一種光觸媒添加劑及含該添加劑的親水性塗料的使用方法與流程

2023-04-23 16:25:26 2

本發明涉及塗層材料
技術領域：
，特別涉及一種光觸媒添加劑及含該添加劑的親水性塗料的使用方法。
背景技術：
：光觸媒是一種以納米二氧化鈦(tio2)為代表的具有光催化功能的光半導體材料的總稱，它塗布於基材表面，在紫外光線的作用下，產生強烈催化降解功能：能有效地降解空氣中有毒有害氣體；能有效殺滅多種細菌，並能將細菌或真菌釋放出的毒素分解及無害化處理；同時還具備除甲醛、除臭、抗汙、淨化空氣等功能。光觸媒技術是1967年東京大學的教授本多建一教授跟當時的研究生藤島昭偶然發現在紫外線的照射下，二氧化鈦電極可以將水分解成氫氣與氧氣。納米二氧化鈦光觸媒在光照射下，價帶電子被激發到導帶，形成了電子和空穴，與吸附於其表面的o2和h2o作用，生成超氧化物陰離子自由基，o2-和羥基自由基-oh，其自由基具有很強的氧化分解能力，能破壞有機物中的c-c鍵、c-h鍵、c-n鍵、c-o鍵、o-h鍵、n-h鍵，分解有機物為二氧化碳與水；同時破壞細菌的細胞膜固化病毒的蛋白質，改變細菌，病毒的生存環境從而殺死細菌、病毒。雖然在現有技術中，對納米二氧化鈦進行摻雜研究較多，但用於親水性塗料中的研究較少。技術實現要素：本發明實施例提供了一種光觸媒添加劑及含該添加劑的親水性塗料的使用方法。為了對披露的實施例的一些方面有一個基本的理解，下面給出了簡單的概括。該概括部分不是泛泛評述，也不是要確定關鍵/重要組成元素或描繪這些實施例的保護範圍。其唯一目的是用簡單的形式呈現一些概念，以此作為後面的詳細說明的序言。根據本發明實施例的第一方面，提供了一種光觸媒添加劑。在一些示例性的實施例中，所述光觸媒添加劑中摻雜有鈰(ce)、銅(cu)、氮(n)和硫(s)的納米tio2。在一些可選的實施例中，所述光觸媒添加劑的重量份組成如下：在一些說明性的實施例中，所述光觸媒添加劑還摻雜有鐵(fe)和碳(c)中至少一種元素。在一些說明性的實施例中，所述鐵fe和碳c在光觸媒添加劑中的重量份組成如下：鐵fe0-10％；碳c0-10％。在一些說明性的實施例中，所述光觸媒添加劑的重量份組成如下：上述實施例提供一種用於空調換熱器的鋁翅片表面的光觸媒添加劑，該光觸媒添加劑經乾燥後可形成具有抗菌功效的親水性皮膜。根據本發明實施例的第二方面，提供一種親水性塗料的使用方法。在一些示例性的實施例中，所述親水性塗料含有上述實施例中任一項所述的光觸媒添加劑，在空調鋁翅片成型前，在空調鋁翅片的表面塗覆的所述親水性塗料，經烘乾後在所述空調鋁翅片的表面形成具備光觸媒性和親水性的膜；其中，所述親水性塗料的塗覆量為：1毫克/平米-100毫克/平米。在一些說明性的實施例中，所述膜的厚度與所述空調換熱器鋁翅片的鋁箔厚度相關聯。在一些說明性的實施例中，所述烘乾成膜的溫度為80℃-300℃。上述實施例提供光觸媒添加劑用於空調鋁翅片時的使用方法。應當理解的是，以上的一般描述和後文的細節描述僅是示例性和解釋性的，並不能限制本發明。附圖說明此處的附圖被併入說明書中並構成本說明書的一部分，示出了符合本發明的實施例，並與說明書一起用於解釋本發明的原理。圖1是根據一示例性實施例示出的含有光觸媒添加劑的親水性塗料的抗菌效果圖。具體實施方式以下描述和附圖充分地示出本發明的具體實施方案，以使本領域的技術人員能夠實踐它們。實施例僅代表可能的變化。一些實施方案的部分和特徵可以被包括在或替換其他實施方案的部分和特徵。本發明的實施方案的範圍包括權利要求書的整個範圍，以及權利要求書的所有可獲得的等同物。在本文中，各實施方案可以被單獨地或總地用術語「發明」來表示，這僅僅是為了方便，並且如果事實上公開了超過一個的發明，不是要自動地限制該應用的範圍為任何單個發明或發明構思。對光觸媒添加劑中摻雜元素雖然現有技術研究較多，但對於親水塗層的摻雜，目前研究較少；歸其原因主要是由於摻雜元素的不同，對親水塗層的耐蝕性、親水性、耐熱性等相關性能都產生影響。並且選擇不當摻雜元素或摻雜元素配比不當，會極大地削弱親水塗層的性能。此外，不同的摻雜元素對親水塗層的老化性能也有很大的影響。因此，不同元素的選擇和配比成為本領域技術難題。根據本發明實施例的第一方面，提供了一種光觸媒添加劑。在一些示例性的實施例中，所述光觸媒添加劑為摻雜有鈰ce、銅cu、氮n和硫s的納米二氧化鈦tio2。其中，採用溶膠-凝膠法製備所述光觸媒添加劑。具體方法如下：在室溫下將攪拌均勻的34ml鈦酸四丁酯和70ml無水乙醇混合液在磁力攪拌下緩慢地加入不同摩爾質量的硝酸鈰、硝酸銅和含氮n、含硫s離子液體，30ml無水乙醇、35ml冰醋酸、15ml去離子水的混合溶液中水解，攪拌1.5h得到均勻透明的溶膠陳化後得到凝膠，然後置於80℃真空乾燥得到幹凝膠，研磨後置於箱式電阻爐在不同煅燒溫度下煅燒2h，得到摻雜金屬的納米二氧化鈦tio2；所述含氮n離子液體為親水性離子液體,可以為1-氨基-3-烷基-1,2,3-三唑硝酸鹽；所述含硫s離子液體可以為三乙胺硫酸氫鹽。雖然在現有技術中，對納米二氧化鈦進行摻雜研究較多，但用於親水性塗層中的研究較少，歸其原因是由於摻雜元素的不同，對於親水塗層的耐蝕性、親水性、耐熱性和耐鹼性等相關性能都有影響。如果選擇不當或配比不當(如釩v的不當加入)，會極大地削弱親水塗層的耐蝕性、親水性、耐熱性和耐鹼性。此外，不同的摻雜元素對親水塗層的老化性能有很大的影響。因此，不同元素的選擇和配比是需要嚴格控制的，也是技術難題之一。在一些可選的實施例中，所述光觸媒添加劑的重量份組成如下：優選的，所述鈰ce的重量份組成可以為1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％或9％；所述銅cu的重量份組成可以為1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％或9％；所述氮n的重量份組成可以為1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％或9％；所述硫s的重量份組成可以為1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％或9％。在一些說明性的實施例中，所述納米tio2在所述光觸媒添加劑中的重量份組成為：50％-90％。在一些說明性的實施例中，所述光觸媒添加劑還摻雜有鐵fe和碳c中至少一種元素。若所述光觸媒添加劑還摻雜有釩v、鎢w、硫s、碳c中的一種或多種元素，則在上述製備溶膠-凝膠法製備所述光觸媒添加劑的過程中，加入硝酸鐵和含碳c的離子液體；其中，所述含碳c離子液體可以是1-乙基-3-甲基咪唑溴鹽、n-丁基-n-甲基哌啶溴鹽。在一些說明性的實施例中，所述鐵fe和碳c在所述光觸媒添加劑中的重量份組成如下：鐵fe0-10％；碳c0-10％。其中，所述鐵fe的重量份組成可以為1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％或9％；所述碳c的重量份組成可以為1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％或9％。在一些說明性的實施例中，所述光觸媒添加劑的重量份組成如下：在一些說明性的實施例中，所述光觸媒添加劑的重量份組成如下：在一些說明性的實施例中，所述光觸媒添加劑的重量份組成如下：上述實施例分別給出了光觸媒添加劑優選組分配比的情況，下面對上述兩個實施例中所述添加了所述光觸媒添加劑的所述親水性塗料成膜後的性能進行測試，測試方法和結果如下：表1給出了實驗組與參照組中不同試樣的組分；在本測試中，實驗組和參照組除了組分不同外，其他處理工藝相同；處理工藝具體如下：1、對待測表面，1000mm鋁箔的表面進行預處理；預處理的包括：脫脂工藝和底塗工藝；其中，脫脂工藝為：在塗脫脂劑後進行兩次水洗，水洗後進行乾燥，在本測試中脫脂劑為帕卡表面處理科技(上海)有限公司提供的fc-315脫脂劑；底塗工藝為：在進行脫脂工藝處理後的鋁箔表面，塗耐蝕底層，然後在230℃乾燥成膜，皮膜量控制在95-100mg/m2，所述耐蝕底層化學處理劑為帕卡表面處理科技(上海)有限公司提供的sg-e902化學處理劑；2、對經過表面預處理的鋁箔進行面塗，塗覆光觸媒性面層；根據表1，分別將不同組分的親水性塗料，即試樣1、試樣2和參照樣，輥塗在鋁箔表面，230℃烘乾，皮膜量控制在40-45mg/m2；3、對實驗組與對照組的膜性能進行評價；對於膜性能的評價主要考察以下幾個參數：親水性、抗汙性、密著性、耐熱性、耐蝕性、抗菌性和汙染物降解能力；其中，汙染物降解能力是對汙染物光催化降解甲苯的能力；具體評價方法參照表2。表1實驗組與對照組表2評價項目和評價方法表3膜性能評價結果試樣編號親水性抗汙性密著性耐熱性耐蝕性抗菌性實施例a○○○○○○實施例b○○○○○○實施例c○○○○○○參照樣○△△△△×表3中○代表性能佳，符合要求，△代表性能一般，但合格，×代表不符合要求。從表3可知，實施例a、實施例b和實施例c抗菌性能佳，滿足鋁箔對塗覆後膜性能的基本要求，實施例a、實施例b、實施例c和參照樣雖然都有抗菌性，但參照樣的抗菌性能相比實施例a、實施例b和實施例c較差，普通的納米二氧化鈦tio2無法滿足鋁箔對抗菌性能的要求。實施例a、實施例b、實施例c和參照樣的抗菌結果詳見圖1；圖1中塗層a為實施例a、塗層b為實施例b、塗層c為實施例c。從圖1中可知，實施例a(塗層a)、實施例b(塗層b)和實施例c(塗層c)的抗菌效果顯著，可達到90％以上的抗菌率，圖1的具體數值請參照表4，雖然參照樣(參比塗層)也具有抗菌效果，但抗菌率僅為10％，抗菌效果差，不符合要求。表4各塗層的抗菌率試樣塗層a塗層b塗層c參比塗層抗菌率％99979210上述實施例，提供了一種用於空調換熱器的鋁翅片表面的具有光觸媒添加劑的親水性塗料，該親水性塗料經乾燥後可形成具有抗菌功效的親水性皮膜。根據本發明實施例的第二方面，提供一種親水性塗料的使用方法。在一些示例性的實施例中，所述親水性塗料含上述實施例中任一項所述的光觸媒添加劑，在空調鋁翅片成型前，在空調鋁翅片的表面塗覆的所述親水性塗料，經烘乾後在所述空調鋁翅片的表面形成具備光觸媒性和親水性的膜；其中，所述親水性塗料的塗覆量為：1mg/m2-100mg/m2。可選地，所述親水性塗料的塗覆量為10mg/m2、20mg/m2、30mg/m2、40mg/m2、50mg/m2、60mg/m2、70mg/m2、80mg/m2或90mg/m2。該塗覆量是在保證親水塗層不受到老化或劣化影響的前提下，最大發揮皮膜的光觸媒性能，從而在保證空調在使用過程中實現抗菌、去油汙等自清潔功能。過低的加入影響光觸媒性能的發揮，過高會影響親水塗層的性能。諸如親水性、耐蝕性、耐熱性、耐鹼性和附著力等。本發明的親水塗料可直接作為表面處理液，或用水稀釋後使用，處理液的濃度和粘度應恰當地調節，以滿足操作方法和規定的膜厚要求。優選地，乾燥後膜厚為0.05-5μm，更優選為：0.1-2μm，當膜厚小於0.05μm是，很難提供滿意的光觸媒和親水性能，當膜厚超過5μm時，導熱性和皮膜附著力可能會降低。在一些說明性的實施例中，所述親水性塗料為光觸媒性面層，塗覆於空調換熱器鋁翅片的面層。本發明實施例給出的光觸媒添加劑主要是針對塗覆空調換熱器鋁翅片而研發的，因此所述光觸媒添加劑的組成成分以及所述親水性塗料的塗覆方法都是針對應用於此環境中給出的。在一些說明性的實施例中，所述親水性塗料作為光觸媒性面層，塗覆於空調換熱器鋁翅片的面層。在一些說明性的實施例中，所述親水性塗料的膜厚度與所述空調換熱器鋁翅片的鋁箔厚度相關聯。在一些可選實施方式中，所述空調換熱器鋁翅片的鋁箔越厚則所述親水性塗料的膜越厚。在一些說明性的實施例中，若所述空調換熱器鋁翅片的鋁箔的厚度為1000mm，則所述光觸媒添加劑塗覆後的膜厚為0.05-2μm；若所述空調換熱器鋁翅片的鋁箔的厚度為3000mm，則所述親水性塗料塗覆後的膜厚為0.05-5μm；若所述空調換熱器鋁翅片的鋁箔的厚度為8000mm，則所述親水性塗料塗覆後的膜厚為0.05-8μm。膜的厚度直接影響膜的性能，過薄會導致膜難以提供滿意的光觸媒性合親水性，過厚會致使膜導熱性降低、皮膜附著力差；在保障所述親水性塗料塗覆後能提供優秀的光觸媒催化性能、親水性能、抗老化、抗汙染等性能的前提下，上述實施例給出了不同系列的鋁箔所對應的親水性塗料的膜厚。在一些可選的實施例中，在塗覆所述親水性塗料前，還包括在所述空調換熱器鋁翅片的表面進行預處理，以提高表面的耐蝕性。在一些可選的實施例中，所述預處理的方法，優選通過化學轉化的方法，如基於：磷酸鋯、磷酸鈦、釩或有機-無機雜化的化學處理；優選的，通過有機-無機雜化的化學處理，可在空調換熱器翅片表面形成耐蝕底層。在一些說明性的實施例中，所述親水性塗料的成膜溫度為80-300℃。在一些可選的實施例中，用熱風循環烘箱、熱輻射式烘箱等設備，在80-300℃對塗覆後的親水性塗料進行烘乾；優選的，於100-260℃的溫度對親水性塗料進行乾燥。在一些可選的實施例中，由於所述親水性塗料親水，因此用於溶解所述親水性塗料的溶劑主要有水構成，可以使用水溶性溶劑例如醇、醇醚溶劑等，旨在調節乾燥速度，改善塗布膜狀態或提高組分的溶解度。進一步的，防鏽劑、螯合劑、填料、著色劑、消泡劑等中的一種或多種也可加入到光觸媒添加劑的組分中，其用量範圍以不損害本發明要旨和膜性能為準。在一些說明性的實施例中，所述親水性塗料的施塗方法包括：浸塗、噴塗、刷塗、輥塗、流塗酯類、電化學沉積和化學沉積；優選採用工業化中的輥塗。在一些可選的實施例中，光觸媒親水化處理方法中，金屬材料表面可以進行現行工業化生產中的常規脫脂、進行表面預處理；隨後，光觸媒親水塗料被沉積在金屬材料表面上，然後加熱並乾燥形成膜。上述實施例提供親水性塗料用於空調鋁翅片時的使用方法，給出不同厚度的鋁箔所對應的塗覆厚度。應當理解的是，本發明並不局限於上面已經描述並在附圖中示出的流程及結構，並且可以在不脫離其範圍進行各種修改和改變。本發明的範圍僅由所附的權利要求來限制。當前第1頁12