筑物內部,特別地用于天花板、地面或者墻壁。它特別地用于降解NOx或者甲醛類型的污染物。建筑物理解為表示公寓樓、住宅、工業(yè)廠房、輪船、飛機等類型的建筑物。該內部抹灰因此包含1%至10%重量的與TiO2納米顆粒不同的TiO2顆粒,相對于該抹灰的組分的總重量。因此,本發(fā)明還涉及包含二氧化鈦TiO2顆粒的具有光催化性質的產品的用途,特征在于該產品包含具有比納米顆粒更大尺寸的TiO2顆粒(至少它們的50%),并且特征在于該產品用室內照明的光進行照射。優(yōu)選地,通過使它們與該產品的其它組分結合將TiO2顆粒引入該產品的體積中。優(yōu)選地,使二氧化鈦顆粒分散在該產品的體積中。該術語應該理解為二氧化鈦顆粒存在于該產品的整個體積中而不僅僅在表面或者邊緣部分中。使這些顆粒原樣分散在該產品中,或者在拌合之前,即在使該產品稀釋在水和/或溶劑(以使它用作為涂層)中之前,或者在拌合的時候,還或者在捏和(其允許在拌合之后獲得均勻產品以便其沉積)的時候。該二氧化鈦顆粒還可以被沉積在該抹灰的表面上,特別地在層內部,例如涂料層內部。在該抹灰用層涂覆的情況下,該層被認為是形成該抹灰的組成部分。最后,本發(fā)明涉及用于降解在建筑物內部的污染物,如揮發(fā)性有機化合物(COV),例如甲醛類型的揮發(fā)性有機物,和NO和NOx氣體的方法,特征在于它一方面使用包含具有高于100nm的尺寸的TiO2顆粒(超過在該產品中存在的顆粒的50%)的涂層產品,該顆粒構成借助于室內照明的UV光的光催化反應的手段,和另一方面使用通常類型的室內照明。本發(fā)明現(xiàn)在借助于實施例并且從附圖說明進行描述,該實施例是僅僅舉例說明性的并且對本發(fā)明的范圍決不是限制性的,其中:-附圖1a至1c圖解了NO和NOx污染物作為時間的函數(shù)的濃度曲線,從本發(fā)明的產品的實施例和兩個對比實例的觀點來看;-附圖2a表示室內照明光的實例的光譜-附圖2b是對于在UV區(qū)中的波長的附圖2a的曲線的放大圖;-附圖3圖解了關于三個測試(分別地是本發(fā)明和兩個對比實施例的產品的第二實施例)甲醛污染物的作為時間的函數(shù)的濃度曲線。本發(fā)明的產品旨在用作為涂層產品,特別地用于沉積在建筑物內部的涂層,如施用于天花板、地面或者墻壁的涂層產品。該組合物具有光催化性質并且包含TiO2顆粒,其根據本發(fā)明對于它們超過50%具有至少等于100nm的尺寸,并且可以通過使用室內燈的光催化進行反應。該室內燈優(yōu)選地是氖類型的熒光光源。它包含10至60μW/cm2的紫外輻射殘余功率密度。作為第一實施例,取名為Ex.1,該產品是基于水泥的抹灰,其包含12%的白水泥和87%的砂和精細填料,以及根據相對于該灰漿的總重量1%的重量濃度包含TiO2微顆粒。該TiO2微顆粒對應于由Kronos以名稱Kronos1001銷售的產品。這種產品包含二氧化硅、氫氧化鋁、氧化鋁,超過99%的TiO2顆粒,該顆粒具有高于100nm的直徑。通過這種第一實施例Ex.1的NOx的降解結果與兩個測試對比實施例進行了相比:-對比實施例Comp.A僅僅包含和Ex.1相同的基礎灰漿,這種灰漿因此不包含TiO2顆粒;和-對比實施例Comp.B包含與Ex.1相同的基礎灰漿,并且以相對于灰漿的總重量1%重量濃度用TiO2納米顆粒代替TiO2微顆粒。TiO2納米顆粒對應于以名稱“TaycaAMT100”銷售的產品。使每種灰漿與水以相同的比例混合并且施用于測試表面,在環(huán)境溫度在相同的條件下進行水合、干燥和硬化。該表面樣品根據標準ISO22197-1:2007在下列條件下進行測試:-在該測試室(在該標準中亦被稱為"光致反應器"和在附圖中取名為"反應器")的入口注入的污染物按照1000(+或-50)ppbv的濃度包含每種樣品;-50%的測試室的相對濕度;-23℃的測試室的溫度;-0.1m/s的被引入腔室中的包括污染物的空氣的速度。不同于標準:-一方面,樣品表面積,其在在這里解釋的對比測試中是200mm×100mm(即0.2m2)而不是按照該標準的100×50mm2;-另一方面,施用的照明,其是根據本發(fā)明的并且不是UVA燈而是室內照明。該室內照明在實施例中是被設置在離每個表面樣品30cm處并且直接地照射該表面的熒光照明。殘余的UV功率密度是20μW/cm2(0.2W/m2)。使用的熒光照明是為55W和4800lm的以名稱SulvaniaLynx-LE860銷售的燈。它的光譜在附圖2a中進行表示,附圖2b表示對于在紫外區(qū)(低于380nm)中的波長的曲線的放大圖。簡要地,每個測試在于將涂層樣品表面放置在密閉腔室或者房間中,從該腔室的入口輸送污染物,其連續(xù)流以層流方式在5mm的距離掠過樣品表面,隨后使用接通的熒光管照射這種表面并且在從房間提取空氣之后在房間的出口測量揮發(fā)性無機產物(在這種情況下是NO和NOx)的濃度。用于注入氣流和用于抽吸的系統(tǒng)在開始該照射之前15分鐘被啟動。在時間T輸送該污染物,其在附圖1中通過箭頭末端進行表示,在該箭頭上指示術語"反應器"。然后接通該燈并且實施該測量。當達到穩(wěn)定時,視為對于該結論所考慮的值。將測試Comp.A的樣品放置25分鐘,燈保持接通15分鐘。使燈接通僅僅15分鐘而不是一小時,因為發(fā)現(xiàn)在任何情況下在15分鐘之后,不存在降解。對于本發(fā)明的樣品Ex.1,在已經輸送污染物之后5分鐘接通該燈并且使照射持續(xù)60分鐘。對于對比實施例Comp.B,在已經輸送污染物之后10分鐘接通該燈并且使照射持續(xù)2小時。附圖1a,1b和1c的曲線顯示從房間提取的NO和NOx的濃度,分別地對于本發(fā)明的實施例Ex.1和對比實施例Comp.A和Comp.B。發(fā)現(xiàn)單獨灰漿的樣品Comp.A(無任何TiO2顆粒)不引起污染物的任何降解;NO和NOx的濃度在房間的出口保持相同,包括當燈保持接通時。發(fā)現(xiàn)具有TiO2納米顆粒的灰漿Comp.B在污染物的降解中起作用。同樣地,包含TiO2微顆粒的本發(fā)明的灰漿允許降解污染物。從照射啟動開始,對于兩個灰漿Comp.B和Ex.1觀察到污染物的驟降。對于Ex.1在照射之后58分鐘時和對于Comp.B在照射之后60分鐘時進行的濃度測量引起以下NO和NOx的濃度降低:NONOx樣品Ex.1205ppb,即20.8%117ppb,即10.4%樣品Comp.B216ppb,即22.5%194ppb,即17.8%對于本發(fā)明的灰漿Ex.1,降解活性是令人驚訝地顯著的。一旦接通燈,NO濃度降低稍微高于200ppb和NOx的濃度降低稍微高于100ppb,這可以與分別地為大約21%和10.5%的污染物的降解活性相當。關于包含納米顆粒的灰漿Comp.B,NO的濃度在照射之后降低稍微高于210ppb和NOx的濃度降低大約200ppb,分別地表示降低的百分比,并因此污染物的降解活性,分別地為22.5%和大約18%。由于對于本發(fā)明的實施例不能預期到足夠驚人的降解活性(由于由該材料產生的表面積是比使用納米顆粒的對比實施例Comp.B低得多的)。這是因為,由在本發(fā)明的實施例Ex.1中使用的本身由非納米TiO2顆粒(在這里為Kronos1001)形成的材料產生的表面積為最多15m2/g,而用于對比實施例Comp.B的本身具有納米顆粒(在這里為TaycaAMT100)的材料為約280m2/g。然而,與所有的預期相反,不管該本身由微顆粒(該微顆粒由本發(fā)明的產物所使用)形成的材料的非常低的比表面積(比表面積為本身由納米顆粒形成的材料的比表面積的1/18),污染物的降解性能是顯著的,并且這是使用降低的UV輻射的情況(用于住所的室內照明的通常燈的殘余輻射)。在本發(fā)明的產品Ex.1和產品Comp.B之間的性能差異對于NO僅僅為1.7%和對于NOx僅僅為7.4%。因此,證明使用本發(fā)明的產品是非常有利的,其具有的性能極其接近于包含納米顆粒的產品的性能而不具有其從成本和健康風險的觀點來看的缺點。作為取名為Ex.2的本發(fā)明的第二實施例,產品為包含按重量計23%的石膏、72%的砂和填料和5重量%的TiO2顆粒(其不是納米的)的基于石膏的抹灰。該非納米TiO2顆粒對應于以名稱Kronos1001銷售的產品。測試了這種實施例并且在甲醛類型的污染物的降解方面與其它實施例相比較。對比實施例為如下:-Comp.C:與實施例Ex.2相同的抹灰而無TiO2顆粒;-Comp.D:與實施例Ex.2相同的抹灰,按照3%重量具有TiO2納米顆粒(相對于具有納米顆粒的抹灰的總重量)。TiO2納米顆粒對應于以名稱“TaycaAMT100”銷售的產品。該表面樣品按照下列條件進行了測試,基于標準ISO/DIS18560-1:-在該包含每個樣品的測試室入口按照100ppbv的濃度注入的污染物;-49%的該測試室的相對濕度;-23℃的測試室的溫度;-包含污染物的空氣的速度按照1.6升/分鐘泵送出該腔室;-該腔室的體積為28.1升;-每種樣品的表面積為0.2m2(380mm×270mm);-施加的照射根據本發(fā)明是室內燈,在這里,作為實例為36W的OsramLumiluxWarmWhite830燈。每個測試在于將該涂層的樣品表面放置在密閉腔室或者房間中,使用燈照射這種表面,從房間的入口輸送污染物,污染物的連續(xù)流以層流方式掠過該樣品的表面,并且在該腔室的出口測量在逸出該腔室的空氣中揮發(fā)性有機產物(在這種情況下為甲醛)的濃度。在照射之前把該氣體注入到腔室中,在其中保持168小時而無照射。由于污染物類型,該測試在至少24h期間內,和在這里在數(shù)天內進行實施。附圖3圖解了本發(fā)明的實施例Ex.2和對比實施例Comp.C和Comp.D的甲醛濃度的曲線。發(fā)現(xiàn),不含TiO2顆粒的實施例Comp.C在污染物的降解方面沒有效果。對應于Comp.C的曲線保持不變。具有微顆粒的本發(fā)明的實施例Ex.2具有可與含納米顆粒的實施例Comp.D相當?shù)男阅?。一旦達到穩(wěn)定狀態(tài),在從該腔室流出的空氣中的甲醛的減少為70%,相對于進入該腔室的甲醛。因此,使用不由包含納米顆粒的產品組成的本發(fā)明的產品是完全地有利的,特別地對于生產成本而言。當前第1頁1 2 3 
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