纳米复合光催化涂料制造技术

纳米复合的基本上无机的光催化涂料，其包括：以重量百分比计，高至约５０％的有效量的基本上无机的粘合剂；　　　　热解法二氧化硅；　　　　纳米尺寸的光催化粉末；　　　　包括抗微生物金属的通式为ＹＸ（ＰＯ↓［４］）↓［３］的无机抗菌粉末，其中Ｙ为选自周期表ⅠＡ和ⅡＡ族的元素，Ｘ为选自周期表ⅢＡ、ⅣＡ、ⅤＡ和ⅥＡ族的元素；以及　　　　余量为可蒸发的载液，　　　　其中提供足够量的热解法二氧化硅、纳米尺寸的光催化粉末和无机抗菌粉末，以使该涂料组合物具有触变性能。（*该技术在2023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】
本专利技术一般性地涉及涂料和涂布方法。具体地，本专利技术涉及用在加热、通风、空气调节和制冷(heating，ventilation，air conditioning and refrigeration，HVACR)设备中的新型纳米复合光催化涂料，以及将所述涂料施加至这些设备的方法。一旦将所述涂料施加至基底，涂料在紫外、高氧化和高温环境下是稳定的，例如在含有紫外光作为纯化机构的强制空气循环系统中。当暴露至紫外光时，涂料中的光催化成分起到催化剂的作用，从而促进有机化学物的光催化氧化和促进通过光催化作用和生物酶来消除细菌、病毒、粉尘螨(dust mites)、霉菌和芽孢(spores)、真菌和其它污染物。
技术介绍
二氧化钛在光催化氧化中用作催化剂是众所周知的。当在潮湿空气环境中暴露至紫外(UVA、UVB和UVC)光时，二氧化钛发生光反应生成自由基。这些自由基与邻近的水分子(H2O)反应，形成氢氧根离子(OH-)。氢氧根离子与污染物(例如挥发性有机化合物(VOC))反应，从而降解污染物的有机结构，由此形成无害的二氧化碳(CO2)和水蒸汽。自由基和氢氧根离子也起到破裂有机污染物中的有机分子和病原体(例如，细菌、病毒、粉尘螨、霉菌、芽孢和真菌)的作用。在数个颁布的专利中，已经描述过了使用二氧化钛作为流体过滤器(例如，空气和水净化系统)中的光催化涂料。例如，于2000年7月25日颁布给Heller等人的美国专利6,093,676提出了一种紫外照射的催化剂，该催化剂利用光催化剂和利用粘合剂粘附至基底而无需加热。该光催化剂为过渡金属氧化物，例如TiO2，粘合剂组合物可为二氧化硅或有机硅，例如聚硅氧烷。也可含有助催化剂，例如银或其它IB族金属，VIA或VIIIA族金属。然而，在该组合物中没有鉴别出抗菌粉末。一些制造商利用涂布二氧化钛的金属填料作为在UVA光存在下位于气流内的催化剂，从而通过光催化氧化来减少气流中污染物的浓度。许多光催化涂料含有当暴露至光催化氧化活性时而降解的有机聚合物。特别地，已知涂料中有机聚合物成膜物质以及有机和无机颜料的降解导致涂料过早老化、粉碎、破裂、撕裂和分层。光催化涂料的高度氧化性质还不利地影响它们在有机聚合物基底上的应用，因为基底将被涂料的光催化性能降解。此外，多种已知的光催化涂料使用粒状成分，所述粒状成分由于这种特定成分的相当大尺寸而产生的表面积限制，提供有限的表面活性和有限的寿命。同样的理由，已知的涂料表现出了耐氧化性和耐热性差，低表面活性、差粘合性和分散性，结皮(skinning)和差的聚结性能、不均匀的厚度分布和缓慢固化。这些相当大的配制物也难以处理，因为它们很难施加至非平坦和水平的或者基本上为平坦和水平的任何表面上。这些混合物常常为容易流动的，且难以处理。如果调节该组合物，以使该混合物变稠，则材料固化前的加工时间显著缩短，从而使得难以施加至任何但是最简单的几何形状上。已知能够经受光催化氧化的无机涂料在固化必须开始之前表现出十分有限的加工时间。这种涂布溶液(包括本文进一步描述的二氧化钛溶胶凝胶)的性能严重地限制了施加方法。由于加工时间和施加方法中的这些限制，已知涂料不适合在制备设备中连续使用。例如，二氧化钛(TiO2)溶胶凝胶被广泛用作含二氧化钛的涂料，其具有光催化氧化性能。溶胶凝胶法在低温下使用无机和金属有机前体来合成涂料产物，该涂料产物完全是无机的，或者是无机和有机材料的组合。溶胶凝胶法是多步方法，其包括适当有机金属化合物和醇类混合物，经历水解和缩合反应。一种二氧化钛溶胶凝胶法使用摩尔比为1∶20∶4∶0.08的异丙醇钛∶乙醇∶水∶硝酸。制备以下两种溶液，然后混合在一起溶液A是通过将异丙醇钛溶解在乙醇中而形成的；溶液B是通过将水和硝酸添加至乙醇中而形成的。然后，利用均匀混合，将溶液B添加至溶液A。取决于混合的温度，在数分钟至数小时内，在均匀胶凝化过程中可观察到透明的凝胶。在溶胶凝胶应用之后，要求加热固化(例如，炉或加热隧道(heating tunnel))，以在基底上产生光催化涂料。因此，继续需要以下的光催化涂料，该光催化涂料能被容易制备和施加，并且具有足够长的加工时间，以使其可用于生产环境中，从而可施加至具有复杂几何结构的表面上。涂料应当自固化，以避免需要昂贵固化炉或其它类型的固化设备。理想地，涂料应当保留光催化氧化和抗菌性能，而没有降解，特别是当使用在HVAC系统(例如强制空气循环系统)中。而且，需要一种底涂料，该底涂料能够被施加至有机基底或其它基底上，以防止基底被稍后施加的本专利技术光催化涂料不合需要的氧化。
技术实现思路
本专利技术涉及一种纳米复合的基本上无机的光催化涂料(namo-compositesubstantially inorganic photo catalytic coating)，其包括高至约50％的基本上无机的粘合剂，热解法二氧化硅、纳米尺寸的光催化粉末、通式为YX(PO4)3的无机抗菌粉末和抗微生物金属(其中Y为选自周期表IA和IIA族的元素，X为选自周期表IIIA、IVA、VA和VIA族的元素)，以及余量为可蒸发的载液。提供足够量的热解法二氧化硅、纳米尺寸的光催化粉末和无机抗菌粉末，以使涂料组合物具有触变性能。触变性能对使涂料施加在工业设备上是十分重要的。尽管涂料干得十分快，但是其固化时间可为12小时或更长。涂料的触变性质使得其可通过各种工艺施加至表面上，而不会在其干燥时流挂(running)、滑挂或下垂，并使得必要时在固化时加工该涂料。如本专利技术所使用的，术语“触变”是指材料组成的性质，该性质使得当对该材料施加机械力(例如剪切力)或当搅拌时，该材料能够流动，并且当撤掉机械力时，其回复到凝胶状的形式。该定义和Hawley′s Condensed Chemical Dictionary(第13版)和大英百科全书(Encyclopedia Britannica)中对触变性的定义是一致的。这种性质使得可以在制备或工业设备中将该涂料施加至具有复杂几何结构的表面上，包括但不限于管，当确保完全覆盖时，不会由于涂料的滑挂、流动或滴落而暴露所述的管。在紫外(UV)光的存在下，本专利技术的涂料起到催化剂的作用。紫外光谱被分成数个波段。UVA包括320-400nm(纳米)范围内的波长。UVB包括290-320nm范围内的波长。UVC包括200-290nm范围内的波长。涂料的催化效果取决于所存在的紫外光的波段，这是因为不同的波段产生不同的效果。当暴露至UV时，涂料是光催化氧化的催化剂，并且在存在水分子的情况下，水被电离形成氢氧根(OH)，氢氧根可氧化有机分子。氢氧根还可破坏诸如病毒、细菌、粉尘螨、霉菌、芽孢和真菌等空气传播的病原体的活性。当然，UVC也可用于消灭细菌和病毒。本专利技术预测到在UVA和UVC存在的情况下，在HVACR设备中使用涂料，以利用该涂料的光催化氧化作用和UVC进一步消灭细菌和病毒的能力。在主要的实施方案中，该涂料具有下述组成以重量百分比计，高至约50％的有效量的基本上无机的粘合剂；约0.5-5％热解法二氧化硅；约1％至约10％纳米尺寸的光催化粉末；约1％至约10％的无机抗菌粉末，其包括通式为YX(PO4)3的无机抗菌粉末和至少约3％的抗微生物金属，其中Y为选自周期本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.纳米复合的基本上无机的光催化涂料，其包括以重量百分比计，高至约50％的有效量的基本上无机的粘合剂；热解法二氧化硅；纳米尺寸的光催化粉末；包括抗微生物金属的通式为YX(PO4)3的无机抗菌粉末，其中Y为选自周期表IA和IIA族的元素，X为选自周期表IIIA、IVA、VA和VIA族的元素；以及余量为可蒸发的载液，其中提供足够量的热解法二氧化硅、纳米尺寸的光催化粉末和无机抗菌粉末，以使该涂料组合物具有触变性能。2.权利要求1的涂料，其中纳米尺寸的光催化粉末为选自钛、锆、钼、铌、铪、钽及其氧化物中的至少一种。3.权利要求1的涂料，其中所述无机粘合剂是聚烷基苯基硅氧烷。4.权利要求1的涂料，其中所述可蒸发的载液选自二甲苯和甲苯和它们的组合。5.权利要求1的涂料，其中所述可蒸发的载液是醇。6.权利要求1的涂料，其中所述可蒸发的载液选自丙酮和甲基乙基酮。7.权利要求1的涂料，其中所述抗微生物金属选自银、金、铂、钯和铑以及它们的组合。8.权利要求1的涂料，其中Y包括钠、钾和钙中的至少一种。9.权利要求1的涂料，其中X包括选自钛、锆、钇、铪、钽、钨和钼中的至少一种元素。10.权利要求1的涂料，其包括以重量百分比计，高至约50％的有效量的聚烷基苯基硅氧烷粘合剂；约1％至约10％的纳米尺寸的二氧化钛光催化粉末；0.5％至约5％的热解法二氧化硅；约1％至约10％的通式为NaX(PO4)3的抗菌纳米粉末，NaX(PO4)3的纳米粉末包括至少3％的银，其中X包括选自钛、锆、钇、铪、钽、钨和钼中的至少一种元素，以及余量为可蒸发的溶剂。11.权利要求10的涂料，其中所述可蒸发的载液是二甲苯。12.权利要求10的涂料，其中通式为NaX(PO4)3的抗菌纳米粉末包括，以重量百分比计，约4.3％Na2O、约43.9％P2O5、约0.02％NiO、约3.8％Ag、约1％HfO2，以及余量为ZrO2和附带的杂质。13.权利要求1的涂料，其中所述抗菌纳米粉末包括，至多99重量％的选自银、银的氧化物和它们的组合的材料。14.一种HVACR系统，其包括至少一种下述元件，所述元件具有暴露至空气和水中至少一种的表面，所述表面包括纳米复合的基本上无机的光催化材料的涂料，所述纳米复合涂料进一步包括以重量百分比计，高至约50％的有效量的基本上无机的粘合剂；热解法二氧化硅；纳米尺寸的光催化粉末；包括抗微生物金属的通式为YX(PO4)3的无机抗菌粉末，其中Y为选自周期表IA和IIA族的元素，X为选自周期表IIIA、IVA和VA族的元素；以及照射涂布表面的至少一种紫外光源。15.权利要求14的HVACR系统，其中所述至少一种元件选自风机盘管(fan coils)、空气调节单元、暗盒(cassettes)、水冷却器、微型分隔器(minisplits)、蒸发器、冷凝器和过滤器。16.权利要求14的HVACR系统，其中所述至少一种紫外光源是UVA。17.权利要求14的HVACR系统，其中所述至少一种紫外光源包括UVA和UVC。18.权利要求14的HVACR系统，其中所述HVACR系统的暴露至空气和水中的至少一种的所述至少一种元件包括用下述物质涂布的表面，所述物质在蒸发可蒸发的载液后，以重量百分比计，为高至约3.7％的热解法二氧化硅；高至约11％的通式为NaX(PO4)3的抗菌纳米尺寸粉末，NaX(PO4)3纳米粉末包括至少3重量％银，其中X包括选自钛、锆、钇、铪、钽、钨和钼中的至少一种元素，高至约11％的纳米尺寸的二氧化钛光催化粉末和余量的粘合剂。19.权利要求14的HVACR系统，其中所述HVACR系统的暴露至空气和水中的至少一种的所述至少一种元件包括用下述物质涂布的表面，所述物质在蒸发可蒸发的载液后，以重量百分比计，为...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁曼隆，
申请(专利权)人：约克国际公司，
类型：发明
国别省市：