CN1699263A - 一种具有净化和美化功能的复合材料 - Google Patents

Abstract

一种具有净化和美化功能的复合材料，将蓄能长余辉发光材料、纳米光催化材料和抗菌金属化合物复合在一起，其复合方式包括：将蓄能发光材料和抗菌金属化合物制备成抗菌发光陶瓷，然后将光催化材料在发光陶瓷表面以薄膜形式固定；将蓄能发光材料制成发光玻璃，然后将光催化材料和抗菌金属离子在发光玻璃表面固定；将蓄能发光材料在基底表面制备成发光釉，然后在其上制备抗菌釉，最后在表面制备光催化薄膜；将蓄能发光材料、抗菌金属化合物和光催化材料粉末在衬底表面以釉的形式固定等。本发明具有发光特性、降解污染物以及对细菌的杀灭和抑制作用，可以用于环境的装饰美化以及水、空气和公共环境的净化。

Description

一种具有净化和美化功能的复合材料

所属技术领域

本发明涉及一种具有净化和美化功能的复合材料，可以用于空气、水和周围环境中污染物的降解、细菌的杀灭和抑制，并且在夜晚具有自发光特性从而具有净化和美化作用。

背景技术

随着生活水平和健康意识的提高，人们对生活质量的要求越来越高，生活在美丽而洁净的环境中成为人们的普遍追求。

纳米光催化材料例如TiO₂和ZnO，在外界光的照射下，能有效地分解周围环境中的有机污染物和细菌，为人们提供一个清洁的环境。但纳米光催化材料只有在光的照射下才能发挥净化作用，如果关闭光源，在黑暗的环境中就不具备光催化功能。蓄能发光材料，也称为长余辉发光材料，能够吸收外部光源包括紫外光，太阳光，照明用光等，当光源关闭时能缓慢发光，从而具有显示装饰功能。因此人们便将此两种材料复合起来，实现光照下和黑暗中的净化功能，如中国专利申请200410003459.3和20041009236.8所介绍的，但是受蓄能发光材料本身发光亮度的限制，此两种材料复合后，夜晚的净化效果并不十分显著，本发明将蓄能发光材料、光催化材料和抗菌金属离子Ag+相复合制备成复合材料，在光照下和黑暗中具有高效抗菌、抑菌功能。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种具有净化和美化功能的复合材料，此复合材料实现了各功能特性的协同作用，在光照下具有降解有机物污染物和杀灭细菌的净化作用，黑暗中金属离子具有高效持久抑菌作用，并且长余辉发光材料的缓释光具有装饰、显示功能，所以本复合材料具有净化环境和美化环境的双重功效。

本发明的技术解决方案：一种具有净化和美化功能的复合材料，其特点在于将蓄能长余辉发光材料aMO·bAl₂O₃·cSiO₂·dB₂O₃：RE，M，M′(其中a＝1～4，b＝0～7，c＝0～2，d＝0～0.10，RE为稀土元素，M为除稀土元素以外的金属元素，M′为金属元素)、纳米光催化材料TiO₂、ZnO和抗菌金属化合物如Ag₂MoO₄、Ag₃PO₄等复合在一起。

上述复合材料的复合方式主要包括如下几种：

1.将蓄能发光材料和抗菌金属化合物制备成抗菌发光陶瓷，然后将光催化材料在发光陶瓷表面以薄膜形式固定，具体步骤如下：

(1)将10％-30％磷酸铝、70％-90％蓄能长余辉发光材料粉末和0.01-2％抗菌金属化合物粉末用水混合均匀，在模具中形成一定的形状，在600℃-1100℃煅烧0.1-2小时得到发光陶瓷；

(2)将光催化材料的溶胶施于发光陶瓷表面，干燥后，于空气煅烧炉中400℃-600℃保温1-3小时得到复合材料。

2.将蓄能发光材料制成发光玻璃，然后将纳米光光催化材料和金属离子在发光玻璃表面固定，具体步骤如下：

(1)以75％-90％玻璃粉作为载体，掺杂10％-25％蓄发长余辉发光材料粉体，混合均匀，在760℃-1100℃熔融，冷却后制得外观和性能良好的发光玻璃；

(2)按照Ag⁺占纳米光催化材料为1％-4％的比例将AgNO₃混合入光催化材料溶胶中，将溶胶施于发光陶瓷表面，干燥后，于空气煅烧炉中400℃-600℃保温1-3小时得到复合材料。

3.将蓄能发光材料在基底表面制备成发光釉，然后在其上制备抗菌釉，最后在表面制备光催化薄膜。或者将蓄能发光材料、抗菌金属化合物和光催化材料粉末在衬底表面以釉的形式固定，具体步骤如下：

(1)将90％-50％陶瓷釉熔块粉末、10％-50％蓄能长余辉发光材料粉、0.5％-3％膨润土按比例混合；

(2)用浓度为0.5％-2％的CMC水溶液混合成均匀浆料，然后将此浆料均匀施于光滑陶瓷表面；

(3)将0.01％-1％抗菌金属化合物粉末与陶瓷釉熔块粉用浓度为0.5％-2％的CMC水溶液混合搅拌，均匀施于已干燥好的发光层表面，于空气煅烧炉中于空气煅烧炉中800℃-1100℃保温0.1-1小时得到复合材料；

(4)将光催化材料的溶胶施于发光陶瓷表面，干燥后，于空气煅烧炉中400℃-600℃保温1-3小时得到复合材料。

或者在第三步中将0.01％-1％的抗菌金属化合物粉末与0.01％-1％的纳米光催化材料粉末及陶瓷釉熔块粉用浓度为0.5％-2％的CMC水溶液混合搅拌，均匀施于已干燥好的发光层表面，于空气煅烧炉中于空气煅烧炉中800℃-1100℃保温0.1-1小时得到复合材料。

4、将蓄能发光材料、光催化材料和抗菌金属化合物混合于涂料内，制备成多功能涂料，具体步骤如下：

将长余辉发光粉末、纳米光催化材料粉末、抗菌金属化合物按照100∶1-5∶0.01-0.2的比例与商用丙烯酸涂料混合，剧烈机械搅拌均匀，刷涂于衬底上，十几分钟后涂料干燥，就可以形成复合功能涂料。

本发明与现有技术相比的优点在于：本发明将蓄能长余辉发光材料、纳米光催化材料及抗菌金属离子相复合，实现了各功能特性的协同作用，在光照下具有降解有机物污染物和杀灭细菌的净化作用，黑暗中金属离子具有抑菌作用，并且长余辉发光材料的缓释光具有装饰、显示功能，所以本涂层具有净化环境和美化环境的双重功效。这种新材料既能保留蓄能发光材料的显示功能、光催化材料在光照下的净化功能和抗菌金属离子的杀菌作用，又能实现蓄能光催化，即将蓄能材料吸收的光存储起来，在外界光关闭时为光催化材料提供光源，实现催化净化。

附图说明

图1所示是本复合材料的一种结构示意图，是实施例5、6的复合方式；

图2是本复合材料的另一种结构示意图，是实施例7、8的复合方式。

具体实施方式

实施例1

此例是将蓄能发光材料和抗菌金属化合物制成抗菌发光陶瓷，最后在表面制备光催化薄膜的一个例子，具体步骤如下：

(1)将80％蓝色发光粉末4SrO·7Al₂O₃·0.05B₂O₃：Nd，Eu、19％磷酸铝和1％抗菌金属化合物Ag₃PO₄粉末用水混合均匀，在模具中形成一定的形状，在600℃煅烧2小时得到发光陶瓷；

(2)将ZnO溶胶施于发光陶瓷表面，干燥后，于空气煅烧炉中550℃保温1小时得到蓄能光催化材料。

实施例2

此例是将蓄能发光材料和抗菌金属化合物制成抗菌发光陶瓷，最后在表面制备光催化薄膜的另一个例子，具体步骤如下：

(1)将80％紫色发光粉末CaO·Al₂O₃·0.04B₂O₃：La，Nd，Eu、20％磷酸铝和0.08％的抗菌金属化合物Ag₂MoO₄粉末用水混合均匀，在模具中形成一定的形状，在700℃煅烧2小时得到发光陶瓷；

(2)将TiO₂溶胶施于发光陶瓷表面，干燥后，于空气煅烧炉中450℃保温1小时得到蓄能光催化材料。

实施例3

此例是将蓄能发光材料制成发光玻璃，然后将纳米光光催化材料和抗菌金属离子在发光玻璃表面固定的一个例子，具体步骤如下：

(1)玻璃载体的组成为30SiO₂·20B₂O₃·20BaO·5ZnO·15Na₂O·10K₂O，将原料混合球磨均匀，1200℃保温1小时，然后水淬制得低熔点的硼硅酸盐玻璃粉末；

(2)将75％该低熔点玻璃粉末和25％的0.89SrO·1.07Al₂O₃·0.02SiO₂·0.06B₂O₃：Dy，Eu绿色发光粉末按比例混合均匀，在800℃条件下保温30分钟，制得外观和性能良好的发光玻璃；

(3)将纳米光催化材料TiO₂和抗菌金属Ag⁺的复合溶胶施于发光陶瓷表面(Ag⁺占TiO₂的含量为3％)，干燥后，于空气煅烧炉中450℃保温1小时烧成。

实施例4

此例仍是将蓄能发光材料制成发光玻璃，然后将纳米光光催化材料和抗菌金属离子在发光玻璃表面固定的一个例子，具体步骤如下：

(1)玻璃载体的组成为20SiO₂·46B₂O₃·20BaO·14Na₂O，将原料混合球磨均匀，1100℃保温0.5小时，然后水淬制得玻璃粉末；

(2)将80％该玻璃粉末和20％的3.9SrO·7Al₂O₃·0.1SiO₂·0.03B₂O₃：Dy，Eu蓝色发光粉末按比例混合均匀，在760℃条件下保温30分钟，制得外观和性能良好的发光玻璃；

(3)将纳米光催化材料TiO₂和抗菌金属Ag⁺的复合溶胶施于发光陶瓷表面(Ag⁺占TiO₂的含量为1％)，干燥后，于空气煅烧炉中400℃保温2小时烧成。

实施例5

此例是将蓄能发光材料在各种衬底上制备成发光釉，然后在发光釉料表面固定抗菌金属离子，最后将光催化材料在发光釉料表面以薄膜形式固定的一个例子，如图1所示，具体步骤如下：

(1)将60％陶瓷釉熔块粉、39％绿色长余辉发光粉SrO·Al₂O₃·0.05B₂O₃：Dy，Eu、1％膨润土称量混合；

(2)用浓度为1％的CMC水溶液为介质将各原料球磨混合成均匀浆料，将此浆料丝网印刷于陶瓷表面；

(3)将0.05％抗菌金属化合物粉末Ag₂MoO₄和99.95％的陶瓷釉熔块粉称量，用浓度为1％的CMC溶液混合成均匀浆料，将此浆料丝网印刷到已干燥好的发光层表面，于空气煅烧炉中于1000℃快速烧成发光抗菌釉；

(4)将TiO₂溶胶施于发光釉层表面，干燥后，于空气煅烧炉中500℃煅烧1小时即得复合材料。

实施例6

此例仍是将蓄能发光材料在各种衬底上制备成发光釉，然后在发光釉料表面固定抗菌金属离子，最后将光催化材料在发光釉料表面以薄膜形式固定的一个例子，具体步骤如下：

(1)将50％的陶瓷釉熔块粉、48％的蓝色长余辉发光粉末4SrO·7Al₂O₃·0.07B₂O₃：Nd，Eu、2％膨润土称量；

(2)用1％CMC水溶液为介质将各原料球磨混合成均匀浆料，将此浆料丝网印刷于陶瓷表面；

(3)将0.06％的Ag₂MoO₄抗菌金属化合物粉末和陶瓷釉熔块粉称量，用浓度为1％的CMC溶液混合成均匀浆料，将此浆料丝网印刷到已干燥好的发光层表面，于空气煅烧炉中于890℃快速烧成发光抗菌釉；

(4)将TiO₂溶胶施于发光釉层表面，干燥后，于空气煅烧炉中450℃煅烧2小时即得复合材料。

如实施例6所示的复合材料，用紫外灯、荧光灯或日光灯照射15分钟，黑暗中的余辉时间大于10小时；测试其大肠杆菌的杀灭作用，在边长为20mm的表面制备有复合材料的方形面砖上面滴加浓度为1×10⁷CFU/ml的大肠杆菌溶液，测试其在黑暗中和8W荧光灯照射下的杀菌率，发现24小时后大肠杆菌的杀灭率大于99％。

实施例7

此例是将蓄能发光材料、抗菌金属化合物和光催化粉末在衬底表面以釉的形式固定的一个例子，如图2所示，具体步骤如下：

(1)将50％的陶瓷釉熔块粉、48％的蓝色长余辉发光粉末4SrO·7Al₂O3(0.05B2O3：Nd，Eu、2％膨润土称量；

(2)用1％CMC水溶液为介质将各原料球磨混合成均匀浆料，将此浆料丝网印刷于陶瓷表面；

(3)将陶瓷釉熔块粉、纳米TiO2粉末、抗菌金属化合物粉末Ag2MoO4、膨润土，按照100∶0.01∶0.05∶1的比例称量，然后利用0.5％的CMC水溶液搅拌均匀，喷涂上述发光层表面，干燥后，于空气煅烧炉中于810℃快速烧成复合材料。

如实施例7所示的复合材料，测试其大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的杀灭作用。在边长为20mm的表面制备有复合材料的方形面砖上面滴加浓度为1×10⁷CFU/ml的大肠杆菌菌液或浓度为1×10⁶CFU/ml的金黄色葡萄球菌菌液，测试其在黑暗中和8W荧光灯照射下的杀菌率，发现24小时后大肠杆菌的杀灭率大于99％。

实施例8

此例仍是将蓄能发光材料、抗菌金属化合物和光催化粉末在衬底表面以釉的形式固定的一个例子，具体步骤如下：

(1)将69％的陶瓷釉熔块粉、30％的绿色长余辉发光粉末SrO·Al₂O3·0.05B₂O₃：Dy，Eu、1％膨润土称量；

(2)用1％CMC水溶液为介质将各原料球磨混合成均匀浆料，将此浆料喷涂于陶瓷表面；

(3)将陶瓷釉熔块粉、纳米TiO₂粉末、抗菌金属化合物粉末Ag₃PO₄、膨润土，按照60∶40∶0.1∶0.1∶1的比例称量，然后利用1％的CMC水溶液搅拌均匀，喷涂到发光层表面，干燥后，于空气煅烧炉中于900℃煅烧0.1小时快速烧成复合材料。

实施例9

此例是制备多功能复合功能涂料的一个例子。

下面是具体的制备步骤：将10g蓝色3SrO·MgO·2SiO₂：Dy，Eu长余辉发光粉末、0.5g TiO₂纳米粉末、0.1g Ag₂MoO₄粉末与200ml商用丙烯酸涂料混合，剧烈机械搅拌均匀，刷涂于衬底上，十几分钟后涂料干燥，就可以形成复合功能涂料。

实施例10

下面是具体的制备步骤：将10g蓝绿色1.9(Sr，Ba)O·3.07Al₂O₃·0.8SiO₂·0.1B₂O₃：Dy，Eu长余辉发光粉末、1g TiO₂纳米粉末、0.03g Ag₂MoO₄粉末与200ml商用丙烯酸涂料混合，剧烈机械搅拌均匀，刷涂于衬底上，十几分钟后涂料干燥，就可以形成复合功能涂料。

Claims (6)

1、一种具有净化和美化功能的复合材料，其特征在于：将蓄能长余辉发光材料aMO·bAl₂O₃·cSiO₂·dB₂O₃：RE，M，M′(其中a＝1～4，b＝0～7，c＝0～2，d＝0～0.10，RE为稀土元素，M为除稀土元素以外的金属元素，M′为金属元素)、纳米光催化材料TiO₂、ZnO和抗菌金属化合物复合在一起。

2、根据权利要求1所述的具有净化和美化功能的复合材料，其特征在于：所述的抗菌金属化合物为Ag的化合物，包括Ag₂MoO₄、或Ag₃PO₄。

3、根据权利要求1所述的具有净化和美化功能的复合材料，其特征在于：所述的复合方式为：将蓄能发光材料和抗菌金属化合物制备成抗菌发光陶瓷，然后将光催化材料在发光陶瓷表面以薄膜形式固定，具体步骤如下：

(1)将10％-30％的磷酸铝、70％-90％蓄能长余辉发光材料粉末和0.01-2％的抗菌金属化合物粉末用水混合均匀，在模具中形成一定的形状，在600℃-1100℃煅烧0.1-2小时得到发光陶瓷；

(2)将光催化材料的溶胶施于发光陶瓷表面，干燥后，于空气煅烧炉中400℃-600℃保温1-3小时得到复合材料。

4、根据权利要求1所述的具有净化和美化功能的复合材料，其特征在于：所述的复合方式为：将蓄能发光材料制成发光玻璃，然后将纳米光光催化材料和金属离子在发光玻璃表面固定，具体步骤如下：

(1)以75％-90％玻璃粉作为载体，掺入10％-25％蓄发长余辉发光材料粉体，混合均匀，在760℃-1100℃熔融，冷却后制得外观和性能良好的发光玻璃；

(2)按照Ag⁺占纳米光催化材料为1％-4％的比例将AgNO₃混合入光催化材料溶胶中，将溶胶施于发光陶瓷表面，干燥后，于空气煅烧炉中400℃-600℃保温1-3小时得到复合材料。

5、根据权利要求1所述的具有净化和美化功能的复合材料，其特征在于：所述的复合方式为：将蓄能发光材料在基底表面制备成发光釉，然后在其上制备抗菌釉，最后在表面制备光催化薄膜。或者将蓄能发光材料、抗菌金属化合物和光催化材料粉末在衬底表面以釉的形式固定，具体步骤如下：

(1)将90％-50％陶瓷釉熔块粉、10％-50％蓄能长余辉发光材料粉末、0.5％-3％膨润土按比例混合；

(2)用浓度为0.5％-2％的CMC水溶液将上述混合物混合成均匀浆料，然后将此浆料均匀施于光滑陶瓷表面；

(3)将0.01％-1％抗菌金属化合物粉末与陶瓷釉熔块粉用浓度为0.5％-2％的CMC水溶液混合搅拌，均匀施于已干燥好的发光层表面，于空气煅烧炉中800℃-1100℃保温0.1-1小时得到复合材料。

(4)将光催化材料的溶胶施于发光陶瓷表面，90℃干燥后，于空气煅烧炉中400℃-600℃保温1-3小时得到复合材料。

或者在第三步中将0.01％-1％抗菌金属化合物粉末与0.01％-1％的纳米光催化材料粉末及陶瓷釉熔块粉用浓度为0.5％-2％的CMC水溶液混合搅拌，均匀施于已干燥好的发光层表面，于空气煅烧炉中800℃-1100℃保温0.1-1小时得到复合材料。

6、根据权利要求1所述的具有净化和美化功能的复合材料，其特征在于：所述的复合方式为：将蓄能发光材料、光催化材料和抗菌金属化合物混合于涂料内，制备成多功能涂料，具体步骤如下：

将长余辉发光粉末、纳米光催化材料粉末、抗菌金属化合物按照100∶1-5∶0.01-0.2的比例与商用丙烯酸涂料混合，剧烈机械搅拌均匀，刷涂于衬底上，十几分钟后涂料干燥，就可以形成复合功能涂料。