具有光催化涂层的底材制造技术

本发明专利技术的目的是含有纤维材料并在其至少部分表面和／或其厚度上涂布具有光催化性能的涂料的底材，该涂料含有具有光催化性能的氧化物或硫化物型半导体材料。本发明专利技术的另一个目的是其制造方法及其应用。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及具有光催化涂层的底材、这种涂料的制造方法及其各种应用。更具体本专利技术涉及含有金属氧化物基半导体材料的涂层，特别是含有氧化钛基半导体材料的涂层，在适当波长光线的辐照作用下，其能够引发导致有机化合物氧化的自由基反应。因而，此涂层能够赋予其所覆盖的材料新的功能，特别是防污性、杀真菌、杀菌、杀藻、除臭等性能，任选地兼备亲水或防冷凝等性能。迄今为止已经设想了许多不同的底材，特别是用于建筑或车辆领域的结构材料(窗户、饰面、贴面层或屋面材料等)中，或者在提纯方法中使用的材料。在国际专利申请书WO 97/10186和WO 97/10185中已知含具有光催化性能的锐钛矿结晶TiO2的涂层，由适当的金属有机前体经热分解和/或由“预结晶的”TiO2颗粒得到的涂层，特别适合于在玻璃上沉积为一薄层，以保持其光学质量。还在专利EP-A-0,306,301中已知在用来净化空气的纤维材料上应用光催化TiO2，和通过溶胶-凝胶类的方法实施TiO2的沉积。因此，本专利技术的目的是改善此光催化涂层，特别旨在改善其在各种底材上的性能，特别是有更好的粘接性和更好的耐久性，特别是在具有表面粗糙或多孔特征的底材上。首先，本专利技术的目的是含有纤维材料的所有底材，而且在其至少一部分表面和/或在其厚度上提供具有光催化性能的涂层，该涂层含具有与所述纤维材料的粘接促进剂相组合的氧化物或硫化物类光催化性能的半导体材料。按照本专利技术，对光催化具有“活性”的半导体材料可以基于至少部分结晶的金属氧化物，比如氧化锌、氧化锡或氧化钨。按照本专利技术优选的例子涉及至少部分结晶的呈锐钛矿型的氧化钛，这是一种赋予TiO2光催化性能的晶相。还可以涉及也是至少部分结晶的属于硫化物族的半导体材料，比如硫化锌或硫化硼(在下面的文字中，为了更简单起见，我们将只叙述氧化钛，不言而喻所给出的指征对上面所举出的其他半导体材料也都是有效的)。在本专利技术的意义上，术语“纤维材料”可以理解为任何含纤维的材料，特别是无机纤维，更具体是玻璃纤维或岩石纤维等矿棉纤维。这种材料用于隔热/隔声或构成无土培养基材。术语“纤维材料”还包括一种用于增强的形成纱的纤维/长丝，特别是由玻璃制成的纱。然后，以不同的形式将这些基础纤维材料加入到在本专利技术意义上的“底材”中，这可以涉及由矿棉形成的用来为管道保温的毡、垫、纤维网、“模制壳”等、组合为织物的纱纺织品，或者在纸质底材上的非纺织纤维网，等。光催化涂层能够赋予这些已知底材以很有意义的新功能。比如，主要用于保温的矿棉毡/垫可以只在表面上进行处理，比如在其表面中的一个，或者在表面中的每个上面进行处理，就能够在建筑物的假顶棚上，在公路或铁路两侧的障声板中，等等，至少在被处理过的一个表面(可见的表面或隐藏的表面)上获得抗污/除臭的功能，其条件是，此光催化涂层容易受到天然或人造光源的影响。在保温的领域中，上述的“模制壳”也可以处理其内侧和/或外侧，或者在其整个厚度上处理，比如给其以抗污功能和/或杀菌、杀真菌功能等。当底材呈垫状或模制壳状时，用本专利技术方法处理的底材最好被布置在整个排风系统或空调系统出口套管附近，但也可以布置在这些管道的内部，这些装置才是真正的细菌繁殖地，条件是应该提供一种手段，使此光催化涂层曝露在足够量的有效紫外线之下在其可见的外表面，天然的照明就足够了，否则就应该使底材与卤素灯或荧光灯管人工照明设备相连。另外的一种应用涉及任何天然光或来自人工照明设施的光线的反射和/或漫射系统，比如灯罩、窗帘等，这时的底材是比如呈网状。除了隔热或隔声以外，按照本专利技术处理的底材的另一种重要应用涉及流体的过滤或提纯领域。这涉及各种用于过滤气体，特别是过滤空气的纸网类或滤纸类过滤器，可用在比如上面提到的住宅，或者工业场所、车辆或控制粉尘量的实验室“清洁”房问的通风/空调系统中。术语“过滤器”在本专利技术的意义上同时覆盖两个概念，一个概念是真正的过滤，在这里将颗粒与携带它的气体进行机械分离，另一个概念是扩散器的概念，特别是除臭扩散器的概念，在这里不必强迫被处理的气体通过光催化底材，在此，气体能特别简单地与底材接触，并不留下悬浮的颗粒。还可以举出许多其它按照本专利技术的气体“过滤器”的例子它们也可以用于各类工业气流，或给定房间、公共场所大气的净化(比如在地铁中的除臭扩散器)。它们特别可以降低给定气流、给定大气中的有机挥发化合物(VOC)的含量。在其表面上，或在其整个厚度上进行了处理的过滤器可以变得更有效和更耐久，这是因为，按照本专利技术进行的处理不仅给它以消除微生物的能力，而且还使脂肪类有机残留物分解，这些残留物一般构成颗粒的相当部分，逐渐它会阻塞过滤器。因而使用本专利技术，这些过滤器的寿命期就会更长，另外它们还具有除臭的功能。也可以涉及液体的过滤器。按照本专利技术的液体过滤器具有许多用途它们可以用于废水的循环、无土栽培底材灌溉系统用水的循环(用于水的消毒)。它们还可以担当消除污染的功能，特别是消除土壤的污染的功能，或者工业液流的再处理/消除污染的功能。我们已经看到了按照本专利技术处理这些纤维底材的意义。但是，为其提供光催化涂层首先不是很容易的。这是因为，起因于在一般是不平滑的、非平面的、凹凸和多孔底材上沉积涂层的方法的问题，以及此类涂层的耐久性的问题。本专利技术的解决办法包括调整在底材上进行涂布的方式，即，根据所要求的功能的应用，在表面上涂布还是在整个厚度上涂布，和借助于适当的粘接促进剂使具有光催化性能的锐钛矿型TiO2涂层与纤维材料成为一体。因此，此促进剂的作用是作为对光催化现象有“活性”的涂层组分的“基质”。按照第一个可选择的方法，当将氧化钛加入到涂料中时，其以锐钛矿形式已经至少部分预结晶，然后沉积在底材上。它可以呈在胶体悬浮液中的结晶颗粒形式，或者呈干粉的形式加入到涂料中，所述干粉由或多或少在其间任选发生附聚的颗粒组成。此方案的优点包括不需要对要进行沉积的涂层/底材进行特别的高温热处理(呈锐钛矿型的TiO2一般在400℃左右结晶)。按照第二个可选择的方法(它也可以和第一方法结合使用)，氧化钛来自其前体，特别是有机金属或金属卤化物型前体，在涂料中的热分解。因此可以当涂料被涂布在底材上时，通过专门准备的热处理，在涂层中“就地”制造锐钛矿型结晶TiO2，但是此热处理应该与所选择的底材和所选择的粘接促进剂是相容的。至于所涉及的粘接促进剂，可以是单组分的或者是多组分的，其组成可以是有机的、无机的或者有机-无机杂化物。因此可以包括呈分子状或聚合物状的含硅组分，比如硅烷类、聚硅氧烷类或硅氧烷类。这些组分与对本专利技术有意义的大多数矿物纤维、玻璃纤维、岩石纤维，甚至于陶瓷纤维具有良好的亲和性。在某些情况下，甚至可以说通过这类组分将结晶TiO2接枝到无机纤维之上。粘接促进剂还可以包括一种或几种有机型聚合物。实际上，存在两种情况可以选择标准的有机聚合物，比如丙烯酸类、酚甲醛类等。在此情况下，此组分的风险是，其由于TiO2的光催化作用而逐渐分解，至少易于暴露在紫外线之下的底材的(表面)区域发生。但是，在某些应用中实际上已经证实该方法有逐渐“释放”活性TiO2的优点。然而，可以优选通过选择适当的聚合物，在仅可能范围内避免或减缓这种分解，一般选择能耐受光催化侵袭的含氟聚合物，比如含氟丙烯酸类聚合物、聚四氟乙烯(PTFE本文档来自技高网...

【技术保护点】
含有一种纤维材料并在其至少部分表面上和／或在其厚度上涂上具有光催化性能的涂层的底材，该涂层含有一种有光催化性能的氧化物或硫化物类型的半导体材料，特别是呈锐钛矿型的至少部分结晶的氧化钛，所述材料与所述纤维材料的粘接促进剂一起使用。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：C马佐林，A马查尔，X塔尔佩特，
申请(专利权)人：圣戈班研究公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]