[发明专利]一种在柔性基体表面制备光催化涂层的方法

说明书

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，特别涉及一种在柔性基体表面制备光催化涂层的方法。

背景技术

资源的过度利用和大自然的严重污染，对我们的生存环境造成了巨大的威胁。近年来，光催化技术在治理环境污染领域显示出广阔的应用前景，得到广泛关注并成为研究热点之一。目前所开发的光催化材料主要集中在TiO₂、ZnO、SnO₂和WO₃等金属氧化物，一般来说这些光催化材料具有价格低廉、反应条件温和、化学稳定性高紫外光光催化效率高等众多突出优点。

颗粒状催化剂，尤其纳米颗粒状催化剂，颗粒粒径小，比表面积大，光催化活性较高，但是在实际应用过程中，尤其在液体污染物中，颗粒状的催化剂需要后续的离心或过滤处理装置进行回收，这无疑增加了经济投入和技术复杂度。而将这类催化剂制备成涂层固定在基体上能有效克服上述的难题，这使得光催化涂层成为现如今一个研究的重点。

柔性基体一般是指不耐高温的高分子材料，由于其轻便、廉价、柔韧易弯曲、可大面积制作等优点而受到广泛关注，并且在很多应用领域是一般金属和无机非金属材料无法替代的。比如在腐蚀性环境中，一般的金属材料会发生氧化还原反应，柔性基体耐腐蚀性强，这种情况下可以很好地取代金属材料作为基体。

但耐热性能差是这类柔性基体材料的软肋，100～200℃的范围是很多柔性基体使用的极限温度，因此目前陶瓷材料在柔性基体表面的成膜方法都是低温制备方法，如丝网印刷法、水热反应法和溶胶凝胶法等。这些方法所能制备的光催化材料种类有限，且制备效率低、成本高，因而急需开发一种可用于大规模生产且选择材料无限制的涂层制备方法。

近年来，随着纳米功能涂层的发展，悬浮液等离子喷涂的独特优势引起了热喷涂界的极大关注。相对于传统的等离子喷涂，悬浮液等离子喷涂以悬浮液代替粉末状、丝状、棒状等固态材料为原料，悬浮液是将固体粉末颗粒分散在某种溶剂中，溶剂常采用为蒸馏水和无水乙醇，有时为了更好地分散固态颗粒还需要添加分散剂。悬浮液制备的涂层性质主要由溶剂的特性、颗粒大小和悬浮液的固含量决定。通过将悬浮液雾化后注入到焰流中，在焰流的高温和高活性环境下，发生溶剂蒸发既而产生相应的颗粒，再经受热和加速后沉积在经过预先处理的基体上获得相应的涂层，悬浮液等离子喷涂涂层相比于溅射工艺，晶粒细小、涂层的裂纹和孔隙尺寸精细、比表面积大；相比于丝网印刷方法，具有更高的涂层-基体结合强度，易实现遮膜成型，能简化生产步骤、提高生产效率。结合喷涂机械手，可实现对大批量光催化涂层的快速、低成本制造。

本发明作出之前，现有技术如专利CN105908117A是采用液料热喷涂的方法制备TiO₂复合涂层，涂层耐蚀性、高结合强度、表面亲疏水可控、高比表面积等特点，有利于TiO₂涂层光催化功能的发挥。相比于专利CN105908117A，本专利所采用的是悬浮液等离子喷涂，选用的基体为柔性基体，而专利CN103031508A采用的是金属材质基体，本专利的基体耐热温度更低，且沉积过程更为简单，成本更低。

专利CN103602976A采用粉末加热冷喷涂技术在金属基体或非金属基体表面制备成分稳定、结合良好的光催化涂层，该方法无需高温、高压条件，仅在中温中压条件下即可实现光催化涂层的快速沉积。相比于专利CN103602976A，本专利采用高温方法制备光催化涂层，制备光催化涂层的成本远低于冷喷涂技术，可实现对大批量光催化涂层的快速、低成本制造。

专利CN1450123A采用液料热喷涂方法在基体上制备纳米结构TiO₂光催化涂层其工艺简单、生产成本低廉、可控性好、对基体影响小。相比于专利CN1450123A，本专利拓宽了光催化材料的应用范围，使其可以更好地将其他光催化材料制备成光催化涂层应用于实际生产、生活中。

发明内容

本发明的目的就在于克服上述缺陷，研制一种在柔性基体表面制备光催化涂层的方法。

本发明的技术方案是：

一种在柔性基体表面制备光催化涂层的方法，其主要技术特征在于步骤如下：

(1)采用聚丙烯(PP)、聚酰亚胺(PI)或者聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)作为器件的衬底，并将其在使用前进行清洗；

(2)称取一定量的金属氧化物粉末，如二氧化钛、氧化锌、氧化锡和氧化钨等，溶于去离子水或有机溶剂中，利用磁力搅拌器或其它搅拌装置得到均匀悬浮液；