一種有機(jī)無機(jī)雜化光催化罩面涂料及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于復(fù)合涂料領(lǐng)域，具體涉及一種有機(jī)無機(jī)雜化光催化罩面涂料及其制備 方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著材料制備技術(shù)的發(fā)展，塑料、橡膠等多種有機(jī)復(fù)合材料因其輕便、韌性好等結(jié) 構(gòu)特性而被越來越廣泛的應(yīng)用于樓房、高速公路、橋梁、交通車輛以及船舶海洋工程設(shè)施等 建筑領(lǐng)域中。鋼鐵等金屬材料是另一種常見的戶外用建筑材料，但由于其易生銹常常需要 在其表面涂覆各種有機(jī)防護(hù)涂料(油漆）以提高其防腐性能；另外，混凝土外墻表面通常也 涂覆一層有機(jī)外墻涂料用以提高建筑物的裝飾性能。由于建筑物外表面長期處于太陽（紫 外線）照射下，各種有機(jī)材料和有機(jī)涂層表面往往出現(xiàn)老化而導(dǎo)致防護(hù)性能下降。而且，外 墻建材表面長期暴露戶外所引起的積污現(xiàn)象導(dǎo)致其裝飾性能下降。因此，在不影響建材外 觀的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高建材表面的防護(hù)性能（自潔與耐候性能）具有重大的應(yīng)用意義。
[0003] 在建材表面涂覆透明的光催化膜層是保持基底外觀、維持建材表面清潔、提高其 防護(hù)性能的一種方法。然而，當(dāng)二氧化鈦直接涂覆在有機(jī)基底表面時(shí)，一方面存在光催化薄 膜與基底材料結(jié)合力的問題(二氧化鈦薄膜的親水性和有機(jī)基底的憎水性使得兩者難以形 成強(qiáng)的結(jié)合力)，另一方面，表面二氧化鈦薄膜的光催化作用有可能使某些有機(jī)基底材料被 氧化而降低耐候性，導(dǎo)致表面光催化薄膜的防護(hù)作用減弱。而且，單純的無機(jī)光催化涂層因 其無機(jī)粒子特性會(huì)出現(xiàn)粉化、發(fā)白等現(xiàn)象。針對(duì)上述問題，我們曾提出加一中間有機(jī)無機(jī)雜 化層以保護(hù)基底材料并提高表面光催化膜層的自清潔和防護(hù)性能（ZL201310151845. 6)。然 而，上述發(fā)明方法由于分層施工，增加了施工難度與施工成本，限制了推廣應(yīng)用。另外，申請(qǐng) 專利（201110135757. 8)曽公開了一種光催化涂料的制備方法，該方法將二氧化鈦粉末引入 到常規(guī)涂料中。但此復(fù)合光催化涂料一方面由于涂料中各種離子的存在而降低其光催化性 能，另一方面會(huì)影響基底材料的外觀，因而難以作為罩面涂料在眾多深色建材表面使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種有機(jī)無機(jī)雜化光催化罩面涂料及其制備方 法和應(yīng)用。一方面利用有機(jī)無機(jī)雜化材料的水溶性有利于其與無機(jī)納米溶膠的互溶以提高 涂料的穩(wěn)定性，另一方面利用有機(jī)無機(jī)雜化材料的雙親性有利于無機(jī)光催化膜層在基底材 料表面的良好結(jié)合和分散，利用表面膜層的光催化作用和光自潔特性以凈化空氣和維護(hù)材 料表面清潔。該有機(jī)無機(jī)雜化復(fù)合涂料只需一次性施工，方法簡單易行，可廣泛適用于各種 建材(特別是有機(jī)建材及深色建材）表面，效果良好。
[0005] 本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)施的： 一種有機(jī)無機(jī)雜化光催化罩面涂料：在二氧化鈦溶膠中引入水溶性有機(jī)聚合物或水溶 性有機(jī)無機(jī)雜化助劑；涂料中二氧化鈦含量為〇. 2-2. Owt%，水溶性有機(jī)聚合物或水溶性有 機(jī)無機(jī)雜化助劑的含量為〇. 02-4. 0 vol%。
[0006] 所述的水溶性有機(jī)聚合物或水溶性有機(jī)無機(jī)雜化助劑為水性有機(jī)硅樹脂、水性氟 碳乳液樹脂、硅烷偶聯(lián)劑中的一種。
[0007] 制備方法：10_80°C下在二氧化鈦溶膠中邊攪拌邊加入水溶性有機(jī)聚合物或水溶 性有機(jī)無機(jī)雜化助劑，充分混合10-120分鐘，制得有機(jī)無機(jī)雜化光催化罩面涂料。
[0008] 所述的有機(jī)無機(jī)雜化光催化罩面涂料直接涂覆在建材表面，形成一層有機(jī)無機(jī)雜 化的光催化涂層，在不影響基底建材外觀的前提下提高建材表面的耐候性、自清潔與凈化 空氣功能。
[0009] 所述的有機(jī)無機(jī)雜化光催化罩面涂料的涂覆量為20-150 mL/m2。
[0010] 形成的光催化涂層為復(fù)合結(jié)構(gòu)，無機(jī)納米粒子分散在具有有機(jī)聚合物特性的膜結(jié) 構(gòu)中。
[0011] 所述的建材包括無機(jī)建材：戶外使用的瓷磚、石材、混凝土，也包括有機(jī)建材：墻 體涂料、石膏板、木材、木質(zhì)纖維板、塑料、有機(jī)玻璃、彩鋼板、鋁塑板。
[0012] 本發(fā)明的顯著優(yōu)點(diǎn)在于：與在建材表面直接涂覆一層光催化無機(jī)納米涂層提高防 護(hù)性能的技術(shù)不同，也與在基材表面先涂覆一層有機(jī)無機(jī)雜化中間層、后涂覆一層無機(jī)納 米二氧化鈦表面層的復(fù)合保護(hù)涂層提高基材防護(hù)性能的技術(shù)不同，本發(fā)明直接將有機(jī)無機(jī) 雜化助劑引入到無機(jī)光催化涂料中形成有機(jī)無機(jī)雜化的復(fù)合光催化罩面涂料，而后將其一 次性涂覆在基材表面形成有機(jī)無機(jī)雜化的復(fù)合光催化罩面涂層。本發(fā)明光催化罩面涂料一 方面利用有機(jī)聚合物的水溶性有利于其與無機(jī)納米溶膠的互溶以提高涂料的穩(wěn)定性，另一 方面利用有機(jī)無機(jī)雜化材料的雙親性有利于無機(jī)光催化膜層在基底材料表面的良好結(jié)合 和分散，減少常規(guī)無機(jī)納米涂層易粉化、發(fā)白等引起的裝飾性下降，并具有保持基底外觀、 抗老化、凈化空氣和表面自潔等防護(hù)性能。而且該有機(jī)無機(jī)雜化復(fù)合涂料只需一次性施工， 方法簡單易行，可廣泛適用于各種建材(特別是有機(jī)建材和深色建材）表面，效果良好。
【附圖說明】
[0013] 圖1是本發(fā)明技術(shù)制得的涂層結(jié)構(gòu)示意圖，1-基底材料，2-有機(jī)無機(jī)雜化復(fù)合涂 層，3-有機(jī)無機(jī)雜化涂層中的有機(jī)膜結(jié)構(gòu)，4-分散在有機(jī)膜結(jié)構(gòu)中的無機(jī)納米粒子。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 1、涂料的制備，包括純二氧化鈦溶膠和有機(jī)無機(jī)雜化復(fù)合光催化涂料的制備。
[0015] (1)純二氧化鈦溶膠制備：在堿性pH>7的條件下，將鈦鹽(例如四氯化鈦、鈦酸四 異丙酯、鈦酸四丁酯）水解得到沉淀，將沉淀過濾、用去離子水清洗除去可溶性離子，沉淀用 去離子水稀釋后加入雙氧水溶解，得到pH值=5-7、固體含量為0. 2-2. 0 wt%的二氧化鈦溶 膠。
[0016] (2)有機(jī)無機(jī)雜化復(fù)合光催化涂料的制備：在上述制得的純二氧化鈦溶膠中， 10-80°C下攪拌加入0. 02-4. 0 vol%的水溶性有機(jī)聚合物或有機(jī)無機(jī)雜化助劑，充分混合約 10-120分鐘，制得有機(jī)無機(jī)雜化的復(fù)合光催化涂料。
[0017] 2、涂料的涂覆 本發(fā)明制得的上述有機(jī)無機(jī)雜化復(fù)合光催化涂料，可在干燥的基底材料表面按常規(guī)方 式進(jìn)行刷涂和噴涂使用，無需進(jìn)行其他各種后處理。
[0018] 下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但是本發(fā)明不僅限于此。
[0019] 實(shí)施例1:純二氧化鈦溶膠的制備 取2mL鈦酸四正丁酯在室溫下注入IOOmL去離子水中，攪拌充分水解；逐滴加入IOmL 濃氨水于上述溶液中產(chǎn)生大量沉淀，攪拌使沉淀完全后陳化30分鐘；將得到沉淀過濾，并 用去離子水反復(fù)清洗除去多余離子；最后用60mL去離子水稀釋上述沉淀，再加入IOmL雙氧 水?dāng)嚢柚敝寥芙?，制得pH=6. 0、固體含量為0. 5 wt%的二氧化鈦溶膠。
[0020] 實(shí)施例2:有機(jī)無機(jī)雜化復(fù)合光催化涂料A的制備 在上述制得的純二氧化鈦溶膠中，室溫下下攪拌加入0.5 Vol%的聚硅氧烷乳液 (Sil-blockF)，充分混合約20分鐘，制得有機(jī)無機(jī)雜化的復(fù)合光催化涂料A。
[0021] 實(shí)施例3:有機(jī)無機(jī)雜化復(fù)合光催化涂料B的制備 在上述制得的純二氧化鈦溶膠中，室溫下下攪拌加入〇. I Vol%的硅烷偶聯(lián)劑（γ -氨 丙基三乙氧基硅烷)，充分混合約30分鐘，制得有機(jī)無機(jī)雜化的復(fù)合光催化涂料Β。
[0022] 實(shí)施例4:常規(guī)外墻涂料、油漆、PC塑料和各種顏色彈性乳膠漆表面涂覆有機(jī)無機(jī) 雜化復(fù)合光催化涂料 (1)在清潔處理后的平板玻璃（10 X IOcm大?。┍砻婢鶆蛩⑼恳粚邮惺弁鈮Γò咨┩?料，自然干燥后分別刷涂實(shí)施例1、2制得的純二氧化鈦溶膠和有機(jī)無機(jī)雜化復(fù)合二氧化鈦 罩面涂料Β(用量為100 mL/m2)，自然晾干制得純二氧化鈦涂層和有機(jī)無機(jī)復(fù)合光催化涂層 樣片。
[0023] (2)在清潔處理后的平板鋁板（10X IOcm大?。┍砻婢鶆蛩⑼恳粚哟妓嵊推?，自然 干燥后分別刷涂實(shí)施例1、2制得的純二氧化鈦溶膠和有機(jī)無機(jī)雜化復(fù)合二氧化鈦罩面涂 料B (用量為100 mL/m2)，自然晾干制得純二氧化鈦涂層和有機(jī)無機(jī)復(fù)合光催化涂層樣片。
[0024] (3)在清潔處理后的PC塑料板（10 X IOcm大小)表面均勻刷涂一層市售外墻涂料， 自然干燥后分別刷涂實(shí)施例1、2制得的純二氧化鈦溶膠和有機(jī)無機(jī)雜化復(fù)合二氧化鈦罩 面涂料B(用量為100 mL/m2)，自然晾干制得純二氧化鈦涂層和有機(jī)無機(jī)復(fù)合光催化涂層樣 片。
[0025] (4)在清潔處理后的水泥板（IOX IOcm大小）表面分別均勻刷涂顏色為酞青綠、洋 紅、鐵紅、檸檬黃、橘黃、酞青藍(lán)、灰黑、大紅和鐵黃的彈性乳膠漆（SB002C)，自然干燥后分別 刷涂實(shí)施例1、2制得的純二氧化鈦溶膠和有機(jī)無機(jī)雜化復(fù)合二氧化鈦罩面涂料A (用量為 80 mL/m2)，自然晾干制得純二氧化鈦涂層和有機(jī)無機(jī)復(fù)合光催化涂層樣片。
[0026] (5)在清潔處理后的水泥板（50X50cm大?。┍砻妫⑼繉?shí)施例2制得的有機(jī)無機(jī) 雜化復(fù)合二氧化鈦罩面涂料A(用量為100 mL/m2)，自然晾干制得純二氧化鈦涂層和有機(jī)無