一种光催化降解甲醛膜的制作方法

本发明涉及一种光催化降解甲醛膜，属于膜技术领域。

背景技术：

室内甲醛污染对人类生活造成巨大威胁，包括在建筑居住空间内和在汽车之类的密闭空间内。室内甲醛主要来源于室内装修物以及一些皮制制品，还有各种不符合国家生产标准的非法材料。我国规定，室内甲醛含量不能超过0.08mg/m³，高浓度甲醛会引起眼部、咽喉不适、胸闷、气喘、皮炎等，还有可怕的致癌风险。

目前，市面上现有的治理甲醛污染的方法很多，例如微生物降解法、植物净化、化学反应方法、物理吸附技术、纳米光催化技术等。但是微生物降解法不能长久使用；植物净化法摆放过多，夜间使房内的二氧化碳浓度过高，影响健康；化学反应方法自身会造成化学污染；物理吸附方法需要消耗多余的能耗，增加成本；而纳米光催化技术降解甲醛环保、安全、高效、耗能小。

目前的光催化降解甲醛膜多为过滤膜，并非实质上的光催化降解甲醛膜；其他一些治理甲醛技术多是一些空气净化器、喷剂、或是涂料。目前市面上的只有TiO₂喷剂，产品效率不高且使用寿命很短，干燥后会被风、自然力，人为接触刮擦等破坏，从原有的负载物上消失。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供了一种光催化降解甲醛膜，意在不改变原有汽车膜、建筑膜、家居膜的性能基础上，增加了降解甲醛的功能，特别是在新装修的房屋、新买的家具、新购的汽车都起到了很好的降解甲醛的作用。本发明是将纳米光催化技术结合硬化液涂层应用于薄膜行业，将纳米TiO₂分散液加入到汽车膜、建筑膜、家居膜等产品的硬涂层中，既不影响原有汽车膜、建筑膜、家居膜的性能，又可以起到降解甲醛的作用。

本发明的光催化降解甲醛膜的制备方法，所述光催化降解甲醛膜依次包括分散有纳米TiO₂的硬涂层、基材层、安装胶层、离型膜层；所述制备方法包括：(1)配置一定浓度的安装胶，在基材一侧表面均匀涂覆安装胶；(2)将一定量的光催化材料TiO₂加入到基础硬涂层组分中，然后在基材的另一侧表面涂覆；其中，所述光催化材料纳米TiO₂为锐钛型TiO₂、金红石型TiO₂中的任意一种或者两种组合。

在一种实施方式中，所述纳米TiO₂的粒径为15nm～100nm。

在一种实施方式中，所述纳米TiO₂是锐钛型TiO₂和金红石型TiO₂按照质量比(3～5):(5～7)的比例混合得到的。

在一种实施方式中，所述纳米TiO₂是锐钛型TiO₂和金红石型TiO₂按照质量比4：6混合。

在一种实施方式中，所述步骤(2)具体是：首先在配胶容器中加入溶剂乙酸乙酯；然后将光催化材料TiO₂加入到盛有溶剂的配胶容器中进行搅拌0.5～1.5h；再加入丙烯酸树脂，超声分散0.3～0.6h；加入附着力促进剂、光稳定剂、光引发剂等再充分搅拌0.5～1.5h，得到分散均匀的硬化液涂层；硬化液涂层进一步进行上机涂覆，涂覆在基材的一侧表面。

在一种实施方式中，所述光催化材料TiO₂的质量为基础硬涂层组分中丙烯酸树脂质量的7％～9％。

在一种实施方式中，所述光催化材料TiO₂的质量为基础硬涂层组分中丙烯酸树脂质量的8％。

在一种实施方式中，所述基础硬涂层组分主要成分为UV光固化型的丙烯酸树脂，产品寿命长，老化硬涂层硬度达到3H、浊度小于3％，产品清晰度高。

在一种实施方式中，所述基础硬涂层组分中，按质量份数计，含有丙烯酸树脂8～12份、溶剂乙酸乙酯12～18份、附着力促进剂0.08～0.12份、光稳定剂0.08～0.12份、光引发剂0.08～0.12份。

在一种实施方式中，所述基础硬涂层组分中，按质量份数计，含有丙烯酸树脂10份、溶剂乙酸乙酯15份、附着力促进剂0.1份、光稳定剂0.1份、光引发剂0.1份。

在一种实施方式中，所述分散有纳米TiO₂的硬涂层的厚度为1～5μm。

在一种实施方式中，所述基材层的材料为PET、PE、PVC、PP、PC及TPU等中的任意一种或者两种以上组合。

在一种实施方式中，所述安装胶层的材料为丙烯酸酯树脂、聚氨酯树脂、硅胶树脂等中的任意一种或者两种以上组合。

在一种实施方式中，所述安装胶层的厚度为5～15μm。可根据客户或者特定产品要求，控制控制安装胶厚度或安装胶材料种类来控制剥离力大小。

在一种实施方式中，所述安装胶层主要用来贴合安装。

在一种实施方式中，所述离型膜为硅离型膜、氟离型膜等中任意一种。

在一种实施方式中，所述离型膜主要用来保护安装胶。

本发明的第二个目的是提供所述光催化降解甲醛膜在家居、建筑、汽车等方面的应用。

本发明的优点和效果：

(1)本发明将光催化技术与汽车膜、建筑膜、家居膜相结合；将纳米级的光催化材料TiO₂以一定方式加入到汽车膜、建筑膜、家居膜的硬涂层中，保证了产品原有的性能，既不改变原膜硬涂层的硬度、耐刮性能，透过率(本发明产品透过率达到88％以上)等，又增加了降解甲醛的功能。

(2)本发明通过对光催化材料TiO₂的加入方式进行改进，有效提高了光催化降解甲醛膜的催化降解效果；此外，通过控制锐钛型TiO₂和金红石型TiO₂的比例有效改善了光催化降解甲醛膜的催化降解效果。

(3)本发明的光催化降解甲醛膜，相对于一般的光触媒喷剂使用寿命短，本发明将TiO₂加入到硬涂层中而得到的降解甲醛膜，会保证TiO₂光催化材料长期存在并起作用，产品硬度达到3H、耐刮性能强，并不会被风、自然力，人为接触刮擦等破坏，大大提高了产品寿命。降解甲醛膜可以使用2年以上。

附图说明

图1为本发明的光催化降解甲醛膜的结构示意图。

具体实施方案

下面是对本发明进行具体描述。

实施例1：光催化降解甲醛膜的结构

本发明的产品结构如图1所示。

本发明的光催化降解甲醛膜，主要包括分散有纳米TiO₂的硬涂层、基材层、安装胶层、离型膜层。所述分散有纳米TiO₂的硬涂层位于光催化降解甲醛膜的最外层，厚度为1～5μm；安装胶层的厚度为5～15μm。安装胶层主要用来贴合安装，离型膜主要用来保护安装胶。

实施例2：光催化降解甲醛膜的制备

按照以下方法制备光催化降解甲醛膜：

(1)配置一定浓度的安装胶；

(2)在基材一侧表面均匀涂覆安装胶；安装胶厚度为10μm左右；

(3)将一定量的光催化材料TiO₂加入到基础硬涂层组分中，具体是：

按重量份数计，首先在配胶桶中加入15份的溶剂乙酸乙酯；然后将0.8份的光催化材料纳米TiO₂加入到盛有溶剂的桶中搅拌1.5h；再加入10份丙烯酸树脂，超声分散0.5h；然后加入0.1份附着力促进剂、0.1份光稳定剂、0.1份光引发剂等再充分搅拌1.5h，得到分散均匀的硬化液涂层。其中纳米TiO₂是锐钛型TiO₂和金红石型TiO₂按照质量比4:6的比例混合得到的。

(4)进行上机涂覆，在基材的另一侧涂覆上一步硬涂层；控制烘箱温度80°，光照强度280mJ/cm²，线速度30m/min，根据工艺即可以得到不同厚度，比如的厚度为1～5μm的降解甲醛膜。

按照上述方法，制备得到了硬涂层中分散有纳米TiO₂的光催化降解甲醛膜。

发明人测试了硬涂层表面积为1m²、厚度为5μm的光催化降解甲醛膜在不同甲醛浓度下的降解效果，结果如表1所示。

表1不同甲醛浓度下的降解效果

注：将样品放于1立方米实验舱中，加热挥发污染物，日光灯照射24h，采样检测污染物浓度，计算去除率。

结果显示，本实施例方法得到的光催化降解甲醛膜可以高效降解甲醛，产品透过率达到90％以上，而且硬度达到3H、耐刮性能强，并不会被风、自然力，人为接触刮擦等破坏。另外，由于硬涂层厚度5μm合适，不容易折断，在基材层表面的附着力较高，可长期使用。由于实验环境中的甲醛浓度远远高于一般情况下实际装修后的甲醛浓度，且硬涂层厚度与常规汽车膜、建筑膜、家居膜厚度相当，说明本实施例的光催化降解甲醛膜可以适用于制备汽车膜、建筑膜、家居膜等。本发明的光催化降解甲醛膜，经模拟试验，显示在正常家居环境中使用2年后仍然具有一定的将甲醛作用，在2.07mg/m³的环境下放入测试膜处理24h仍能达到28％以上的降解率。

此外，发明人还比较了本实施例得到的表面积为1m²、不同硬涂层厚度的光催化降解甲醛膜的甲醛降解效果，结果如表2所示。

表2不同硬涂层厚度的光催化降解甲醛膜的甲醛降解效果

注：将样品放于1立方米实验舱中，加热挥发污染物，日光灯照射24h，采样检测污染物浓度，计算去除率。

由表2可知，在硬涂层1～4μm的情况下，都还有良好的降解效果，

实施例3：光催化降解甲醛膜的制备

按照以下方法制备光催化降解甲醛膜：

(1)配置一定浓度的安装胶；

(2)在基材一侧表面均匀涂覆安装胶；安装胶厚度为5μm左右；

(3)将一定量的光催化材料TiO₂分散液加入到基础硬涂层组分中，具体是：

按重量份数计，首先在配胶桶中加入13份的溶剂乙酸乙酯；然后将0.7份的光催化材料纳米TiO₂加入到盛有溶剂的桶中搅拌1.5h；再加入8份丙烯酸树脂，超声分散0.5h；然后加入0.08份附着力促进剂、0.08份光稳定剂、0.08份光引发剂等再充分搅拌1.5h，得到分散均匀的硬化液涂层。其中纳米TiO₂是锐钛型TiO₂和金红石型TiO₂按照质量比4:6的比例混合得到的。

(4)进行上机涂覆，在基材的另一侧涂覆上一步硬涂层；根据工艺即可以得到不同厚度的降解甲醛膜。

将按照上述方法制备得到的表面积为1m²、硬涂层中分散有纳米TiO₂的硬涂层厚度为5μm的光催化降解甲醛膜，本实施例方法得到的光催化降解甲醛膜可以高效降解甲醛，产品透过率达到90％以上，置于甲醛浓度2.12mg/m³的环境中处理24h，结果显示甲醛降解率为73.6％。

实施例4：光催化降解甲醛膜的制备

按照以下方法制备光催化降解甲醛膜：

(1)配置一定浓度的安装胶；

(2)在基材一侧表面均匀涂覆安装胶；安装胶厚度为5μm左右；

(3)将一定量的光催化材料TiO₂分散液加入到基础硬涂层组分中，具体是：

按重量份数计，首先在配胶桶中加入17份的溶剂乙酸乙酯；然后将0.9份的光催化材料纳米TiO₂加入到盛有溶剂的桶中搅拌1.5h；再加入12份丙烯酸树脂，超声分散0.5h；然后加入0.12份附着力促进剂、0.12份光稳定剂、0.12份光引发剂等再充分搅拌1.5h，得到分散均匀的硬化液涂层。其中纳米TiO₂是锐钛型TiO₂和金红石型TiO₂按照质量比4:6的比例混合得到的。

(4)进行上机涂覆，在基材的另一侧涂覆上一步硬涂层；根据工艺即可以得到不同厚度的降解甲醛膜。

将按照上述方法制备得到的表面积为1m²、硬涂层中分散有纳米TiO₂的硬涂层厚度为5μm的光催化降解甲醛膜，产品透过率达到89％，置于甲醛浓度2.12mg/m³的环境中处理24h，结果显示甲醛降解率为72.8％。

实施例5：光催化降解甲醛膜的制备

按照以下方法制备光催化降解甲醛膜：

(1)配置一定浓度的安装胶；

(2)在基材一侧表面均匀涂覆安装胶；安装胶厚度为10μm左右；

(3)将一定量的光催化材料TiO₂加入到基础硬涂层组分中，具体是：

按重量份数计，首先在配胶桶中加入15份的溶剂乙酸乙酯；然后将0.8份的光催化材料纳米TiO₂加入到盛有溶剂的桶中搅拌1.5h；再加入10份丙烯酸树脂，超声分散0.5h；然后加入0.1份附着力促进剂、0.1份光稳定剂、0.1份光引发剂等再充分搅拌1.5h，得到分散均匀的硬化液涂层。其中纳米TiO₂是锐钛型TiO₂和金红石型TiO₂按照质量比5:5的比例混合得到的。

(4)进行上机涂覆，在基材的另一侧涂覆上一步硬涂层；控制烘箱温度80°，光照强度280mJ/cm²，线速度30m/min，根据工艺即可以得到不同厚度，比如的厚度为1～5μm的降解甲醛膜。

将按照上述方法制备得到的表面积为1m²、硬涂层中分散有纳米TiO₂的硬涂层厚度为5μm的光催化降解甲醛膜，产品透过率达到89％，置于甲醛浓度2.12mg/m³的环境中处理24h，结果显示甲醛降解率为62.1％。

实施例6：光催化降解甲醛膜的制备

按照以下方法制备光催化降解甲醛膜：

(1)配置一定浓度的安装胶；

(2)在基材一侧表面均匀涂覆安装胶；安装胶厚度为10μm左右；

(3)将一定量的光催化材料TiO₂加入到基础硬涂层组分中，具体是：

按重量份数计，首先在配胶桶中加入15份的溶剂乙酸乙酯；然后将0.8份的光催化材料纳米TiO₂加入到盛有溶剂的桶中搅拌1.5h；再加入10份丙烯酸树脂，超声分散0.5h；然后加入0.1份附着力促进剂、0.1份光稳定剂、0.1份光引发剂等再充分搅拌1.5h，得到分散均匀的硬化液涂层。其中纳米TiO₂是锐钛型TiO₂和金红石型TiO₂按照质量比7:3的比例混合得到的。

(4)进行上机涂覆，在基材的另一侧涂覆上一步硬涂层；控制烘箱温度80°，光照强度280mJ/cm²，线速度30m/min，根据工艺即可以得到不同厚度，比如的厚度为1～5μm的降解甲醛膜。

将按照上述方法制备得到的表面积为1m²、硬涂层中分散有纳米TiO₂的硬涂层厚度为5μm的光催化降解甲醛膜，产品透过率达到88％，置于甲醛浓度2.12mg/m³的环境中处理24h，结果显示甲醛降解率为58.8％。对比实施例1、5、6，发明人发现，在锐钛型TiO₂和金红石型TiO₂按照质量比4:6混合的情况下，这两种构型的TiO₂在硬涂层的组分体系中充分协同作用，有效提高了光降解甲醛效果。

实施例7：光催化降解甲醛膜的制备

按照以下方法制备光催化降解甲醛膜：

(1)配置一定浓度的安装胶；

(2)在基材一侧表面均匀涂覆安装胶；安装胶厚度为10μm左右；

(3)将一定量的光催化材料TiO₂加入到基础硬涂层组分中，具体是：

按重量份数计，首先在配胶桶中加入15份的溶剂乙酸乙酯；然后将0.8份的光催化材料纳米TiO₂加入到盛有溶剂的桶中搅拌1.5h；再加入10份丙烯酸树脂，搅拌1.5h；然后加入0.1份附着力促进剂、0.1份光稳定剂、0.1份光引发剂等再充分搅拌1.5h，得到分散均匀的硬化液涂层。其中纳米TiO₂是锐钛型TiO₂和金红石型TiO₂按照质量比4:6的比例混合得到的。

(4)进行上机涂覆，在基材的另一侧涂覆上一步硬涂层；控制烘箱温度80°，光照强度280mJ/cm²，线速度30m/min，根据工艺即可以得到不同厚度，比如的厚度为1～5μm的降解甲醛膜。

将按照上述方法制备得到的表面积为1m²、硬涂层中分散有纳米TiO₂的硬涂层厚度为5μm的光催化降解甲醛膜，产品透过率达到82％，置于甲醛浓度2.12mg/m³的环境中处理24h，结果显示甲醛降解率为62.9％。

实施例8：光催化降解甲醛膜的制备

按照以下方法制备光催化降解甲醛膜：

(1)配置一定浓度的安装胶；

(2)在基材一侧表面均匀涂覆安装胶；安装胶厚度为10μm左右；

(3)将一定量的光催化材料TiO₂加入到基础硬涂层组分中，具体是：

按重量份数计，首先在配胶桶中加入15份的溶剂乙酸乙酯；然后将0.8份的光催化材料纳米TiO₂加入到盛有溶剂的桶中超声分散0.5h；再加入10份丙烯酸树脂，搅拌1.5h；然后加入0.1份附着力促进剂、0.1份光稳定剂、0.1份光引发剂等再充分搅拌1.5h，得到分散均匀的硬化液涂层。其中纳米TiO₂是锐钛型TiO₂和金红石型TiO₂按照质量比4:6的比例混合得到的。

(4)进行上机涂覆，在基材的另一侧涂覆上一步硬涂层；控制烘箱温度80°，光照强度280mJ/cm²，线速度30m/min，根据工艺即可以得到不同厚度，比如的厚度为1～5μm的降解甲醛膜。

将按照上述方法制备得到的表面积为1m²、硬涂层中分散有纳米TiO₂的硬涂层厚度为5μm的光催化降解甲醛膜，产品透过率达到84％，置于甲醛浓度2.12mg/m³的环境中处理24h，结果显示甲醛降解率为63.1％。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。