[发明专利]光催化涂料

说明书

本分案申请是基于申请号为200880109024.3、申请日为2008年8约29日、发明名称为“光催化涂料”的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及在表面上提供光催化涂料的组合物。更具体地，本发明涉及包含二氧化钛颗粒的去污、自清洁油漆，所述油漆不需要预活化就能获得高的初始光催化活性。

发明背景

在紫外(UV)和近UV辐射的作用下电子从价带跃迁到导带，使得半导体材料二氧化钛具有光催化性能。产生的反应性的电子-空穴对迁移到二氧化钛颗粒的表面，在那里所述空穴氧化所吸附的水而产生反应性的羟基自由基且所述电子还原所吸附的氧而产生超氧自由基，所述两者都能够降解在空气中的NO_x和挥发性有机化合物(VOC)。鉴于这些性能，已经在涂料等中使用光催化二氧化钛等以从空气中除去污染物。这种涂料还具有自清洁的优势，因为也在表面上对污物(油脂、霉、霉菌、藻类等)进行氧化。

尽管现有的光催化二氧化钛涂料具有优势，但是在本领域中存在改进的空间。特别地，已经观察到，常规光催化二氧化钛涂料的初始活性差，除非所述涂料已经被预活化例如通过用水洗涤而被预活化。尽管不期望受限于任何理论，但是认为，需要活化步骤以从催化剂表面上将涂料组合物中存在的有机成分除去、或者可能需要活化步骤以在二氧化钛颗粒上提供水合表面，由此生成反应性自由基物种。然而，这种附加步骤使得光催化二氧化钛涂料的应用有点不方便，因为它耗时且增加了应用过程的额外成本。期望提供光催化二氧化钛涂料，尤其是以油漆的形式提供，其不需要预活化(例如洗涤步骤或与某些元素接触)就能实现高的初始活性水平。

还难以提供具有高光催化剂含量的涂料，因为催化剂易于氧化且分解涂料的聚合物漆基。当涂料暴露于源自日光直射的强UV辐射时，这种问题加剧，外墙油漆的情况就是如此。通常利用无机漆基或用在相对低的催化剂浓度下抵抗光催化氧化的有机聚合物来配制这种涂料。然而，在低光照条件下，涂料的去污性能低于最佳水平。期望提供用于低光照环境(例如室内)中的涂料，所述涂料掺有高含量的光催化剂以使去污能力最优选且所述涂料可抵抗降解，另外期望在室内光照条件下提供高催化活性。

因此，本发明的目的是提供涂料组合物，尤其是油漆组合物，其包含能够从空气中除去污染物的二氧化钛光催化剂，该光催化剂不需要预活化就具有高的初始活性。本发明的进一步的目的是提供具有高含量的光催化二氧化钛的耐久性涂料，所述涂料在低光照环境中，尤其是在可见光的存在下，具有去污活性。

列出前述讨论仅用于更好地了解本领域所面临问题的本质，无论如何不能将前述讨论理解为承认为现有技术，也不能将本文中所引用的任何文献解释为承认这些文献构成本申请的“现有技术”。

发明概述

根据前述目的和其它内容，已经惊奇地发现，包含晶粒尺寸为约1nm(纳米)～约150nm、更优选约5nm～约30nm、优选约5～约10nm的二氧化钛的涂料不需要预活化(例如通过用水洗涤)即可在光的存在下获得高初始水平的光催化活性。本发明的涂料在可见光存在下显示了显著的光催化活性，这使得它们在低光照环境中（包括室内中）可理想地用作去污涂料。

在本发明的一个方面中，所述自清洁、去污涂料组合物为水基油漆的形式，其包括(i)约5体积%～约40体积%的光催化二氧化钛，优选基本上纯锐钛矿形式，所述光催化二氧化钛的特征在于，平均晶粒尺寸在约5nm和约30nm之间且在可见光存在下具有光催化活性；(ii)一种或多种其它颜料，使得油漆中的包括所述光催化二氧化钛在内的总颜料体积浓度(PVC)为至少约65%；和(iii)苯乙烯丙烯酸类共聚物漆基；在未用水预活化的条件下，所述油漆能够大量减少NO_x化合物。

本发明的另一个方面提供了在其上沉积有本发明的自清洁、去污涂料组合物的基材，所述基材任选地还包含布置在所述油漆层上方的罩面层，所述罩面层包含晶粒尺寸为5nm～30nm的第二光催化二氧化钛，通过在所述油漆层上施加溶胶而形成所述罩面层。

在本发明的另一方面中，提供了从空气中除去NO_x或其它污染物的方法，包括向表面如墙壁、地板、天花板等上施加本发明的去污涂料层，用含水溶剂进行洗涤而进行预活化或不进行预活化，优选不采用洗涤步骤，所述涂料在UV和/或可见光存在下、优选在可见光存在下能够从空气中大量除去污染物，以及任选地在所述油漆层上方施加含光催化二氧化钛的溶胶表面涂料。

通过参考下列详细说明和附图，将更好地理解本发明的这些和其它方面。