[发明专利]一种可适应建筑墙体底色的纳米TiO2光催化自清洁涂层及其制备方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种可适应建筑墙体底色的纳米TiO₂光催化自清洁涂层，还涉及一种该涂层的制备方法。

背景技术

在当今提倡环境友好、低碳经济、节能减排的大环境下，随着人们生活水平的提高，对建筑外墙提出了更高要求，使其逐渐向环保性、高装饰性和功能性的方向发展，开发高质量的建筑外墙用涂层已成为当前建筑外墙行业发展的重要课题。同时，现今空气中的污染物日渐增多，很多污染物易沾附在建筑物表面，而自清洁涂层的使用，可有效抑制这类现象，因此，外墙的自清洁作用是目前建筑外墙涂层研究开发的重点之一。

自清洁涂层能够使表面污染物或灰尘颗粒在重力、雨水、风力等外力作用下自动脱落或通过光催化降解而去除，具有节水、节能、环保等优点。基于不同的自清洁原理，已发展两类自清洁涂层，一类是超疏水自清洁涂层，它通过水滴滚动带走灰尘，实现类似于荷叶的自清洁功能。但现有超疏水涂层仍存在制备工艺复杂、制备面积小、力学性能差、耐油性污染物能力差等问题，缺乏实际使用价值。另一类是基于无机光催化半导体材料的自清洁涂层。在这一类自清洁涂层中，最为典型的是二氧化钛(TiO₂)涂层材料，它的自清洁原理包括两个方面：1、TiO₂ 在紫外光辐照下产生电子-空穴对，再与吸附在 TiO₂ 材料表面的 H₂O和O₂ 发生氧化还原反应生成氢氧自由基，氢氧自由基活性很高，可分解有机污染物，实现表面自清洁；2、TiO₂ 在光照下可转化成超双亲表面，使污染物与 TiO₂ 表面紧密接触，提高光催化分解效率，同时也有利于雨水对污染物的冲刷，实现表面自清洁。这两种自清洁原理的共同作用，TiO₂材料在实际使用环境下显示出良好的自清洁特性，因而在自清洁涂层领域具有比超疏水涂层更大的实际使用价值。

TiO₂涂层的传统制备方法主要有溶胶-凝胶法、物理气相沉积法、化学气相沉积法、电化学方法、传统热喷涂法等，传统的制备方法或者沉积率较低，或者技术较复杂、对原料和设备要求较高、成本昂贵，或者制备的涂层光催化自清洁性能差，所以要想实现TiO₂涂层的大规模应用且涂层具备优异光催化自清洁性能，亟需开发出新的TiO₂涂层及其制备方法。  

热喷涂是一种高效、低成本制备大面积涂层的有效方法，但传统热喷涂方法必须使用微米级粉末，涂层比表面积小，且在喷涂过程中粉末粒子经历高温作用导致TiO₂晶型不可逆地由锐钛矿向金红石相转变，使制备的涂层光催化性能大幅下降。因此，传统热喷涂方法难以获得高比表面积和高锐钛矿含量的涂层，TiO₂涂层光催化功能的发挥受到极大限制。

液相热喷涂方法是将制备涂层的前驱体或悬浊液作为喷涂原料进行热喷涂制备涂层的工艺技术，该方法将粉末制备和涂层制备合二为一，简化了工艺步骤，且由于喷涂过程中液相中的液体蒸发和挥发带走大量热量，粉末粒子经历的温度较低，可有效降低粉末粒子晶粒长大和晶型转变的优势。P25混晶型纳米TiO₂粉末，由于是两种晶型结构混杂，大幅度增大了TiO₂晶格内的缺陷密度，增大了载流子的浓度，使电子、空穴数量增加，使其具有更强的捕获在TiO₂表面的溶液组份（水、氧气、有机物）的能力。此外，由于具备优异光催化性能的TiO₂本身色彩为纯白色粉末，颜色单一，而建筑物墙体颜色则丰富多彩，两者不易匹配，限制了它的使用范围。因此，需找出一种新型的、能大面积规模制备的，具有良好附着力，能适应建筑物墙体底色的，且保持优异光催化自清洁功能的TiO₂涂层具有重要的研究价值，将带来极大的社会经济效益。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种可适应建筑墙体底色的纳米TiO₂光催化自清洁涂层及其制备方法，该方法具有操作简单，工艺流程少，生产成本低，可大面积规模化生产，涂层附着力良好，光催化性能优异和涂层颜色适应性强等优点。