具有光催化活性的亲水性自清洁涂料的制备及应用制造技术

技术编号:7203887 阅读:256 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
本发明专利技术提供一种具有光催化活性的亲水性自清洁涂料的制备方法,属于属于化工技术领域。本发明专利技术以钛酸丁酯和正硅酸乙酯为前躯体,采用溶胶-凝胶法水解形成纳米TiO2/SiO2溶胶,该溶胶涂覆在物体表面,在常温下自然干燥后形成具有光催化活性的锐钛型纳米TiO2/SiO2复合薄膜。该复合薄膜在常温下涂在太阳能光伏电板、车窗玻璃或建筑玻璃上,可以快速形成一层亲水性涂层,这种涂层在自然光照射下,可以将粘附在其上的油污分解为无机物,在雨水或人工冲洗下,将污染物冲洗掉,使太阳能光伏电板或玻璃板清洁如新,且可长期保持。降低了生产管理成本,提高了太阳能光伏电板的发电效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于化工
,涉及一种具有光催化活性的亲水性自清洁涂料的制备方法,同时还涉及该涂料的应用。
技术介绍
根据国家能源政策、2000万kW太阳能发电规划、1000万kW工业开发区太阳能发电的规划和鼓励政策,太阳能大发展的时机已经来到。但同时,出现了太阳能电池板表面积尘和其他污染物影响透光率、难以或需要频繁清洗,导致管理成本上升、工作难度加大、设计性能难以充分发挥、发电效率下降等实际问题。目前,提高涂层的耐沾污性主要有三种方法1、降低漆膜表面能,提高漆膜与水、 油的接触角,使得污染物难以附着;2、通过添加亲水化助剂,使得漆膜表面产生亲水性基团,降低漆膜与水接触角,使得油性污物附着不牢,容易被雨水冲刷掉;3、通过添加光催化剂的方法,分解漆膜表面污染物。第一种方法虽然理论研究不少,但能够实现类似“荷叶效应”防沾污效果、并能长期保持的市场化产品还没有;第二种方法通过添加合适的亲水助剂可以使涂膜形成亲水化表面,赋予涂层自清洁性,但形成的涂层接触角较大,自清洁效果不是很明显;第三种方法的耐沾污效果比较明显,但是光催化作用对有机成膜物有很大的破坏性。因此,将疏水性与光催化活性或亲水性与光催化活性相结合是非常必要的。由于纳米TiO2具有活性高、稳定性好、无毒、价格低廉等优点,是目前使用最广泛的光催化材料; 以钛酸丁酯和正硅酸乙酯为前躯体,水解形成纳米Ti02/Si&复合薄膜,使得涂层具有较好的抗沾污性能。但目前常温下以钛酸丁酯和正硅酸乙酯为前躯体,水解形成的纳米二氧化钛为无定型,只有经过500°c以上的高温处理才能形成锐钛型的二氧化钛,具有光催化活性,并且涂层亲水性保持期较短,这成为实际应用的瓶颈因素,很难实现工业化的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术中存在的问题,提供一种具有光催化活性的亲水性自清洁涂料的制备方法。本专利技术的另一个目的是提供该亲水性自清洁涂料在涂覆太阳能光伏电板表面、车窗玻璃、建筑玻璃表面的具体应用。本专利技术具有光催化活性的亲水性自清洁涂料的制备方法,包括以下工艺步骤①硅溶胶的制备在5 40°C,将无水乙醇用盐酸或冰醋酸调节至pH=2.0 4. 5,搅拌 10 30min,再加入无水乙醇体积7 14%的正硅酸乙酯,搅拌10 20min ;然后加入无水乙醇体积6 10%的水,搅拌20 40min,得到无色透明的硅溶胶;②钛溶胶的制备在5 40°C下,将无水乙醇用盐酸或冰醋酸调节至pH=2.0 4. 5,搅拌 10 30min,再加入无水乙醇体积2 10%的钛酸丁酯,搅拌10 20min ;然后加入无水乙醇体积2 10%的水,搅拌20 40min,得到无色透明的钛溶胶;③硅钛复合溶胶的制备将所述硅溶胶与钛溶胶混合,使体系中TW2和SW2质量比为 0. 25 1. 5:1 ;搅拌1. 5 2. 5 h,得到无色透明的硅钛溶胶,即为具有光催化活性的亲水性自清洁涂料。上述搅拌速度控制在500 3000rad/min。本专利技术以钛酸丁酯和正硅酸乙酯为前躯体,采用溶胶-凝胶法水解形成纳米TiO2/ SiO2溶胶,该溶胶涂覆在物体表面,在常温下自然干燥后形成具有光催化活性的锐钛型纳米Ti02/Si&复合薄膜。该复合薄膜在常温下涂在太阳能光伏电板、车窗玻璃或建筑玻璃上,可以快速形成一层亲水性涂层,这种涂层在自然光照射下,可以将粘附在其上的油污分解为无机物,在雨水或人工冲洗下,将污染物冲洗掉,使太阳能光伏电板或玻璃板清洁如新,且可长期保持。下面通过实验对本专利技术制备的涂料的性能进行具体说明。图1是本专利技术制备的具有光催化活性的亲水性自清洁涂料的红外谱图,由图1可以看出,该亲水性自清洁涂料中TiA和SiA既独立成相,也存在TiA和SiA的复合物。将本专利技术制备的涂料,在室温下采用喷涂、淋涂或浸涂的涂覆方式在太阳能光伏电板和车窗玻璃的表面,在常温下自然干燥。图2为Ti02/Si02复合薄膜的干胶凝粉的x-ray衍射图谱。 从图2可以看出,在25.3度出现又高又宽的峰,该峰为锐钛矿(101)面,在38.1度出现又高又窄的峰,该峰为锐钛矿(004)面,说明Ti02/Si&薄膜中TW2为锐钛矿相。图3为TiO2/ SiO2复合薄膜的SEM谱图。由图3可以看出,所形成的Ti02/Si&的粒径在18nm左右,说明本专利技术制备的具有光催化活性的亲水性自清洁涂料涂覆后所形成薄膜为纳米级。因此,本专利技术制备的涂料具有光催化活性。图4是在玻璃表面涂覆本专利技术制备的涂料后在玻璃表面形成Ti02/Si&复合薄膜和纯玻璃的透光率曲线。由图4可以看出,表面形成薄膜的玻璃的透光率和纯玻璃的透光率十分接近,而且不会出现彩虹效应,说明在玻璃表面形成的Ti02/Si&复合薄膜几乎不影响其透光率。Ti02/Si02复合薄膜的亲水性能测试将本专利技术制备的涂料采用浸涂方式涂覆在玻璃板上,常温下自然干燥。使用微型吸液管每次吸取2 μ L 二次蒸馏水,滴在该玻璃板上, 采用接触角测定仪测定接触角。检测结果水滴在薄膜上的接触角不大于25度,此时的薄膜非常稳定,水在薄膜的表面朝各个方向均勻铺展为一个圆圈,即在亲水性能上表现为各向同性。并且光照一分钟后小水滴会完全铺展均勻,可以满足防雾、防污自清洁的需求。图 5是Ti02/Si&复合薄膜上的接触角图。光催化活性试验在玻璃板上淋涂一层本专利技术制备的涂料,待自然干燥后,在漆膜表面倒10 ml甲基橙溶液(浓度为0.02 mg/mL),待干燥后,继续倒甲基橙溶液直到干燥后的甲基橙颜色较为明显时,将玻璃板放入紫外灯下照射,观察颜色变化。结果发现,经过紫外灯照射1. 5h后,甲基橙颜色消失,表明本专利技术制备的涂料具有较好的光催化活性。Ti02/Si02复合薄膜的防雾性能测试在500 mL烧杯中加入200 mL的90 V热水,在烧杯底下放一张写满字的纸,将一侧涂有亲水性自清洁涂料而另外一侧未喷涂自清洁涂料的玻璃板涂层向下放在烧杯上,由玻璃板向下透过涂层观察字迹清晰情况。结果发现未喷涂自清洁涂料的一侧,字迹模糊,而喷涂自清洁涂料的一侧,字迹清晰可见,由此说明,本专利技术制备的涂料具有较好的防雾效果。Ti02/Si02复合薄膜的抗沾污能力测试将本专利技术制备的涂料喷涂在60X70 cm 的玻璃板上,在户外实验架上放置两个月,观察其抗沾污能力(并与纯玻璃板相对照)。发现涂覆有涂料的的玻璃板表面比较干净,而普通的玻璃板表面有明显的污物和雨水痕迹,由此可见,本专利技术制备的涂料具有较好的抗沾污能力。综上所述,本专利技术的涂料在常温下涂在太阳能光伏电板、车窗玻璃或建筑玻璃上, 可以快速形成一层亲水性涂层,这种涂层在自然光照射下,可以将粘附在太阳能光伏电板或玻璃板上的油污分解为无机物,在雨水或人工冲洗下,将污染物冲洗掉,使太阳能光伏电板或玻璃板清洁如新,且可长期保持。因此,可将其涂覆太阳能光伏电板的表面,使其具有自清洁功能,以克服现有太阳能电池板表面积尘和其他污染物而影响透光率及发电效率的问题。也可将其涂覆在车窗或建筑玻璃上,使其具有自清洁功能,从而减少清洗周期。本专利技术制备的涂料用于涂覆太阳能光伏电板的具体应用方法是采用常规的涂覆方法(喷涂、淋涂或浸涂),在太阳能光伏电板表面形成一层薄膜。薄膜的厚度一般本文档来自技高网
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【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:罗志河张安杰陈丽丽张先宏张海银
申请(专利权)人:西北永新集团有限公司
类型:发明
国别省市:

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