CN103112231B - 一种具有光催化和防静电复合功能的自洁涂层及其生产方法 - Google Patents
一种具有光催化和防静电复合功能的自洁涂层及其生产方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种光催化和防静电复合功能的自洁涂层及其生产方法，具体来说是通过使可见光响应的光催化材料与防静电材料在基材表面附着相结合的办法，在不同建筑物外部装饰材料表面上实现防污、防尘、光催化自清洁功能。产品由封闭层、防静电层、光催化层组成自洁涂层；封闭层涂覆在基材表面，在封闭层上复合防静电层，最后在防静电层上复合光催化层，是一种既具备可见光条件下自清洁，又有防尘功能的新型自洁涂层，主要应用在建筑屋面、建筑幕墙、墙面装饰、玻璃表面和市政交通工程建设和改造工程项目中。
Description
技术领域
本发明涉及一种光催化和防静电复合功能的自洁涂层及其生产方法，具体来说是指采用涂覆法在不同建筑物外部装饰材料表面上实现防污、防尘、光催化自清洁功能。产品主要应用在建筑屋面、建筑幕墙、墙面装饰、玻璃表面和市政交通工程建设和改造工程项目中。
背景技术
建筑外墙用自洁涂层通常是通过表面超亲水性，使得污染物在雨水冲洗下自然脱落，从而实现自清洁功能。但在实际应用中，由于传统自洁涂层材料的超亲水性能是在太阳光照射条件下实现的，所以在阴雨天气下传统自洁涂层材料的超亲水性能大打折扣。另外干燥的天气，基材表面在自然环境作用下容易积累静电荷，这些静电荷易吸附空气中细小尘埃，也不能通过光催化反应使其分解，这些细小尘埃长期的积累会让涂层失去原具有的亲水性能从而失去自洁效果。这两点不足导致普通自洁涂层在外墙上应用达不到理论设计的自洁效果。
随着现代社会的进步生活质量的提高，人们日益追求健康时尚的生活方式，在建筑物外部装饰、墙面装饰、玻璃表面、公共工程建设等方面自洁涂层的需求与日俱增，特别是防污、防尘性能出色的自洁涂层的需求市场巨大。目前在全球范围内传统自洁涂层材料都存在工作性差、自洁效果不显著等缺陷。
发明内容
本发明目的是针对上述不足之处，提出一种光催化和防静电复合功能涂层及其生产方法，其特征在于通过使可见光响应的光催化材料与防静电材料在基材表面附着相结合的办法，实现了一种应用在建筑外墙领域，既具备可见光条件下自清洁，又有防尘功能的新型自洁涂层。
本发明一种具有光催化和防静电复合功能的自洁涂层及其生产方法是通过以下技术方案实现：
一种光催化和防静电复合功能的自洁涂层，包括封闭层、防静电层、光催化层；封闭层涂覆在基材表面，在封闭层上复合防静电层，最后在防静电层上复合光催化层。
所述的基材选用水泥板、玻璃、铝板、大理石、人造石、陶瓷中的至少一种。
所述的封闭层采用有机硅防水剂、环氧树脂乳液、聚丙烯乳液中的一种或一种以上，配置成质量百分浓度为0.5%-5%的封闭底剂悬浊液，以0.01-0.2 L/m2量在基材表面喷涂而成。
所述的防静电层采用纳米SnO2、纳米SiO2、纳米Ag2O、成膜剂、成膜助剂按一定比例分散在醇类溶剂中制成防静电原液，经高速搅拌均匀后，在封闭层表面均匀喷涂2-4次制成。
所述光催化层采用市售纳米二氧化钛固体粉剂或溶剂，配置成质量百分浓度为0.1%-2%的悬浊液，以0.01-0.1L/m2量在防静电涂层表面喷涂制备。
一种具有光催化和防静电复合功能的自洁涂层的生产方法如下：
1）基材表面进行水洗或酸洗处理，去除基材表面灰尘、污垢、杂质，再采用自然烘干2-8h或鼓风干燥1-4h。保证基材表面洁净干燥。
所述的基材选用水泥板、玻璃、铝板、大理石、人造石、陶瓷中的至少一种；
2）配置质量百分浓度为0.5%-5%的封闭底剂悬浊液，用喷枪在洁净干燥后的基材表面均匀喷射，喷涂量控制在0.01-0.2L/m2，喷涂完成后自然干燥30分钟-90分钟或鼓风干燥10分钟-60分钟，形成封闭层；
所述的封闭底剂采用有机硅防水剂、环氧树脂乳液、聚丙烯乳液中的一种或一种以上；
3）将溶剂、纳米SnO2、 SiO2、Ag2O、成膜剂、成膜助剂按照下述重量百分配比混合，搅拌均匀后制成防静电材料原液。其中原料重量百分配比为：
成膜剂 1-10％
成膜助剂 0-1.5%
纳米SnO2 0-2%
纳米Ag2O 0-1.5%
纳米SiO2 0-5%
溶剂 35-55%
去离子水 35-60%
所述的成膜剂选用氟碳树脂、硅烷树脂、丙烯酸树脂、丁二烯树脂、聚氨酯成膜剂、硝酸纤维成膜剂中的一种或几种；
所述的成膜助剂选用低分子蜡类分散剂、醚醇类高聚物、聚已二醇、醇酯十二中的一种或几种；
所述的纳米SnO2选用固含量在10%粒径在5-10纳米的线状晶体透明液体；
所述的纳米Ag2O选用粒径在5-20纳米左右的氧化银胶体溶液；
所述的纳米SiO2选用粒径在5-10纳米的片状SiO2 溶胶体；
所述的溶剂选用甲醇、乙醇、丙醇、乙二醇、丙三醇中的至少一种；
4）将配置好防静电材料原液注入化学合成反应釜中，转速控制在300-600转/分钟，温度控制在60-80℃，搅拌5-10小时，搅拌均匀；
5）将搅拌结束后的液体在20-40℃条件下陈化1-5小时，自然冷却至室温，即得防静电材料；
6） 采用上述防静电材料，利用口径在1.2以下的自动空气喷枪，喷枪口距离基材表面10-20cm，横向、纵向均匀喷涂2-4次，喷涂后仔细观察被喷涂的基材表面，确保无明显厚薄不均、无流挂、无气泡、无花纹、无遗漏，喷涂结束形成防静电层；
7）待基材表面形成防静电涂层后可通过低温加热或常温下养护的方式，使成膜材料发生缩合反应，形成硬化涂膜，这种硬化过程在1-48小时之间，根据具体施工环境温度而定；
8）配置质量百分浓度为0.1%-2%的可见光光触媒悬浊液，用喷枪在喷涂有防静电涂层后的基材表面均匀喷射，喷涂量控制在0.01-0.1L/m2，喷涂完成后风干5分钟-30分钟或自然干燥10分钟-60分钟，形成光催化和防静电复合功能的自洁涂层；
所述的可见光光触媒采用市售纳米二氧化钛固体粉剂或溶剂，优选用日本CON公司可见光光触媒或TOTO公司可见光光触媒；
本发明的有益效果是：
1使用该自洁体系施工后的涂层可以表现出良好的超亲水性能，即使在无光照的情况下，如夜晚、阴天也有良好的超亲水性能，克服单一光催化涂层须有紫外光照射条件下才具有自洁功能的弱点。
2本涂层的亲水性能非常好，水接触角测试结果在5°以下。
3本涂层表面电阻值在106-108Ω.cm，能够起到很好防静电效果。
4本涂层中纳米线状晶体结构在外表面形成微小的纳米绒毛状凹凸结构，达到降低尘埃与涂层间的分子吸引力，使得灰尘很容易被雨水自然冲刷干净。
5本涂层材料无色透明，不影响基材表面颜色及装饰效果。
6本涂层厚度仅为0.5-2微米，便于控制成本，同时更好的在市场中大面积推广。
附图说明
以下结合附图对本发明作进一步说明：
图1是具有光催化和防静电复合功能的自洁涂层的结构示意图。
具体实施方式
参照附图1，一种具有光催化和防静电复合功能的自洁涂层包括基材1、封闭层2、防静电材料3、可见光响应的光催化层4；被涂覆基材1上复合封闭层2，在封闭层2上复合有防静电层3，在防静电层3上复合有可见光响应的光催化层4。
实施案例1：
1）对需要进行自清洁处理的水泥板表面进行酸洗处理，去除水泥板表面灰尘、污垢、杂质，再采用自然烘干2h，保证基材表面洁净干燥。
2）配置质量百分浓度为0.5%的有机硅防水剂悬浊液，用喷枪在洁净干燥的基材表面均匀喷射，喷涂量控制在0. 1L/m2，喷涂完成后自然干燥60分钟，形成封闭层。
3）按照重量百分配比将成膜剂氟碳树脂5kg(5%)、成膜助剂聚已二醇0.1 kg (0.1%)、5nm的纳米氧化锡2kg（2％）、20m的纳米氧化银0.5kg（0.5%）、10nm的纳米氧化硅1kg（1%）、甲醇35kg（35%）、去离子水56.4kg（56.4%）、搅拌均匀后制成防静电材料原液备用。
4）将配置好防静电材料原液注入化学合成反应釜中，转速控制在300转/分钟，温度控制在80℃，搅拌5小时，搅拌均匀；
5）将搅拌结束后的液体在40℃条件下陈化4小时，自然冷却至室温，即得防静电材料；
6）采用上述防静电材料，利用口径1的自动空气喷枪，喷枪口距离基材表面10cm，横向、纵向均匀喷涂2次，喷涂后仔细观察被喷涂的基材表面，确保无明显厚薄不均、无流挂、无气泡、无花纹、无遗漏，喷涂结束形成防静电层。
7）待基材表面形成防静电涂层后放置于常温下养护6小时，使成膜材料发生缩合反应，形成硬化涂膜。
8）配置质量百分浓度为0.1%的可见光光触媒悬浊液，用喷枪在喷涂有防静电涂层后的基材表面均匀喷射，喷涂量控制在0.1L/m2，喷涂完成后风干30分钟，形成光催化和防静电复合功能的自洁涂层。
实施案例2：
1）对需要进行自清洁处理的玻璃表面进行水洗处理，去除玻璃表面灰尘、污垢、杂质，，再采用自然烘干8h，保证基材表面洁净干燥。
2）配置质量百分浓度为1%的有机硅防水剂悬浊液，用喷枪在洁净干燥的基材表面均匀喷射，喷涂量控制在0. 01L/m2，喷涂完成后自然干燥30分钟，形成封闭层。
3）按照重量百分配比将成膜剂丁二烯树脂10kg(10%)、8nm的纳米氧化锡1kg（1％）、15nm的纳米氧化银0.5kg（0.5%）、8nm的纳米氧化硅5kg（5%）、乙醇45kg（45%）、去离子水38.5kg（38.5%）、搅拌均匀后制成防静电材料原液备用。
4）将配置好防静电材料原液注入化学合成反应釜中，转速控制在400转/分钟，温度控制在60℃，搅拌10小时，搅拌均匀；
5）将搅拌结束后的液体在20℃条件下陈化1小时，自然冷却至室温，即得防静电材料；
6）采用上述防静电材料，利用口径0.5的自动空气喷枪，喷枪口距离基材表面20cm，横向、纵向均匀喷涂3次，喷涂后仔细观察被喷涂的基材表面，确保无明显厚薄不均、无流挂、无气泡、无花纹、无遗漏，喷涂结束形成防静电层。
7）待基材表面形成防静电涂层后放置于常温下养护24小时，使成膜材料发生缩合反应，形成硬化涂膜。
8）配置质量百分浓度为1%的可见光光触媒悬浊液，用喷枪在喷涂有防静电涂层后的基材表面均匀喷射，喷涂量控制在0.01L/m2，喷涂完成后自然干燥10分钟，形成光催化和防静电复合功能的自洁涂层。
实施案例3：
1）对需要进行自清洁处理的铝板表面进行酸洗处理，去除铝板表面灰尘、污垢、杂质，再采用自然烘干4h，保证基材表面洁净干燥。
2）配置质量百分浓度为2.5%的环氧树脂悬浊液，用喷枪在洁净干燥的基材表面均匀喷射，喷涂量控制在0. 2L/m2，喷涂完成后自然干燥90分钟，形成封闭层。
3）按照重量百分配比将成膜剂硅烷树脂8kg(8%)、成膜助剂低分子蜡类分散剂1.5 kg (1.5%)、5nm的纳米氧化银1.5kg（1.5%）、5nm的纳米氧化硅3kg（3%）、乙二醇40kg（40%）、去离子水46kg（46%）、搅拌均匀后制成防静电材料原液备用。
4）将配置好防静电材料原液注入化学合成反应釜中，转速控制在600转/分钟，温度控制在70℃，搅拌8小时，搅拌均匀；
5）将搅拌结束后的液体在30℃条件下陈化5小时，自然冷却至室温，即得防静电材料；
6）采用上述防静电材料，利用口径1的自动空气喷枪，喷枪口距离基材表面15cm，横向、纵向均匀喷涂4次，喷涂后仔细观察被喷涂的基材表面，确保无明显厚薄不均、无流挂、无气泡、无花纹、无遗漏，喷涂结束形成防静电层。
7）待基材表面形成防静电涂层后放置于常温下养护1小时，使成膜材料发生缩合反应，形成硬化涂膜。
8）配置质量百分浓度为2%的可见光光触媒悬浊液，用喷枪在喷涂有防静电涂层后的基材表面均匀喷射，喷涂量控制在0.05L/m2，喷涂完成后自然干燥60分钟，形成光催化和防静电复合功能的自洁涂层。
实施案例4：
1）对需要进行自清洁处理的陶瓷表面进行水洗处理，去除陶瓷表面灰尘、污垢、杂质，再采用鼓风干燥1h，保证基材表面洁净干燥。
2）配置质量百分浓度为5%的丙烯酸悬浊液，用喷枪在洁净干燥的基材表面均匀喷射，喷涂量控制在0. 05L/m2，喷涂完成后鼓风干燥10分钟，形成封闭层。
3）按照重量百分配比将成膜剂丙烯酸树脂1kg(1%)、成模助剂醚醇类高聚物1kg（1%）、10nm的纳米氧化锡1kg（1％）、6nm的纳米氧化硅2kg（2%）、丙三醇35kg（35%）、去离子水60kg（60%）、搅拌均匀后制成防静电材料原液备用。
4）将配置好防静电材料原液注入化学合成反应釜中，转速控制在400转/分钟，温度控制在80℃，搅拌8小时，搅拌均匀；
5）将搅拌结束后的液体在40℃条件下陈化5小时，自然冷却至室温，即得防静电材料；
6）采用上述防静电材料，利用口径1的自动空气喷枪，喷枪口距离基材表面10cm，横向、纵向均匀喷涂2次，喷涂后仔细观察被喷涂的基材表面，确保无明显厚薄不均、无流挂、无气泡、无花纹、无遗漏，喷涂结束形成防静电层。
7）待基材表面形成防静电涂层后放置于常温下养护48小时，使成膜材料发生缩合反应，形成硬化涂膜。
8）配置质量百分浓度为0.5%的可见光光触媒悬浊液，用喷枪在喷涂有防静电涂层后的基材表面均匀喷射，喷涂量控制在0.02L/m2，喷涂完成后风干5分钟，形成光催化和防静电复合功能的自洁涂层。
实施案例5：
1）对需要进行自清洁处理的人造石表面进行酸洗处理，去除人造石表面灰尘、污垢、杂质，再采用鼓风干燥2h，保证基材表面洁净干燥。
2）配置质量百分浓度为1%的有机硅防水剂悬浊液，用喷枪在洁净干燥的基材表面均匀喷射，喷涂量控制在0. 1L/m2，喷涂完成后鼓风干燥30分钟，形成封闭层。
3）按照重量百分配比将聚氨酯成膜剂8kg(8%)、成模助剂醇酯十二0.5kg（0.5%）、6nm的纳米氧化锡1kg（1％）、10nm的纳米氧化银1kg（1%）、丙醇55kg（55%）、去离子水35kg（35%）搅拌均匀后制成防静电材料原液备用。
4）将配置好防静电材料原液注入化学合成反应釜中，转速控制在300转/分钟，温度控制在60℃，搅拌5小时，搅拌均匀；
5）将搅拌结束后的液体在40℃条件下陈化4小时，自然冷却至室温，即得防静电材料；
6）采用上述防静电材料，利用口径1的自动空气喷枪，喷枪口距离基材表面20cm，横向、纵向均匀喷涂3次，喷涂后仔细观察被喷涂的基材表面，确保无明显厚薄不均、无流挂、无气泡、无花纹、无遗漏，喷涂结束形成防静电层。
7）待基材表面形成防静电涂层后放置于常温下养护12小时，使成膜材料发生缩合反应，形成硬化涂膜。
8）配置质量百分浓度为1%的可见光光触媒悬浊液，用喷枪在喷涂有防静电涂层后的基材表面均匀喷射，喷涂量控制在0.04L/m2，喷涂完成后风干20分钟，形成光催化和防静电复合功能的自洁涂层。
实施案例6：
1）对需要进行自清洁处理的大理石表面进行水洗处理，去除大理石表面灰尘、污垢、杂质，再采用鼓风干燥4h，保证基材表面洁净干燥。
2）配置质量百分浓度为2%的有机硅防水剂悬浊液，用喷枪在洁净干燥的基材表面均匀喷射，喷涂量控制在0. 02L/m2，喷涂完成后鼓风干燥60分钟，形成封闭层。
3）按照重量百分配比将硝酸纤维成膜剂5kg(5%)、成膜助剂聚已二醇0.5 kg (0.5%)、9nm的纳米氧化锡1.5kg（1.5％）、7nm的纳米氧化银1kg（1%）、7nm的纳米氧化硅3kg（3%）、甲醇40kg（40%）、去离子水49kg（49%）、搅拌均匀后制成防静电材料原液备用。
4）将配置好防静电材料原液注入化学合成反应釜中，转速控制在600转/分钟，温度控制在80℃，搅拌5小时，搅拌均匀；
5）将搅拌结束后的液体在40℃条件下陈化4小时，自然冷却至室温，即得防静电材料；
6）采用上述防静电材料，利用口径1的自动空气喷枪，喷枪口距离基材表面15cm，横向、纵向均匀喷涂4次，喷涂后仔细观察被喷涂的基材表面，确保无明显厚薄不均、无流挂、无气泡、无花纹、无遗漏，喷涂结束形成防静电层。
7）待基材表面形成防静电涂层后放置于常温下养护24小时，使成膜材料发生缩合反应，形成硬化涂膜。
8）配置质量百分浓度为1%的可见光光触媒悬浊液，用喷枪在喷涂有防静电涂层后的基材表面均匀喷射，喷涂量控制在0.1L/m2，喷涂完成后自然干燥40分钟，形成光催化和防静电复合功能的自洁涂层。
本发明一种光催化和防静电复合功能的自洁涂层及其生产方法充分利用了防静电材料与可见光效应的光催化材料的复合效应，采用喷涂的方法在基材表面形成纳米自洁涂层，实现了一种既具备优良的防污、防尘功能，又具有光催化功能的新型绿色材料。本发明有利于在大型地标工程的应用，能够把每一个地标建筑都设计成为永久的、有个性特点的、具有环保、美观的艺术作品。
本发明一种光催化和防静电复合功能的自洁涂层，主要针对在传统自洁材料领域性能差的现实，开发出一种新型的自清洁功能的涂层产品。产品克服了传统自洁材料工作性差、自洁效果不显著等缺陷，应用到建筑外墙能够保持装饰表面具有优良的自清洁性能。
本发明一种光催化和防静电复合功能的自洁涂层及其生产方法制作的产品经过检测达到以下技术指标：光催化涂层附着力0-1级；光催化性能：自洁功能表征为最小水接触角<10°；耐沾污性能为反射系数下降率<10%；
Claims (8)
1.一种光催化和防静电复合功能的自洁涂层，其特征在于：包括封闭层（2）、防静电层（3）、光催化层（4）；封闭层（2）涂覆在基材（1）表面，在封闭层（2）上复合防静电层（3），最后在防静电层（3）上复合光催化层（4）；所述的防静电层(3)采用纳米SnO2、纳米SiO2、纳米Ag2O、成膜剂、成膜助剂按一定比例分散在醇类溶剂中制成防静电原液，经高速搅拌均匀后，在封闭层表面均匀喷涂2-4次制成；所述光催化层（4）采用市售纳米二氧化钛固体粉剂或溶剂，配置成质量百分浓度为0.1%-2%的悬浊液，以0.01-0.1L/m2量在防静电涂层表面喷涂制备。
2.根据权利要求1所述的光催化和防静电复合功能的自洁涂层，其特征在于：所述的基材(1)选用水泥板、玻璃、铝板、大理石、人造石、陶瓷中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的光催化和防静电复合功能的自洁涂层，其特征在于：所述的封闭层(2)采用有机硅防水剂、环氧树脂乳液、聚丙烯乳液中的一种或一种以上，配置成质量百分浓度为0.5%-5%的封闭底剂悬浊液，以0.01-0.2 L/m2量在基材表面喷涂而成。
4.一种光催化和防静电复合功能的自洁涂层的生产方法，其特征在于：
1）基材表面进行水洗或酸洗处理，去除基材表面杂质，再采用自然烘干2-8h或鼓风干燥1-4h，保证基材表面洁净干燥；
2）配置质量百分浓度为0.5%-5%的封闭底剂悬浊液，用喷枪在洁净干燥后的基材表面均匀喷射，喷涂量控制在0.01-0.2L/m2，喷涂完成后自然干燥30分钟-90分钟或鼓风干燥10分钟-60分钟，形成封闭层；
3）将溶剂、纳米SnO2、 SiO2、Ag2O、成膜剂、成膜助剂按照下述重量百分配比混合，搅拌均匀后制成防静电材料原液，所述纳米SnO2、SiO2和Ag2O同时使用或选用其中的两种，其中原料重量百分配比为：
成膜剂 1-10％
成膜助剂 0-1.5%
纳米SnO2 0-2%
纳米Ag2O 0-1.5%
纳米SiO2 0-5%
溶剂 35-55%
去离子水 35-60%；
4）将配置好防静电材料原液注入化学合成反应釜中，转速控制在300-600转/分钟，温度控制在60-80℃，搅拌5-10小时，搅拌均匀；
5）将搅拌结束后的液体在20-40℃条件下陈化1-5小时，自然冷却至室温，即得防静电材料；
6） 采用上述防静电材料，利用口径在1.2以下的自动空气喷枪，喷枪口距离基材表面10-20cm，横向、纵向均匀喷涂2-4次，喷涂后仔细观察被喷涂的基材表面，确保无明显厚薄不均、无流挂、无气泡、无花纹、无遗漏，喷涂结束形成防静电层；
7）待基材表面形成防静电涂层后可通过低温加热或常温下养护的方式，使成膜材料发生缩合反应，形成硬化涂膜，这种硬化过程在1-48小时之间，根据具体施工环境温度而定；
8）配置质量百分浓度为0.1%-2%的可见光光触媒悬浊液，用喷枪在喷涂有防静电涂层后的基材表面均匀喷射，喷涂量控制在0.01-0.1L/m2，喷涂完成后风干5分钟-30分钟或自然干燥10分钟-60分钟，形成光催化和防静电复合功能的自洁涂层。
5.根据权利要求4所述的光催化和防静电复合功能的自洁涂层生产方法，其特征在于：所述的防静电材料中成膜剂选用氟碳树脂、硅烷树脂、丙烯酸树脂中的至少一种。
6.根据权利要求4所述的光催化和防静电复合功能的自洁涂层生产方法，其特征在于：所述的防静电材料中成膜助剂选用低分子蜡类分散剂、聚已二醇中的一种或几种。
7.根据权利要求4所述的光催化和防静电复合功能的自洁涂层生产方法，其特征在于：所述的防静电材料中纳米SnO2选用固含量在10%粒径在5-10纳米的线状晶体透明液体；所述的纳米Ag2O选用粒径在5-20纳米的氧化银胶体溶液；所述的纳米SiO2选用粒径在5-10纳米的片状SiO2 溶胶体。
8.根据权利要求4所述的光催化和防静电复合功能的自洁涂层生产方法，其特征在于：所述的防静电材料中溶剂选用甲醇、乙醇、丙醇、乙二醇、丙三醇中的至少一种。
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