一种防脱落光催化剂涂料及其制备与应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及涂料技术领域，特别涉及一种防脱落光催化剂涂料的制备方法及应 用。 技术背景
[0002] 光催化技术由于能耗低，氧化能力强，不产生二次污染，在环境治理方面得到广泛 关注。近年来，光催化技术在空气净化及水处理领域已经开始应用，通用做法是将光催化剂 配制成涂料涂覆在相应的器件上。但应用过程中存在一些问题，例如在配制光催化涂料时 普遍使用有机粘结剂，有机粘结剂易被强氧化性的催化剂分解，进而出现光催化剂脱落的 现象，尤其将其用于水处理器件时，会缩短使用寿命;如果在器件上制备光催化膜，则存在 光催化剂含量小，不足以处理污染物的问题。
[0003] CN102600821A公开了一种二氧化钛/凹凸棒黏土光催化剂的制备方法及负载光催 化剂的涂料，利用凹凸棒石粘土负载纳米二氧化钛制备光催化剂，并通过涂敷法添加到乳 胶漆中制得净化空气环保涂料。但这种方法中乳胶漆属于有机粘结剂，易与二氧化钛发生 氧化还原反应而失效，造成催化剂的迅速脱落，不仅使得器件失去光催化活性，还会造成粉 尘污染;其次，二氧化钛/凹凸棒黏土的混合光催化剂虽然增加了比表面积，但是同等程度 上也减少了二氧化钛光催化剂的含量。
[0004] CN104877503A公开了一种环保型防脱落抗裂外墙乳胶涂料，通过特殊工艺将海泡 石、椰子壳表面进行活化后制成疏松多孔的填料，以纯丙乳液为成膜基料，通过添加聚丙烯 纤维，增强涂膜的抗裂防脱落性。但该方法中通过添加聚丙烯纤维防止涂膜脱落，工艺复 杂，成本高。
【发明内容】
[0005] 本发明的目在于提供一种防脱落光催化剂涂料及其制备与应用，以解决现有技术 中存在的涂料易脱落、制备工艺复杂的问题，同时保证光催化剂涂料的光催化性能。
[0006] 本发明提供的一种防脱落光催化剂涂料，其组分及质量百分含量为： 光催化剂 10%~60% 建筑用胶 20%~45%
[0007] 水 5%~50% 硅溶胶 5%~30%。
[0008] 进一步地，所述的光催化剂质量百分比范围是25%~40%。
[0009]进一步地，所述建筑用胶的质量百分比范围是40%~45%。
[0010] 进一步地，所述的光催化剂是二氧化钛或氧化锌或其它半导体粉末。
[0011] 进一步地，所述的建筑用胶是聚乙烯醇缩醛胶。
[0012] 本发明还提供上述防脱落光催化剂涂料的制备方法，包括下述步骤：
[0013] (1)将原料配方中的建筑用胶、水和硅溶胶组分按上述质量比例称量后混合均匀；
[0014] (2)将光催化剂按上述质量比例加入上述溶液中，搅拌时间不少于5小时，使涂料 完全搅拌均匀并消除气泡即得；
[0015] 以上步骤均在常温常压下进行。
[0016] 本发明还包括所述的防脱落光催化剂涂料在水处理、空气净化或抗菌方面的应 用。
[0017] 进一步地，将所述的防脱落光催化剂涂料浸渍、喷涂、刷涂或滚涂在清洗后的载体 上常压阴干再经过热处理后使用。
[0018] 进一步地，所述的热处理包括将载体放入高温炉中，首先以2°C/min从室温升至 l〇〇°C，接着在100°C恒温30min，然后以5°C/min从100°C升温至500°C，在500°C恒温60min后 随炉冷却至室温。
[0019] 光催化剂作为涂料中光催化反应的活性物质，在可见或紫外光作用下，能够产生 具有强氧化性的活性基团，与空气或水中的污染物反应后生成二氧化碳、水、氧气等无机 物;建筑用胶在涂料中作为有机粘结剂，便于涂料在载体上粘附，且在热处理过程中高温除 去，使得光催化剂裸露在外，直接与空气中的污染物接触，同时避免因光催化剂降解建筑用 胶而出现的脱落现象;硅溶胶作为涂料中的无机粘结剂，进一步增加了涂料在载体上的粘 附性，热处理过程中硅溶胶失水生成微小孔隙增大比表面积提高光催化剂对污染物的吸附 量;水作为溶剂，促进二氧化钛或者其他光催化剂的粉状固体、建筑用胶和硅溶胶的溶解和 均匀分散，并控制涂料的粘度。需要注意的是当涂料粘度较大时，制备过程中须使用大功率 的搅拌器进行搅拌，而涂料的涂覆工艺优选为喷涂、刷涂或滚涂，当涂料的粘度较小时，可 以使用一般的搅拌器进行搅拌，涂料的涂覆工艺可以使用浸渍法。这些组分的组合以各组 分的上述百分比范围，是通过大量试验确定的，上述组合及百分比范围使本发明涂料组合 物形成的涂料具有良好的光催化性能和防脱落性能。
[0020] 本发明的有益效果为:原料易得，成本低;涂料的制备工艺简单，便于实现工业化 生产;建筑用胶在热处理过程中高温除去，使得光催化剂裸露在外，直接与空气中的污染物 接触，充分发挥光催化剂的催化活性，同时避免了因光催化剂降解掉落有机粘结剂而出现 的催化剂脱落现象;热处理过程中硅溶胶失水形成微小孔隙，能够促进光催化剂对污染物 的吸附，进而增强光催化性能。
【附图说明】
[0021] 图1是本发明的防脱落光催化剂涂料的甲醛降解实验的降解率随时间变化曲线。
【具体实施方式】
[0022] 下面通过实施例进一步说明本发明。
[0023]下述实施例中使用的原料来源：
[0024]光催化剂-氧化锌：国药集团化学试剂有限公司；
[0025]光催化剂-二氧化钛:国药集团化学试剂有限公司；
[0026]聚乙烯醇缩醛胶:上海中南建筑材料有限公司；
[0027]硅溶胶：国药集团化学试剂有限公司。
[0028] 实施例1
[0029]在常温和常压下，分别按照表1中指定的各组分比例将聚乙烯醇缩醛胶、水和硅溶 胶称量;将称量后的各组分加入烧杯中混合均匀，接着加入下述比例的氧化锌，使用磁力搅 拌器进行搅拌，样品2和4的水分质量比较低，搅拌8小时以使气泡完全消失，样品3搅拌7小 时，样品1搅拌5小时即可，获得混合均匀的涂料组合物。
[0030]将待涂覆的铝片首先在浓度为0.25mol. I/1的氢氧化钠溶液中浸泡60min后，用水 清洗至溶液pH值在7左右;接着将上述涂料用毛刷均匀涂覆在铝片上，涂层的厚度为10~60 μπι;并将涂覆好涂料的铝片放置在阴凉处，通风自然干燥;然后将阴干的铝片放入高温炉 中，按照以下烧结制度进行热处理：首先以2°C/min从室温升至100°C，接着在100°C保温 30min，然后以5°C/min从100°C升温至500°C，在500°C保温60min后随炉冷却至室温。
[0031]将实施例1中样品1~4的涂料进行气流冲击试验和水流冲击试验。经气流冲击试 验和水流冲击试验前，用分析天平称取负载有涂层的铝片质量，分别记为原始质量A^A2l3气 流冲击试验具体为：将经过上述处理原始质量为A 1负载有涂层的铝片在吹风机（厂家： Panasonic，型号:EH-ND15，功率：1000W)的冷风模式下吹40min后，利用（厂家:上海海康电 子仪器厂，型号:FA 135S，量程:Max:32g d:0.01mg)分析天平称取质量，重复上述操作3次， 质量分别记为B1X1、Di，用质量变化衡量载体上涂料的防脱落性能，质量变化越小，说明涂 料防脱落性能越好。水流冲击试验具体为将经过上述处理的原始质量为如负载有涂层的铝 片固定在水龙头下，以流速为0.25m/s的水流冲击40min后，在50°C烘箱中烘干30min后，利 用分析天平称取质量，重复上述操作3次，质量分别记为B 2、C2、D2，用质量变化衡量载体上涂 料的防脱落性能，质量变化越小，说明涂料防脱落性能越好。
[0032] 具体测试结果如表2所示，经过3次循环的气流冲击试验，样品2和样品3质量变化 最小;在水流冲击试验中因样品需要被固定后进行水冲击，故在固定支点处有些许样品被 磨掉，故样品质量较于气流冲击试验的结果减少得多，但所得涂料外观无色彩，膜层致密， 表明涂料具