一種低溫負載二氧化鈦的光催化塗層的製備方法
2023-07-21 16:06:46 1
專利名稱：一種低溫負載二氧化鈦的光催化塗層的製備方法
技術領域：
本發明屬於光催化塗層的製備技術領域，具體涉及一種低溫負載二氧化 鈦的光催化塗層的製備方法。
背景技術：
現有的製備二氧化鈦負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製備二氧化鈦薄膜並高溫煅燒；(二)是利用納米粉體分 散成懸浮液，負載在載體表面的方法，也需要高溫煅燒；(三)利用無機和有 機膠把納米光催化劑負載在金屬絲網上的方法。上述三種方法各有其不足之處，方法(一)中由於釆用溶膠凝膠法製備的 二氧化鈦光催化劑薄膜為無孔結構，比表面小，活性較差，而且煅燒溫度一 般在400。C以上，這對於基底材料有一定的耐高溫要求；方法(二)製備的光 催化劑由於二次粒子與基底材料的結合很鬆散，催化劑很容易脫落，其實用 化較困難；方法(三)製備的催化劑，由於無機和有機膠對納米催化劑的包敷 作用，光催化效率低，其結合強度也差，此外，有機膠還會出現紫外光分解 現象。催化劑的負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 相催化劑穩定性差和容易中毒等缺點。在上述負載方法中溶膠凝膠法由於其 製備工藝簡單、材料易得等優點得到了廣泛應用。但是溶膠凝膠法存在著有 機溶劑加入量大、催化劑活性組分二氧化鈦的流失嚴重、燒結溫度高等問題， 造成該方法汙染嚴重、成本較高。因此如何減少溶膠凝膠法生產過程中產生 的汙染物的量，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實意義。發明內容針對現有技術中存在的缺陷，本發明的目的是提供一種低溫負載二氧化 鈦的光催化塗層的製備方法，該方法製備所得的光催化塗層，光催化效果好，並且能夠在常溫、低溫下塗敷、固化，免去高溫燒結，同時形成的光催化塗 層在紫外照射下有很好的耐老化性能。為達到以上目的，本發明釆用的技術方案是 一種低溫負載二氧化鈦的 光催化塗層的製備方法，包括以下步驟(1)製備納米二氧化鈦分散液；將納米二氧化鈦粉體溶於添加了表面活性劑、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初步分散0.5-2小時，攪拌速 度為2000 - 4000轉/每分鐘，然後超聲波分散15 - 40分鐘即製得納米二氧化 鈦分散液；(2 )製備聚矽氧烷；選擇至少一種是按結構通式RSi(OR')3表示的烴基三烷氧基矽烷作為起 始原料，所述起始原料中同時包含有結構通式為R2Si(OR')2的二烴基二烷氧 基矽烷或結構通式為Si(OR')4的正矽酸酯，其中，R表示一價烷基、 一價芳 基或一價不飽和基團等，R'代表碳原子數為l-4的烷基；上述起始原料按矽樹脂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矽氧 坑；(3)製備光催化母液；將製備好的納米二氧化鈦分散液、聚矽氧烷，以及溶劑、聚乙二醇在室 溫下混合均勻，即製得光催化母液，(4 )將需要塗敷的基材浸泡在光催化母液中，5-20秒鐘後取出，60°C -80。C下烘乾後即得納米二氧化鈦光催化塗層；進一步，步驟(l)中，所述的納米二氧化鈦粉體是指粒徑範圍在5nm -30nm的二氧化鈥4分體；進一步，步驟n)中，所述的納米二氧化鈦晶型為銳鈦型；進一步，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、矽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;進一步，步驟(l)中製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%;更進一步，步驟(l)中製備製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%。進一步，步驟(3)中，製備光催化母液時，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 %聚矽氧烷 30-60% 溶劑 20-5 0%聚乙二醇 1-10%; 更進一步，步驟(3)中，製備光催化母液時，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%聚矽氧烷 35-5 0%溶劑 40-50%聚乙二醇 1-10%;進一步，步驟(4)中，所述的基材為金屬、塑料、玻璃、陶瓷。本發明的效果在於釆用本發明所述的方法製備光催化塗層，具有以下 優點1、 採用納米級二氧化鈦，光催化效果好。2、 常溫、低溫下塗敷、固化，免去高溫燒結，可用於一些不耐高溫的基 材如塑料的表面塗覆。3、 選用耐紫外性能的聚矽氧烷，其對金屬、塑料、玻璃等有很好的結合 力，同時形成的光催化塗層在紫外照射下有很好的耐老化性能。
具體實施方式
下面結合實施例對本發明作進一步的描述 實施例1(1)製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初步分散l小時，然後超 聲波分散30分鐘；(2 )製備聚矽氧烷；曱基三乙氧基矽烷1000g, 二曱基二乙氧基矽烷200g，蒸餾水200g， 0. 1N 鹽酸4g，攪拌溫度8(TC，保持4小時，然後冷卻； (3)製備光催化母液100g; 製備光催化母液時，其各組分的用量具體如下納米二氧化鈦分散液聚矽氧烷 乙醇聚乙二醇100010 g 50 g 35 g(4)將需要塗敷的基材浸泡在光催化母液中，IO秒鐘後取出，7(TC下烘 幹後即得納米二氧化鈦光催化塗層。實施例二(1)製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，然後超聲波分散20分鐘；(2) 製備聚矽氧烷；苯基三乙氧基矽烷1000g， 二曱基二曱氧基矽烷100g，蒸餾水100g， 0. 1N 鹽酸3g,攪拌溫度6(TC,保持7小時，然後冷卻；(3) 製備光催化母液100g; 製備光催化母液時，其各組分的用量具體如下納米二氧化鈦分散液 2 g聚矽氧烷 58 g異丙醇 37 g聚乙二醇800 3 g(4) 將需要塗敷的基材浸泡在光催化母液中，20秒鐘後取出，7(TC下烘 幹後即得納米二氧化鈦光催化塗層。實施例三(1)製備納米二氧化鈦分散液； 以環己酮372. 5g為溶劑，添加2. 5g六偏磷酸鈉，添加5g分散劑LD-124， 添加矽酸鈉5g， 15g消泡劑4164，將25納米的納米二氧化鈥100g溶於上述 溶劑中，形成混合溶液，將上述混合溶液用高速攪拌機初步分散0.5小時，然後超聲波分散40分鐘；(2) 製備聚矽氧烷；乙烯基三乙氧基矽烷1000g，曱基苯基二乙氧基矽烷300g,蒸餾水100g, 0. 1N鹽酸5g，攪拌溫度7(TC，保持6小時，然後冷卻；(3) 製備光催化母液100g; 製備光催化母液時，其各組分的用量具體如下納米二氧化鈦分散 15 g聚矽氧烷 55 g異丙醇 23 g聚乙二醇1000 7 g(4)將需要塗敷的基材浸泡在光催化母液中，15秒鐘後取出，8(TC下烘 幹後即得納米二氧化鈦光催化塗層。實施例四(1)製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 溶於上述溶劑中，形成混合溶液，將上述混合溶液用高速攪拌機初步分散2 小時，然後超聲波分散15分鐘； (2 )製備聚矽氧烷；苯基三乙氧基矽烷1000g,正矽酸四乙酯150g，蒸餾水100g, 0. 1N鹽酸 3g,攪拌溫度55。C,保持8小時，然後冷卻； (3)製備光催化母液100g; 製備光催化母液時，其各組分的用量具體如下納米二氧化鈥分散液 8 g聚矽氧烷 42 g異丙醇 49 g聚乙二醇800 1 g(4)將需要塗敷的基材浸泡在光催化母液中，5秒鐘後取出，60。C下烘 幹後即得納米二氧化鈦光催化塗層。上述實施例只是對本發明的舉例說明，本發明也可以以其它的特定方式 或其它的特定形式實施，而不偏離本發明的要旨或本質特徵。因此，描述的 實施方式從任何方面來看均應視為說明性而非限定性的。本發明的範圍應由 附加的權利要求說明，任何與權利要求的意圖和範圍等效的變化也應包含在 本發明的範圍內。
權利要求
1、一種低溫負載二氧化鈦的光催化塗層的製備方法，包括如下步驟(1)製備納米二氧化鈦分散液；將納米二氧化鈦粉體溶於添加了表面活性劑、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初步分散0.5-2小時，攪拌速度為2000-4000轉/每分鐘，然後超聲波分散15-40分鐘即製得納米二氧化鈦分散液；(2)製備聚矽氧烷；選擇至少一種是按結構通式RSi(OR′)3表示的烴基三烷氧基矽烷作為起始原料，所述起始原料中同時包含有結構通式為R2Si(OR′)2的二烴基二烷氧基矽烷或結構通式為Si(OR′)4的正矽酸酯，其中，R表示一價烷基、一價芳基或一價不飽和基團等，R′代表碳原子數為1-4的烷基；上述起始原料按矽樹脂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矽氧烷；(3)製備光催化母液；將製備好的納米二氧化鈦分散液、聚矽氧烷，以及溶劑、聚乙二醇在室溫下混合均勻，即製得光催化母液，(4)將需要塗敷的基材浸泡在光催化母液中，5-20秒鐘後取出，60℃-80℃下烘乾後即得納米二氧化鈦光催化塗層。
2、 如權利要求1所述的一種低溫負載二氧化鈦的光催化塗層的製備方 法，其特徵是步驟(l)中，所述的納米二氧化鈦粉體是指粒徑範圍在5nm -30nm的二氧化鈥4分體。
3、 如權利要求1或2所述的一種低溫負載二氧化鈦的光催化塗層的製備 方法，其特徵是步驟(l)中，所述的納米二氧化鈦粉體晶型為銳鈦型。
4、 如權利要求3所述的一種低溫負載二氧化鈦的光催化塗層的製備方 法，其特徵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、矽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、 如權利要求3所述的一種低溫負載二氧化鈦的光催化塗層的製備方 法，其特徵是步驟(l)中製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、 如權利要求5所述的一種低溫負載二氧化鈦的光催化塗層的製備方 法，其特徵是步驟(l)中製備製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、 如權利要求1所述的一種低溫負載二氧化鈦的光催化塗層的製備方 法，其特徵是步驟(2)中製備聚矽氧烷時，攪拌溫度為60- 80°C,攪拌 時間為4-6小時。
8、 如權利要求1所述的一種低溫負載二氧化鈦的光催化塗層的製備方 法，其特徵是步驟(3)中，製備光催化母液時，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%聚矽氧烷 30-60% 溶劑 20-50% 聚乙二醇 1-10%。
9、 如權利要求8所述的一種低溫負載二氧化鈦的光催化塗層的製備方法，其特徵是步驟(3)中，製備光催化母液時，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%聚矽氧烷 35-5 0%溶劑 40-50% 聚乙二醇 1-10%。
10、 如權利要求1所述的一種低溫負載二氧化鈦的光催化塗層的製備方 法，其特徵是步驟(4)中，所述的基材為金屬、塑料、玻璃、陶瓷。
全文摘要
本發明屬於光催化塗層的製備技術領域，具體涉及一種低溫負載二氧化鈦的光催化塗層的製備方法。本發明所述的方法通過製備納米二氧化鈦分散液和製備聚矽氧烷來製備光催化母液。採用本發明所述的方法，具有製備工藝極為簡單，且易於操作的優點，並且製備採用納米級二氧化鈦，光催化效果好，能夠在常溫、低溫下塗敷、固化，免去高溫燒結，可用於一些不耐高溫的基材如塑料的表面塗覆，同時選用耐紫外性能的聚矽氧烷，其對金屬、塑料、玻璃等有很好的結合力，同時形成的光催化塗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 優先權日2008年4月17日
發明者鹹才軍, 王建平, 穎 邢 申請人:北京首創納米科技有限公司