本發(fā)明屬于建筑技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種自清潔墻體及自清潔涂層制備方法。
背景技術(shù)：
隨著我國建筑工業(yè)的迅猛發(fā)展，建筑墻體因具有防風(fēng)、防雨、保溫、隔熱、防噪音、抗空氣滲透和裝飾性等優(yōu)點被建筑師們所青睞。但是它的清洗方式卻沒有任何改變。人工清洗既不方便也不安全，另外，長期使用清洗劑不僅浪費(fèi)資源，還將對環(huán)境帶來污染，不符合目前國家倡導(dǎo)的環(huán)保、節(jié)約方針，因此研究制備自清潔建筑墻體成為熱點。
研究表明二氧化鈦在光的照射下，具有超親水、光催化作用、分解有機(jī)物、釋放負(fù)氧離子等功能，也就是自清潔功能。將二氧化鈦自清潔功能應(yīng)用于建筑墻上可以解決其清潔問題，通過雨水沖刷和定期流水沖洗就可以達(dá)到對墻體自然清洗的效果。這種自清潔玻璃的預(yù)期壽命可達(dá)十年之久，專家預(yù)言，這種無須人工清洗的墻體將引發(fā)一場大規(guī)模的清潔革命。
但是納米二氧化鈦比表面積大、表面能高以及表面親水疏油，在聚合物中極易團(tuán)聚，團(tuán)聚體會大大降低二氧化鈦的性能，降低了二氧化鈦薄膜的光催化活性，進(jìn)而影響自清潔能力。公開號為CN105111401A公布了一種納米二氧化鈦自清潔涂料，但是這種涂料中納米二氧化鈦分散不夠均勻，易團(tuán)聚，影響產(chǎn)品的自清潔效果。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的之一是提供一種隔音效果好、自清潔能力強(qiáng)的隔音自清潔墻體。
本發(fā)明的目的之二是提供一種自清潔墻體的自清潔涂層的制備方法。
本發(fā)明的上述技術(shù)目的之一是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
一種自清潔墻體，其特征在于：依次包括第一砌塊層、隔音層、第二砌塊層、防火層和自清潔層，所述隔音層包括隔音本體、位于所述隔音本體內(nèi)的多個隔音板，多個所述隔音板將所述隔音本體的內(nèi)腔分隔成多個容納腔體，所述容納腔體內(nèi)設(shè)置有真空袋，所述真空袋與所述容納腔體腔壁之間的間隙填充有隔音海綿墊，所述自清潔層為納米二氧化鈦自清潔涂層，所述自清潔層，按質(zhì)量份數(shù)計，其成分包括以下組分：
硼氮摻雜改性納米二氧化鈦 1.5～3
丙烯酸酯類單體 15～25
乳化劑 2～6
助乳化劑 0.5～2
引發(fā)劑 0.3～0.6
去離子水 50～90
所述丙烯酸類單體為甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸叔丁酯、丙烯酸-2-乙基酯、丙烯酸羥乙酯中一種或多種；所述助乳化劑為十六烷、十六醇、正戊醇或環(huán)己醇；所述乳化劑為油酸鈉、十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、吐溫80、吐溫20、聚氧乙烯失水山梨醇三油酸酯中的一種或多種，所述引發(fā)劑為過氧化氫、過硫酸鉀、過硫酸銨中的一種。
在墻體中設(shè)置隔音層，隔音層包括多個隔音板和吸收噪音的海綿墊，聲音在不同隔音層之間傳輸，能量損失更大，隔音效果更好。同時相鄰的隔音板，阻止了噪音從墻體一側(cè)傳向另一側(cè)。在防火層外側(cè)設(shè)置自親潔層，使墻體兼具隔音和自清潔兩種功能。在納米二氧化鈦摻雜硼氮元素， 可在的禁帶中引入摻雜能級，使禁帶窄化，能吸收波長較長的光，光吸收帶邊紅移，擴(kuò)寬了光響應(yīng)范圍，提高了量子效率，從而有助于提高光催化效率。在單摻雜的基礎(chǔ)上的共摻雜，光吸收紅移程度進(jìn)一步加大，可見光響應(yīng)增強(qiáng)，并且在太陽光照射下可降解有機(jī)污染物質(zhì)。另一方面硼氮共摻雜后二氧化鈦純度高，顆粒尺寸大小均勻，分散性好，可以防止后續(xù)在聚合過程中，二氧化鈦在聚合物中的團(tuán)聚，影響涂層的性能。
作為優(yōu)選，所述硼氮摻雜改性納米二氧化鈦制備依次包括硼氮摻雜納米二氧化鈦的制備、硼氮摻雜納米二氧化鈦表面改性步驟。
作為優(yōu)選，所述硼氮摻雜納米二氧化鈦的制備包括以下步驟：
（1）制備硼氮共摻雜二氧化鈦溶膠-凝膠前驅(qū)體；
（2）將去離子水加入經(jīng)步驟（1）中得到的硼氮共摻雜納米二氧化鈦溶膠-凝膠前驅(qū)體中，經(jīng)攪拌、靜置后得到硼氮共摻雜納米二氧化鈦濕凝膠；
（3）將經(jīng)步驟（2）得到的硼氮共摻雜納米二氧化鈦濕凝膠依次經(jīng)烘干、研磨、煅燒后得到硼氮共摻雜納米二氧化鈦。
作為優(yōu)選，所述步驟（1）中硼氮共摻雜納米二氧化鈦溶膠-凝膠前驅(qū)體的制備方法為：將體積比為10～15：1的無水乙醇與鈦酸丁酯進(jìn)行均勻混合，配置得到混合物A；根據(jù)上述鈦酸丁酯的用量分別稱取硼源和氮源，將硼源和氮源混合得到混合物B，所述混合物B中的硼源中硼元素、氮源中氮元素、和混合物A中的鈦酸丁酯中鈦元素的摩爾比為：（0.2~0.9）：（0.1~0.8）：（1~10）；將混合物A、混合物B混合制得混合物C，調(diào)節(jié)混合物C的pH為3.5-4.5，攪拌制得硼氮共摻雜二氧化鈦溶膠-凝膠前驅(qū)體。
作為優(yōu)選，所述氮源為硫脲或尿素，所述硼源為硼酸或硼酸三乙酯。
作為優(yōu)選，所述步驟（2）中攪拌速率為20-30r/min，攪拌時間為2-3h。
作為優(yōu)選，所述步驟（3）中烘干溫度為40-90℃，烘干時間為16-30h；所述煅燒溫度為400-500℃，煅燒時間為3-5h。
作為優(yōu)選，所述硼氮摻雜納米二氧化鈦表面改性的方法為：將1.5～3份制備得到的硼氮摻雜納米二氧化鈦加入到乙醇水溶液中，并在強(qiáng)力攪拌下使其充分分散；在分散液中加入0.5～2.5份有機(jī)硅烷偶聯(lián)劑，磁力攪拌保溫反應(yīng)1-3小時后，冷卻至常溫并抽濾、烘干、研磨得到硅烷化硼氮摻雜改性納米二氧化鈦；所述有機(jī)硅烷偶聯(lián)劑為乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷中的一種。
采用含乙烯基的硅烷偶聯(lián)劑對硼氮摻雜納米二氧化鈦表面進(jìn)行硅烷化處理，使其表面含乙烯基，可以改善其與單體的相容性，避免團(tuán)聚，并且乙烯基可以和丙烯酸酯單體共聚，保證了聚合過程中反應(yīng)的穩(wěn)定性，復(fù)合乳液的儲存穩(wěn)定性以及納米二氧化鈦在丙烯酸酯聚合物中的分散性優(yōu)異。
本發(fā)明的上述技術(shù)目的之二是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
一種自清潔墻體的自清潔涂層的制備方法，其特征在于：將1.5～3份制備得到的硼氮摻雜改性納米二氧化鈦，分散在15～25份丙烯酸酯類單體和0.5～2份助乳化劑的混合液中，攪拌，超聲分散，再加入用量為2～6份的乳化劑、用量為50～90份的去離子水，攪拌，超聲分散，加熱升溫至40～90℃，加入0.3～0.6份引發(fā)劑，保溫3～5h，得到納米二氧化鈦自清潔涂層。
綜上所述，本發(fā)明具有以下有益效果：
1. 在墻體中設(shè)置隔音層，隔音層包括多個隔音板和吸收噪音的海綿墊，聲音在不同隔音層之間傳輸，能量損失更大，隔音效果更好。同時相鄰的隔音板，阻止了噪音從墻體一側(cè)傳向另一側(cè)。在防火層外側(cè)設(shè)置自親潔層，使墻體兼具隔音和自清潔兩種功能。
2. 在納米二氧化鈦摻雜硼氮元素， 可在的禁帶中引入摻雜能級， 使禁帶窄化， 能吸收波長較長的光，光吸收帶邊紅移，擴(kuò)寬了光響應(yīng)范圍， 提高了量子效率， 從而有助于提高光催化效率。在單摻雜的基礎(chǔ)上的共摻雜，光吸收紅移程度進(jìn)一步加大，可見光響應(yīng)增強(qiáng)，并且在太陽光照射下可降解有機(jī)污染物質(zhì)。另一方面硼氮共摻雜后二氧化鈦純度高，顆粒尺寸大小均勻，分散性好，可以防止后續(xù)在聚合過程中，二氧化鈦在聚合物中的團(tuán)聚，影響涂層的性能。
3. 采用含乙烯基的硅烷偶聯(lián)劑改性納米二氧化鈦，使其表面含乙烯基，可以改善其與單體的相容性，避免團(tuán)聚，并且乙烯基可以和丙烯酸酯單體共聚，保證了聚合過程中反應(yīng)的穩(wěn)定性，復(fù)合乳液的儲存穩(wěn)定性以及納米二氧化鈦在丙烯酸酯聚合物中的分散性優(yōu)異。
附圖說明
圖1為本發(fā)明墻體的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中1-第一砌塊層，2-第二砌塊層，31-隔音本體，32-隔音板，34-真空袋，35-隔音海綿墊，4-防火層，5-自清潔層。
具體實施方式
實施例1
一種自清潔墻體，依次包括第一砌塊層1、隔音層、第二砌塊層2、防火層4 和自清潔層5，隔音層包括隔音本體31、位于所述隔音本體31內(nèi)的多個隔音板32，多個隔音板32將隔音本體31的內(nèi)腔分隔成多個容納腔體，所述容納腔體內(nèi)設(shè)置有真空袋34，真空袋34與所述容納腔體內(nèi)壁之間設(shè)置有隔音海綿墊35，自清潔層5為納米二氧化鈦自清潔涂層。上述自清潔層5的組成為：按質(zhì)量份數(shù)計，其原料包括以下組分：
硼氮摻雜改性納米二氧化鈦 1.5
甲基丙烯酸叔丁酯 15
十二烷基硫酸鈉 2
十六醇 0.5
過硫酸鉀 0.3
去離子水 50
上述自清潔涂層的制備方法為：按質(zhì)量份數(shù)計，將1.5份硼氮摻雜改性納米二氧化鈦，分散在15份甲基丙烯酸叔丁酯和0.5份十六醇的混合液中，攪拌，超聲分散，再加入用量為2份的十二烷基硫酸鈉乳化劑、用量為50份的去離子水，攪拌，超聲分散，加熱升溫至40℃，加入0.3份過硫酸鉀引發(fā)劑，保溫3h，得到納米二氧化鈦自清潔涂料。
上述硼氮摻雜改性納米二氧化鈦的制備包括：（1）硼氮摻雜納米二氧化鈦的制備：按體積比為10：1分別量取無水乙醇與鈦酸丁酯混合均勻，配置得到混合物A；根據(jù)鈦酸丁酯的用量分別稱取硼酸和尿素，混合，得到混合物B，其中硼酸中硼元素、尿素中氮元素、鈦酸丁酯中鈦元素的摩爾比為：0.2：0.1∶1；將混合物A、混合物B混合制得混合物C，調(diào)節(jié)混合物C的pH為4，攪拌制得硼氮共摻雜二氧化鈦溶膠-凝膠前驅(qū)體，經(jīng)20r/min攪拌速率，攪拌2h，靜置后得到硼氮共摻雜納米二氧化鈦濕凝膠，然后經(jīng)過40℃下烘干16h、研磨，在馬弗爐中經(jīng)400℃煅燒3h后，得到硼氮摻雜納米二氧化鈦。
（2）硼氮摻雜納米二氧化鈦表面改性：按質(zhì)量份數(shù)計，將1.5份制備得到的硼氮摻雜納米二氧化鈦加入到乙醇水溶液中，并在強(qiáng)力攪拌下使其充分分散；在分散液中加入0.5份乙烯基三甲氧基硅烷偶聯(lián)劑，磁力攪拌保溫反應(yīng)1小時后，冷卻至常溫并抽濾、烘干、研磨得到硼氮摻雜改性納米二氧化鈦。
實施例2
一種自清潔墻體，依次包括第一砌塊層1、隔音層、第二砌塊層2、防火層4 和自清潔層5，隔音層包括隔音本體31、位于所述隔音本體31內(nèi)的多個隔音板32，多個隔音板32將隔音本體31的內(nèi)腔分隔成多個容納腔體，所述容納腔體內(nèi)設(shè)置有真空袋34，真空袋34與所述容納腔體內(nèi)壁之間設(shè)置有隔音海綿墊35，自清潔層5為納米二氧化鈦自清潔涂層。上述自清潔層5的組成為：按質(zhì)量份數(shù)計，其原料包括以下組分：
硼氮摻雜改性納米二氧化鈦 3
丙烯酸羥乙酯 25
吐溫80 6
正戊醇 2
過氧化氫 0.6
去離子水 90
上述自清潔涂層的制備方法為：按質(zhì)量份數(shù)計，將3份硼氮摻雜改性納米二氧化鈦，分散在25份丙烯酸羥乙酯和6份正戊醇的混合液中，攪拌，超聲分散，再加入用量為6份的吐溫80乳化劑、用量為90份的去離子水，攪拌，超聲分散，加熱升溫至40℃，加入0.6份過氧化氫引發(fā)劑，保溫3h，得到改性納米二氧化鈦自清潔涂料。
上述硼氮摻雜改性納米二氧化鈦的制備方法為：（1）硼氮摻雜納米二氧化鈦的制備：按體積比為15：1分別量取無水乙醇與鈦酸丁酯混合均勻，配置得到混合物A；根據(jù)鈦酸丁酯的用量分別稱取硼酸三乙酯和硫脲，混合，得到混合物B，其中硼酸三乙酯中硼元素、硫脲中氮元素、鈦酸丁酯中鈦元素的摩爾比為：0.9：0.8∶10；將混合物A、混合物B混合制得混合物C，調(diào)節(jié)混合物C的pH為4，攪拌制得硼氮共摻雜二氧化鈦溶膠-凝膠前驅(qū)體，經(jīng)30r/min攪拌速率，攪拌3h，靜置后得到硼氮共摻雜納米二氧化鈦濕凝膠，然后經(jīng)過90℃下烘干30h、研磨，在馬弗爐中經(jīng)500℃煅燒5h后，得到硼氮摻雜納米二氧化鈦。
（2）硼氮摻雜納米二氧化鈦表面改性：按質(zhì)量份數(shù)計，將3份制備得到的硼氮摻雜納米二氧化鈦加入到乙醇水溶液中，并在強(qiáng)力攪拌下使其充分分散；在分散液中加入2.5份乙烯基三乙氧基硅烷偶聯(lián)劑，磁力攪拌保溫反應(yīng)3小時后，冷卻至常溫并抽濾、烘干、研磨得到硼氮摻雜改性納米二氧化鈦。
實施例3
一種自清潔墻體，依次包括第一砌塊層1、隔音層、第二砌塊層2、防火層4 和自清潔層5，隔音層包括隔音本體31、位于所述隔音本體31內(nèi)的多個隔音板32，多個隔音板32將隔音本體31的內(nèi)腔分隔成多個容納腔體，所述容納腔體內(nèi)設(shè)置有真空袋34，真空袋34與所述容納腔體內(nèi)壁之間設(shè)置有隔音海綿墊35，自清潔層5為納米二氧化鈦自清潔涂層。上述自清潔層5的組成為：按質(zhì)量份數(shù)計，其原料包括以下組分：
硼氮摻雜改性納米二氧化鈦 2
丙烯酸-2-乙基酯 20
聚氧乙烯失水山梨醇三油酸酯 4
十六烷 1.5
過硫酸銨 0.5
去離子水 70
上述自清潔涂層的制備方法為：按質(zhì)量份數(shù)計，將2份硼氮摻雜改性納米二氧化鈦，分散在20份丙烯酸-2-乙基酯和1.5份十六烷的混合液中，攪拌，超聲分散，再加入用量為4份的聚氧乙烯失水山梨醇三油酸酯乳化劑、用量為70份的去離子水，攪拌，超聲分散，加熱升溫至40℃，加入0.5份過硫酸銨引發(fā)劑，保溫3h，得到改性納米二氧化鈦自清潔涂料。
上述硼氮摻雜包覆納米二氧化鈦的制備方法為：（1）硼氮摻雜納米二氧化鈦的制備：按體積比為12：1分別量取無水乙醇與鈦酸丁酯混合均勻，配置得到混合物A；根據(jù)鈦酸丁酯的用量分別稱取硼酸和尿素，混合，得到混合物B，其中硼酸中硼元素、尿素中氮元素、鈦酸丁酯中鈦元素的摩爾比為： 0.6：0.5∶6；將混合物A、混合物B混合制得混合物C，調(diào)節(jié)混合物C的pH為4，攪拌制得硼氮共摻雜二氧化鈦溶膠-凝膠前驅(qū)體，經(jīng)25r/min攪拌速率，攪拌2.5h，靜置后得到硼氮共摻雜納米二氧化鈦濕凝膠，然后經(jīng)過70℃下烘干25h、研磨，在馬弗爐中經(jīng)450℃煅燒4.5h后，得到硼氮摻雜納米二氧化鈦。
（2）硼氮摻雜納米二氧化鈦表面改性：將2份制備得到的硼氮摻雜納米二氧化鈦加入到乙醇水溶液中，并在強(qiáng)力攪拌下使其充分分散；在分散液中加入1.5份乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷偶聯(lián)劑，磁力攪拌保溫反應(yīng)2小時后，冷卻至常溫并抽濾、烘干、研磨得到硼氮摻雜改性納米二氧化鈦。
實施例4
一種自清潔墻體，依次包括第一砌塊層1、隔音層、第二砌塊層2、防火層4 和自清潔層5，隔音層包括隔音本體31、位于所述隔音本體31內(nèi)的多個隔音板32，多個隔音板32將隔音本體31的內(nèi)腔分隔成多個容納腔體，所述容納腔體內(nèi)設(shè)置有真空袋34，真空袋34與所述容納腔體內(nèi)壁之間設(shè)置有隔音海綿墊35，自清潔層5為納米二氧化鈦自清潔涂層。上述自清潔層5的組成為：按質(zhì)量份數(shù)計，其原料包括以下組分：
硼硼氮摻雜改性納米二氧化鈦 2.5
甲基丙烯酸甲酯 18
油酸鈉 3
環(huán)己醇 1.1
過硫酸鉀 0.4
去離子水 60
上述自清潔涂層的制備方法為：按質(zhì)量份數(shù)計，按質(zhì)量份數(shù)計，將2.5份硼氮摻雜改性納米二氧化鈦，分散在18份甲基丙烯酸甲酯和1.1份環(huán)己醇的混合液中，攪拌，超聲分散，再加入用量為3份的油酸鈉乳化劑、用量為60份的去離子水，攪拌，超聲分散，加熱升溫至40℃，加入0.4份過硫酸鉀引發(fā)劑，保溫3h，得到納米二氧化鈦自清潔涂料。硼氮摻雜改性納米二氧化鈦的制備方法同實施例1。
實施例5
一種隔音自清潔墻體，其特征在于：依次包括第一砌塊層1、隔音層、第二砌塊層2、防火層4 和自清潔層5，隔音層包括隔音本體31、位于所述隔音本體31內(nèi)的多個隔音板32，多個隔音板32將隔音本體31的內(nèi)腔分隔成多個容納腔體，所述容納腔體內(nèi)設(shè)置有真空袋34，真空袋34與所述容納腔體內(nèi)壁之間設(shè)置有隔音海綿墊35，自清潔層5為納米二氧化鈦自清潔涂層。上述自清潔層5的組成為：按質(zhì)量份數(shù)計，其原料包括以下組分：
硼氮摻雜包覆納米二氧化鈦 2.8
丙烯酸羥乙酯 22
十二烷基苯磺酸鈉 5
正戊醇 1.8
過硫酸銨 0.5
去離子水 80
上述自清潔涂層的制備方法為：按質(zhì)量份數(shù)計，將2.8份硼氮摻雜改性納米二氧化鈦，分散在22份丙烯酸羥乙酯和1.8份正戊醇的混合液中，攪拌，超聲分散，再加入用量為5份的十二烷基苯磺酸鈉乳化劑、用量為80份的去離子水，攪拌，超聲分散，加熱升溫至40℃，加入0.5份過硫酸銨引發(fā)劑，保溫3h，得到改性納米二氧化鈦自清潔涂料。硼氮摻雜改性納米二氧化鈦的制備方法同實施例2。
對比例1
與實施例1的區(qū)別在于自清潔涂層使用的納米二氧化鈦沒有經(jīng)過任何處理。
性能測試
1.接觸角檢測：在建筑墻體上直接噴涂本發(fā)明自清潔涂料，形成自清潔涂層，標(biāo)準(zhǔn)條件下放置7天后采用靜態(tài)接觸角儀檢測水接觸角，結(jié)果如下表所示：
表1 接觸角檢測
2.光催化驗證：以20mg/L甲基橙溶液為目標(biāo)降解物進(jìn)行光催化活性評價。量取50mL目標(biāo)降解物溶液于培養(yǎng)皿中，將涂有自清潔涂料形成涂層的玻璃基板，分別浸沒于目標(biāo)溶液，并將培養(yǎng)皿置于光催化反應(yīng)裝置中。光源為300W的氙燈，樣品與光源之間相距20cm，用722型可見分光光度計測定目標(biāo)降解物的吸光度。以甲基橙溶液在465 nm處最大吸收波長為參照位置，定時測定各例經(jīng)過氙燈光照后的吸光度，從而計算甲基橙溶液剩余濃度百分比。表2為甲基橙剩余濃度百分比。
表2甲基橙剩余濃度百分比。
從表1中水接觸角度數(shù)可以看出， 相對對比例本發(fā)明具有良好的親水性，隨著光照時間的增加，涂有本發(fā)明的自清潔涂料的形成涂層的玻璃基板水接觸角接觸角越來越小，說明潤濕性能越來越好，且潤濕性優(yōu)于沒有經(jīng)過處理納米二氧化鈦涂層，經(jīng)過四天光照本發(fā)明的涂層接觸角為零，完全潤濕，具有超親水性。從表2中甲基橙剩余濃度百分比可以看出，經(jīng)過摻雜硼氮改性的納米二氧化鈦涂層，對甲基橙的降解率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于沒有改性的涂層。本具體實施例僅僅是對本發(fā)明的解釋，其并不是對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀完本說明書后可以根據(jù)需要對本實施例做出沒有創(chuàng)造性貢獻(xiàn)的修改，但只要在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)都受到專利法的保護(hù)。