專利名稱：一種低溫負(fù)載二氧化鈦的光催化涂層的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光催化涂層的制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種低溫負(fù)載二氧化 鈦的光催化涂層的制備方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的制備二氧化鈦負(fù)載型光催化劑的方法主要有三類(一)利用溶膠 凝膠直接在載體表面制備二氧化鈦薄膜并高溫煅燒；(二)是利用納米粉體分 散成懸浮液，負(fù)載在載體表面的方法，也需要高溫煅燒；(三)利用無機(jī)和有 機(jī)膠把納米光催化劑負(fù)載在金屬絲網(wǎng)上的方法。上述三種方法各有其不足之處，方法(一)中由于釆用溶膠凝膠法制備的 二氧化鈦光催化劑薄膜為無孔結(jié)構(gòu)，比表面小，活性較差，而且煅燒溫度一 般在400。C以上，這對于基底材料有一定的耐高溫要求；方法(二)制備的光 催化劑由于二次粒子與基底材料的結(jié)合很松散，催化劑很容易脫落，其實用 化較困難；方法(三)制備的催化劑，由于無機(jī)和有機(jī)膠對納米催化劑的包敷 作用，光催化效率低，其結(jié)合強(qiáng)度也差，此外，有機(jī)膠還會出現(xiàn)紫外光分解 現(xiàn)象。催化劑的負(fù)載是解決懸浮相催化劑分離回收的有效途徑，可以克服懸浮 相催化劑穩(wěn)定性差和容易中毒等缺點。在上述負(fù)載方法中溶膠凝膠法由于其 制備工藝簡單、材料易得等優(yōu)點得到了廣泛應(yīng)用。但是溶膠凝膠法存在著有 機(jī)溶劑加入量大、催化劑活性組分二氧化鈦的流失嚴(yán)重、燒結(jié)溫度高等問題， 造成該方法污染嚴(yán)重、成本較高。因此如何減少溶膠凝膠法生產(chǎn)過程中產(chǎn)生 的污染物的量，提高催化劑活性組分的回收率，同時保持催化劑的高催化活 性無疑具有很好的現(xiàn)實意義。發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種低溫負(fù)載二氧化 鈦的光催化涂層的制備方法，該方法制備所得的光催化涂層，光催化效果好，并且能夠在常溫、低溫下涂敷、固化，免去高溫?zé)Y(jié)，同時形成的光催化涂 層在紫外照射下有很好的耐老化性能。為達(dá)到以上目的，本發(fā)明釆用的技術(shù)方案是 一種低溫負(fù)載二氧化鈦的 光催化涂層的制備方法，包括以下步驟(1)制備納米二氧化鈦分散液；將納米二氧化鈦粉體溶于添加了表面活性劑、分散劑和消泡劑的溶劑中， 形成混合溶液，將上述混合溶液用高速攪拌機(jī)初步分散0.5-2小時，攪拌速 度為2000 - 4000轉(zhuǎn)/每分鐘，然后超聲波分散15 - 40分鐘即制得納米二氧化 鈦分散液；(2 )制備聚硅氧烷；選擇至少一種是按結(jié)構(gòu)通式RSi(OR')3表示的烴基三烷氧基硅烷作為起 始原料，所述起始原料中同時包含有結(jié)構(gòu)通式為R2Si(OR')2的二烴基二烷氧 基硅烷或結(jié)構(gòu)通式為Si(OR')4的正硅酸酯，其中，R表示一價烷基、 一價芳 基或一價不飽和基團(tuán)等，R'代表碳原子數(shù)為l-4的烷基；上述起始原料按硅樹脂R/Si值為0.6—1.8確定配比，同時加入為起始原 料摩爾數(shù)總和1—4倍的水、以及所加物料總重量3-20ppm的0.1N鹽酸， 在50°C—卯。C下攪拌回流3—8小時，冷卻，即得到無色透明均一的聚硅氧 坑；(3)制備光催化母液；將制備好的納米二氧化鈦分散液、聚硅氧烷，以及溶劑、聚乙二醇在室 溫下混合均勻，即制得光催化母液，(4 )將需要涂敷的基材浸泡在光催化母液中，5-20秒鐘后取出，60°C -80。C下烘干后即得納米二氧化鈦光催化涂層；進(jìn)一步，步驟(l)中，所述的納米二氧化鈦粉體是指粒徑范圍在5nm -30nm的二氧化鈥4分體；進(jìn)一步，步驟n)中，所述的納米二氧化鈦晶型為銳鈦型；進(jìn)一步，所述的溶劑是醇類、酮類或酯類；所述的表面活性劑是陽離子纖維素、六偏磷酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、檸檬酸、硅酸鈉中任一種或幾種組合；所述的分散劑是Disperbyk-110、 Disperbyk-111、 Disperbyk-160、 Disperbyk-180、 LD-124、 HX-4010、 TEGO-710、 TEGO-700中任一種或幾種組 合；所述的消泡劑為4164;進(jìn)一步，步驟(l)中制備納米二氧化鈦分散液時，各組分的用量以重量 計，具體如下納米二氧化鈥粉體 15 - 30%;表面活性劑 0. 01 - 5%;分散劑 0. 1 - 5%;消泡劑 0.1-3%;溶劑 60 - 75%;更進(jìn)一步，步驟(l)中制備制備納米二氧化鈦分散液時，各組分的用量 以重量計，具體3口下納米二氧化鈥粉體 25 - 30%;表面活性劑 0.1-5%;分散劑 1 - 3%;消泡劑 1-2%;溶劑 65 - 70%。進(jìn)一步，步驟(3)中，制備光催化母液時，各組分的用量以重量計，具 體如下納米二氧化^太分散液 1 -15 %聚硅氧烷 30-60% 溶劑 20-5 0%聚乙二醇 1-10%; 更進(jìn)一步，步驟(3)中，制備光催化母液時，各組分的用量以重量計，具體如下納米二氧化鈦分散液 2-8%聚硅氧烷 35-5 0%溶劑 40-50%聚乙二醇 1-10%;進(jìn)一步，步驟(4)中，所述的基材為金屬、塑料、玻璃、陶瓷。本發(fā)明的效果在于釆用本發(fā)明所述的方法制備光催化涂層，具有以下 優(yōu)點1、 采用納米級二氧化鈦，光催化效果好。2、 常溫、低溫下涂敷、固化，免去高溫?zé)Y(jié)，可用于一些不耐高溫的基 材如塑料的表面涂覆。3、 選用耐紫外性能的聚硅氧烷，其對金屬、塑料、玻璃等有很好的結(jié)合 力，同時形成的光催化涂層在紫外照射下有很好的耐老化性能。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述 實施例1(1)制備納米二氧化鈦分散液；以乙醇360g為溶劑，添加十二烷基苯磺酸鈉2. 5g,加入15g分散劑 Disperbyk-llO, 5g消泡劑4164,將5納米的二氧化4太4分體100g加入上述溶 劑中，形成混合液，將上述混合溶液用高速攪拌機(jī)初步分散l小時，然后超 聲波分散30分鐘；(2 )制備聚硅氧烷；曱基三乙氧基硅烷1000g, 二曱基二乙氧基硅烷200g，蒸餾水200g， 0. 1N 鹽酸4g，攪拌溫度8(TC，保持4小時，然后冷卻； (3)制備光催化母液100g; 制備光催化母液時，其各組分的用量具體如下納米二氧化鈦分散液聚硅氧烷 乙醇聚乙二醇100010 g 50 g 35 g(4)將需要涂敷的基材浸泡在光催化母液中，IO秒鐘后取出，7(TC下烘 干后即得納米二氧化鈦光催化涂層。實施例二(1)制備納米二氧化鈦分散液； 以異丙醇375g為溶劑，添加六偏磷酸鈉5g,添加10g分散劑 Disperbyk-180，添加檸檬酸5g， 10g消泡劑4164，將15納米的納米二氧化 鈥100g加入上述溶劑中，形成混合溶液，將上述混合溶液用高速攪拌才幾初步 分散1.5小時，然后超聲波分散20分鐘；(2) 制備聚硅氧烷；苯基三乙氧基硅烷1000g， 二曱基二曱氧基硅烷100g，蒸餾水100g， 0. 1N 鹽酸3g,攪拌溫度6(TC,保持7小時，然后冷卻；(3) 制備光催化母液100g; 制備光催化母液時，其各組分的用量具體如下納米二氧化鈦分散液 2 g聚硅氧烷 58 g異丙醇 37 g聚乙二醇800 3 g(4) 將需要涂敷的基材浸泡在光催化母液中，20秒鐘后取出，7(TC下烘 干后即得納米二氧化鈦光催化涂層。實施例三(1)制備納米二氧化鈦分散液； 以環(huán)己酮372. 5g為溶劑，添加2. 5g六偏磷酸鈉，添加5g分散劑LD-124， 添加硅酸鈉5g， 15g消泡劑4164，將25納米的納米二氧化鈥100g溶于上述 溶劑中，形成混合溶液，將上述混合溶液用高速攪拌機(jī)初步分散0.5小時，然后超聲波分散40分鐘；(2) 制備聚硅氧烷；乙烯基三乙氧基硅烷1000g，曱基苯基二乙氧基硅烷300g,蒸餾水100g, 0. 1N鹽酸5g，攪拌溫度7(TC，保持6小時，然后冷卻；(3) 制備光催化母液100g; 制備光催化母液時，其各組分的用量具體如下納米二氧化鈦分散 15 g聚硅氧烷 55 g異丙醇 23 g聚乙二醇1000 7 g(4)將需要涂敷的基材浸泡在光催化母液中，15秒鐘后取出，8(TC下烘 干后即得納米二氧化鈦光催化涂層。實施例四(1)制備納米二氧化鈦分散液；以乙醇310g為溶劑，添加十二烷基苯磺酸鈉5g,添加25g分散劑 HX-4010,添加5g的檸檬酸，5g消泡劑4164，將10納米的納米二氧化4太150g 溶于上述溶劑中，形成混合溶液，將上述混合溶液用高速攪拌機(jī)初步分散2 小時，然后超聲波分散15分鐘； (2 )制備聚硅氧烷；苯基三乙氧基硅烷1000g,正硅酸四乙酯150g，蒸餾水100g, 0. 1N鹽酸 3g,攪拌溫度55。C,保持8小時，然后冷卻； (3)制備光催化母液100g; 制備光催化母液時，其各組分的用量具體如下納米二氧化鈥分散液 8 g聚硅氧烷 42 g異丙醇 49 g聚乙二醇800 1 g(4)將需要涂敷的基材浸泡在光催化母液中，5秒鐘后取出，60。C下烘 干后即得納米二氧化鈦光催化涂層。上述實施例只是對本發(fā)明的舉例說明，本發(fā)明也可以以其它的特定方式 或其它的特定形式實施，而不偏離本發(fā)明的要旨或本質(zhì)特征。因此，描述的 實施方式從任何方面來看均應(yīng)視為說明性而非限定性的。本發(fā)明的范圍應(yīng)由 附加的權(quán)利要求說明，任何與權(quán)利要求的意圖和范圍等效的變化也應(yīng)包含在 本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種低溫負(fù)載二氧化鈦的光催化涂層的制備方法，包括如下步驟(1)制備納米二氧化鈦分散液；將納米二氧化鈦粉體溶于添加了表面活性劑、分散劑和消泡劑的溶劑中，形成混合溶液，將上述混合溶液用高速攪拌機(jī)初步分散0.5-2小時，攪拌速度為2000-4000轉(zhuǎn)/每分鐘，然后超聲波分散15-40分鐘即制得納米二氧化鈦分散液；(2)制備聚硅氧烷；選擇至少一種是按結(jié)構(gòu)通式RSi(OR′)3表示的烴基三烷氧基硅烷作為起始原料，所述起始原料中同時包含有結(jié)構(gòu)通式為R2Si(OR′)2的二烴基二烷氧基硅烷或結(jié)構(gòu)通式為Si(OR′)4的正硅酸酯，其中，R表示一價烷基、一價芳基或一價不飽和基團(tuán)等，R′代表碳原子數(shù)為1-4的烷基；上述起始原料按硅樹脂R/Si值為0.6-1.8確定配比，同時加入為起始原料摩爾數(shù)總和1-4倍的水、以及所加物料總重量3-20ppm的0.1N鹽酸，在50℃-90℃下攪拌回流3-8小時，冷卻，即得到無色透明均一的聚硅氧烷；(3)制備光催化母液；將制備好的納米二氧化鈦分散液、聚硅氧烷，以及溶劑、聚乙二醇在室溫下混合均勻，即制得光催化母液，(4)將需要涂敷的基材浸泡在光催化母液中，5-20秒鐘后取出，60℃-80℃下烘干后即得納米二氧化鈦光催化涂層。
2、 如權(quán)利要求1所述的一種低溫負(fù)載二氧化鈦的光催化涂層的制備方 法，其特征是步驟(l)中，所述的納米二氧化鈦粉體是指粒徑范圍在5nm -30nm的二氧化鈥4分體。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的一種低溫負(fù)載二氧化鈦的光催化涂層的制備 方法，其特征是步驟(l)中，所述的納米二氧化鈦粉體晶型為銳鈦型。
4、 如權(quán)利要求3所述的一種低溫負(fù)載二氧化鈦的光催化涂層的制備方 法，其特征是所述的溶劑是醇類、酮類或酯類；所述的表面活性劑是陽離 子纖維素、六偏磷酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、檸檬酸、硅酸鈉中任一種或幾種組合；所述的分散劑是Disperbyk-110、 Disperbyk-lll、 Disperbyk-160、 Disperbyk-180、 LD-124、 HX-4010、 TEGO-710、 TEGO-700中任一種或幾種組 合；所述的消泡劑為4164。
5、 如權(quán)利要求3所述的一種低溫負(fù)載二氧化鈦的光催化涂層的制備方 法，其特征是步驟(l)中制備納米二氧化鈦分散液時，各組分的用量以重 量計，具體如下納米二氧化鈦粉體 15 - 30%;表面活性劑 0. 01 - 5%;分散劑 0. 1 - 5%;消泡劑 0.1-3%; 溶劑 60 - 75%。
6、 如權(quán)利要求5所述的一種低溫負(fù)載二氧化鈦的光催化涂層的制備方 法，其特征是步驟(l)中制備制備納米二氧化鈦分散液時，各組分的用量 以重量計，具體如下納米二氧化鈦粉體 25 - 30%;表面活性劑 0.1-5%; 分散劑 1 - 3%;消泡劑 1-2%; 溶劑 65 - 70%。
7、 如權(quán)利要求1所述的一種低溫負(fù)載二氧化鈦的光催化涂層的制備方 法，其特征是步驟(2)中制備聚硅氧烷時，攪拌溫度為60- 80°C,攪拌 時間為4-6小時。
8、 如權(quán)利要求1所述的一種低溫負(fù)載二氧化鈦的光催化涂層的制備方 法，其特征是步驟(3)中，制備光催化母液時，各組分的用量以重量計， 具體如下納米二氧化鈦分散液 1-15%聚硅氧烷 30-60% 溶劑 20-50% 聚乙二醇 1-10%。
9、 如權(quán)利要求8所述的一種低溫負(fù)載二氧化鈦的光催化涂層的制備方法，其特征是步驟(3)中，制備光催化母液時，各組分的用量以重量計, 具體如下納米二氧化鈦分散液 2-8%聚硅氧烷 35-5 0%溶劑 40-50% 聚乙二醇 1-10%。
10、 如權(quán)利要求1所述的一種低溫負(fù)載二氧化鈦的光催化涂層的制備方 法，其特征是步驟(4)中，所述的基材為金屬、塑料、玻璃、陶瓷。
全文摘要
本發(fā)明屬于光催化涂層的制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種低溫負(fù)載二氧化鈦的光催化涂層的制備方法。本發(fā)明所述的方法通過制備納米二氧化鈦分散液和制備聚硅氧烷來制備光催化母液。采用本發(fā)明所述的方法，具有制備工藝極為簡單，且易于操作的優(yōu)點，并且制備采用納米級二氧化鈦，光催化效果好，能夠在常溫、低溫下涂敷、固化，免去高溫?zé)Y(jié)，可用于一些不耐高溫的基材如塑料的表面涂覆，同時選用耐紫外性能的聚硅氧烷，其對金屬、塑料、玻璃等有很好的結(jié)合力，同時形成的光催化涂層在紫外照射下有很好的耐老化性能。
文檔編號B01J21/06GK101264455SQ20081010420
公開日2008年9月17日 申請日期2008年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月17日
發(fā)明者咸才軍, 王建平, 穎 邢 申請人:北京首創(chuàng)納米科技有限公司