专利名称：一种低温负载二氧化钛的光催化涂层的制备方法
技术领域：
本发明属于光催化涂层的制备技术领域，具体涉及一种低温负载二氧化 钛的光催化涂层的制备方法。
背景技术：
现有的制备二氧化钛负载型光催化剂的方法主要有三类(一)利用溶胶 凝胶直接在载体表面制备二氧化钛薄膜并高温煅烧；(二)是利用纳米粉体分 散成悬浮液，负载在载体表面的方法，也需要高温煅烧；(三)利用无机和有 机胶把纳米光催化剂负载在金属丝网上的方法。上述三种方法各有其不足之处，方法(一)中由于釆用溶胶凝胶法制备的 二氧化钛光催化剂薄膜为无孔结构，比表面小，活性较差，而且煅烧温度一 般在400。C以上，这对于基底材料有一定的耐高温要求；方法(二)制备的光 催化剂由于二次粒子与基底材料的结合很松散，催化剂很容易脱落，其实用 化较困难；方法(三)制备的催化剂，由于无机和有机胶对纳米催化剂的包敷 作用，光催化效率低，其结合强度也差，此外，有机胶还会出现紫外光分解 现象。催化剂的负载是解决悬浮相催化剂分离回收的有效途径，可以克服悬浮 相催化剂稳定性差和容易中毒等缺点。在上述负载方法中溶胶凝胶法由于其 制备工艺简单、材料易得等优点得到了广泛应用。但是溶胶凝胶法存在着有 机溶剂加入量大、催化剂活性组分二氧化钛的流失严重、烧结温度高等问题， 造成该方法污染严重、成本较高。因此如何减少溶胶凝胶法生产过程中产生 的污染物的量，提高催化剂活性组分的回收率，同时保持催化剂的高催化活 性无疑具有很好的现实意义。发明内容针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种低温负载二氧化 钛的光催化涂层的制备方法，该方法制备所得的光催化涂层，光催化效果好，并且能够在常温、低温下涂敷、固化，免去高温烧结，同时形成的光催化涂 层在紫外照射下有很好的耐老化性能。为达到以上目的，本发明釆用的技术方案是 一种低温负载二氧化钛的 光催化涂层的制备方法，包括以下步骤(1)制备纳米二氧化钛分散液；将纳米二氧化钛粉体溶于添加了表面活性剂、分散剂和消泡剂的溶剂中， 形成混合溶液，将上述混合溶液用高速搅拌机初步分散0.5-2小时，搅拌速 度为2000 - 4000转/每分钟，然后超声波分散15 - 40分钟即制得纳米二氧化 钛分散液；(2 )制备聚硅氧烷；选择至少一种是按结构通式RSi(OR')3表示的烃基三烷氧基硅烷作为起 始原料，所述起始原料中同时包含有结构通式为R2Si(OR')2的二烃基二烷氧 基硅烷或结构通式为Si(OR')4的正硅酸酯，其中，R表示一价烷基、 一价芳 基或一价不饱和基团等，R'代表碳原子数为l-4的烷基；上述起始原料按硅树脂R/Si值为0.6—1.8确定配比，同时加入为起始原 料摩尔数总和1—4倍的水、以及所加物料总重量3-20ppm的0.1N盐酸， 在50°C—卯。C下搅拌回流3—8小时，冷却，即得到无色透明均一的聚硅氧 坑；(3)制备光催化母液；将制备好的纳米二氧化钛分散液、聚硅氧烷，以及溶剂、聚乙二醇在室 温下混合均匀，即制得光催化母液，(4 )将需要涂敷的基材浸泡在光催化母液中，5-20秒钟后取出，60°C -80。C下烘干后即得纳米二氧化钛光催化涂层；进一步，步骤(l)中，所述的纳米二氧化钛粉体是指粒径范围在5nm -30nm的二氧化钬4分体；进一步，步骤n)中，所述的纳米二氧化钛晶型为锐钛型；进一步，所述的溶剂是醇类、酮类或酯类；所述的表面活性剂是阳离子纤维素、六偏磷酸钠、十二烷基苯磺酸钠、柠檬酸、硅酸钠中任一种或几种组合；所述的分散剂是Disperbyk-110、 Disperbyk-111、 Disperbyk-160、 Disperbyk-180、 LD-124、 HX-4010、 TEGO-710、 TEGO-700中任一种或几种组 合；所述的消泡剂为4164;进一步，步骤(l)中制备纳米二氧化钛分散液时，各组分的用量以重量 计，具体如下纳米二氧化钬粉体 15 - 30%;表面活性剂 0. 01 - 5%;分散剂 0. 1 - 5%;消泡剂 0.1-3%;溶剂 60 - 75%;更进一步，步骤(l)中制备制备纳米二氧化钛分散液时，各组分的用量 以重量计，具体3口下纳米二氧化钬粉体 25 - 30%;表面活性剂 0.1-5%;分散剂 1 - 3%;消泡剂 1-2%;溶剂 65 - 70%。进一步，步骤(3)中，制备光催化母液时，各组分的用量以重量计，具 体如下纳米二氧化^太分散液 1 -15 %聚硅氧烷 30-60% 溶剂 20-5 0%聚乙二醇 1-10%; 更进一步，步骤(3)中，制备光催化母液时，各组分的用量以重量计，具体如下纳米二氧化钛分散液 2-8%聚硅氧烷 35-5 0%溶剂 40-50%聚乙二醇 1-10%;进一步，步骤(4)中，所述的基材为金属、塑料、玻璃、陶瓷。本发明的效果在于釆用本发明所述的方法制备光催化涂层，具有以下 优点1、 采用纳米级二氧化钛，光催化效果好。2、 常温、低温下涂敷、固化，免去高温烧结，可用于一些不耐高温的基 材如塑料的表面涂覆。3、 选用耐紫外性能的聚硅氧烷，其对金属、塑料、玻璃等有很好的结合 力，同时形成的光催化涂层在紫外照射下有很好的耐老化性能。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述 实施例1(1)制备纳米二氧化钛分散液；以乙醇360g为溶剂，添加十二烷基苯磺酸钠2. 5g,加入15g分散剂 Disperbyk-llO, 5g消泡剂4164,将5纳米的二氧化4太4分体100g加入上述溶 剂中，形成混合液，将上述混合溶液用高速搅拌机初步分散l小时，然后超 声波分散30分钟；(2 )制备聚硅氧烷；曱基三乙氧基硅烷1000g, 二曱基二乙氧基硅烷200g，蒸馏水200g， 0. 1N 盐酸4g，搅拌温度8(TC，保持4小时，然后冷却； (3)制备光催化母液100g; 制备光催化母液时，其各组分的用量具体如下纳米二氧化钛分散液聚硅氧烷 乙醇聚乙二醇100010 g 50 g 35 g(4)将需要涂敷的基材浸泡在光催化母液中，IO秒钟后取出，7(TC下烘 干后即得纳米二氧化钛光催化涂层。实施例二(1)制备纳米二氧化钛分散液； 以异丙醇375g为溶剂，添加六偏磷酸钠5g,添加10g分散剂 Disperbyk-180，添加柠檬酸5g， 10g消泡剂4164，将15纳米的纳米二氧化 钬100g加入上述溶剂中，形成混合溶液，将上述混合溶液用高速搅拌才几初步 分散1.5小时，然后超声波分散20分钟；(2) 制备聚硅氧烷；苯基三乙氧基硅烷1000g， 二曱基二曱氧基硅烷100g，蒸馏水100g， 0. 1N 盐酸3g,搅拌温度6(TC,保持7小时，然后冷却；(3) 制备光催化母液100g; 制备光催化母液时，其各组分的用量具体如下纳米二氧化钛分散液 2 g聚硅氧烷 58 g异丙醇 37 g聚乙二醇800 3 g(4) 将需要涂敷的基材浸泡在光催化母液中，20秒钟后取出，7(TC下烘 干后即得纳米二氧化钛光催化涂层。实施例三(1)制备纳米二氧化钛分散液； 以环己酮372. 5g为溶剂，添加2. 5g六偏磷酸钠，添加5g分散剂LD-124， 添加硅酸钠5g， 15g消泡剂4164，将25纳米的纳米二氧化钬100g溶于上述 溶剂中，形成混合溶液，将上述混合溶液用高速搅拌机初步分散0.5小时，然后超声波分散40分钟；(2) 制备聚硅氧烷；乙烯基三乙氧基硅烷1000g，曱基苯基二乙氧基硅烷300g,蒸馏水100g, 0. 1N盐酸5g，搅拌温度7(TC，保持6小时，然后冷却；(3) 制备光催化母液100g; 制备光催化母液时，其各组分的用量具体如下纳米二氧化钛分散 15 g聚硅氧烷 55 g异丙醇 23 g聚乙二醇1000 7 g(4)将需要涂敷的基材浸泡在光催化母液中，15秒钟后取出，8(TC下烘 干后即得纳米二氧化钛光催化涂层。实施例四(1)制备纳米二氧化钛分散液；以乙醇310g为溶剂，添加十二烷基苯磺酸钠5g,添加25g分散剂 HX-4010,添加5g的柠檬酸，5g消泡剂4164，将10纳米的纳米二氧化4太150g 溶于上述溶剂中，形成混合溶液，将上述混合溶液用高速搅拌机初步分散2 小时，然后超声波分散15分钟； (2 )制备聚硅氧烷；苯基三乙氧基硅烷1000g,正硅酸四乙酯150g，蒸馏水100g, 0. 1N盐酸 3g,搅拌温度55。C,保持8小时，然后冷却； (3)制备光催化母液100g; 制备光催化母液时，其各组分的用量具体如下纳米二氧化钬分散液 8 g聚硅氧烷 42 g异丙醇 49 g聚乙二醇800 1 g(4)将需要涂敷的基材浸泡在光催化母液中，5秒钟后取出，60。C下烘 干后即得纳米二氧化钛光催化涂层。上述实施例只是对本发明的举例说明，本发明也可以以其它的特定方式 或其它的特定形式实施，而不偏离本发明的要旨或本质特征。因此，描述的 实施方式从任何方面来看均应视为说明性而非限定性的。本发明的范围应由 附加的权利要求说明，任何与权利要求的意图和范围等效的变化也应包含在 本发明的范围内。
权利要求
1、一种低温负载二氧化钛的光催化涂层的制备方法，包括如下步骤(1)制备纳米二氧化钛分散液；将纳米二氧化钛粉体溶于添加了表面活性剂、分散剂和消泡剂的溶剂中，形成混合溶液，将上述混合溶液用高速搅拌机初步分散0.5-2小时，搅拌速度为2000-4000转/每分钟，然后超声波分散15-40分钟即制得纳米二氧化钛分散液；(2)制备聚硅氧烷；选择至少一种是按结构通式RSi(OR′)3表示的烃基三烷氧基硅烷作为起始原料，所述起始原料中同时包含有结构通式为R2Si(OR′)2的二烃基二烷氧基硅烷或结构通式为Si(OR′)4的正硅酸酯，其中，R表示一价烷基、一价芳基或一价不饱和基团等，R′代表碳原子数为1-4的烷基；上述起始原料按硅树脂R/Si值为0.6-1.8确定配比，同时加入为起始原料摩尔数总和1-4倍的水、以及所加物料总重量3-20ppm的0.1N盐酸，在50℃-90℃下搅拌回流3-8小时，冷却，即得到无色透明均一的聚硅氧烷；(3)制备光催化母液；将制备好的纳米二氧化钛分散液、聚硅氧烷，以及溶剂、聚乙二醇在室温下混合均匀，即制得光催化母液，(4)将需要涂敷的基材浸泡在光催化母液中，5-20秒钟后取出，60℃-80℃下烘干后即得纳米二氧化钛光催化涂层。
2、 如权利要求1所述的一种低温负载二氧化钛的光催化涂层的制备方 法，其特征是步骤(l)中，所述的纳米二氧化钛粉体是指粒径范围在5nm -30nm的二氧化钬4分体。
3、 如权利要求1或2所述的一种低温负载二氧化钛的光催化涂层的制备 方法，其特征是步骤(l)中，所述的纳米二氧化钛粉体晶型为锐钛型。
4、 如权利要求3所述的一种低温负载二氧化钛的光催化涂层的制备方 法，其特征是所述的溶剂是醇类、酮类或酯类；所述的表面活性剂是阳离 子纤维素、六偏磷酸钠、十二烷基苯磺酸钠、柠檬酸、硅酸钠中任一种或几种组合；所述的分散剂是Disperbyk-110、 Disperbyk-lll、 Disperbyk-160、 Disperbyk-180、 LD-124、 HX-4010、 TEGO-710、 TEGO-700中任一种或几种组 合；所述的消泡剂为4164。
5、 如权利要求3所述的一种低温负载二氧化钛的光催化涂层的制备方 法，其特征是步骤(l)中制备纳米二氧化钛分散液时，各组分的用量以重 量计，具体如下纳米二氧化钛粉体 15 - 30%;表面活性剂 0. 01 - 5%;分散剂 0. 1 - 5%;消泡剂 0.1-3%; 溶剂 60 - 75%。
6、 如权利要求5所述的一种低温负载二氧化钛的光催化涂层的制备方 法，其特征是步骤(l)中制备制备纳米二氧化钛分散液时，各组分的用量 以重量计，具体如下纳米二氧化钛粉体 25 - 30%;表面活性剂 0.1-5%; 分散剂 1 - 3%;消泡剂 1-2%; 溶剂 65 - 70%。
7、 如权利要求1所述的一种低温负载二氧化钛的光催化涂层的制备方 法，其特征是步骤(2)中制备聚硅氧烷时，搅拌温度为60- 80°C,搅拌 时间为4-6小时。
8、 如权利要求1所述的一种低温负载二氧化钛的光催化涂层的制备方 法，其特征是步骤(3)中，制备光催化母液时，各组分的用量以重量计， 具体如下纳米二氧化钛分散液 1-15%聚硅氧烷 30-60% 溶剂 20-50% 聚乙二醇 1-10%。
9、 如权利要求8所述的一种低温负载二氧化钛的光催化涂层的制备方法，其特征是步骤(3)中，制备光催化母液时，各组分的用量以重量计, 具体如下纳米二氧化钛分散液 2-8%聚硅氧烷 35-5 0%溶剂 40-50% 聚乙二醇 1-10%。
10、 如权利要求1所述的一种低温负载二氧化钛的光催化涂层的制备方 法，其特征是步骤(4)中，所述的基材为金属、塑料、玻璃、陶瓷。
全文摘要
本发明属于光催化涂层的制备技术领域，具体涉及一种低温负载二氧化钛的光催化涂层的制备方法。本发明所述的方法通过制备纳米二氧化钛分散液和制备聚硅氧烷来制备光催化母液。采用本发明所述的方法，具有制备工艺极为简单，且易于操作的优点，并且制备采用纳米级二氧化钛，光催化效果好，能够在常温、低温下涂敷、固化，免去高温烧结，可用于一些不耐高温的基材如塑料的表面涂覆，同时选用耐紫外性能的聚硅氧烷，其对金属、塑料、玻璃等有很好的结合力，同时形成的光催化涂层在紫外照射下有很好的耐老化性能。
文档编号B01J21/06GK101264455SQ20081010420
公开日2008年9月17日 申请日期2008年4月17日 优先权日2008年4月17日
发明者咸才军, 王建平, 颖 邢 申请人:北京首创纳米科技有限公司