專利名稱：一種新型納米二氧化鈦自清潔氟碳鋁單板及其低溫制備方法和應用的制作方法
技術領域：
本發明屬于新型建筑材料領域，具體涉及一種新型納米二氧化鈦自清潔氟碳鋁單板及其低溫制備方法和應用。
背景技術：
氟碳鋁單板由于具有質量輕，強度大，剛度高，抗腐蝕性及耐候性強，無光污染， 無廢氣產生，防火性強，使用壽命長，色調豐富亮麗，裝飾效果佳等優點，使其自上世紀 80年代初引入中國以來，得到了快速的發展和廣泛的應用。然而經過近30來年的應用實踐人們逐漸發現，由于表面氟碳涂層的憎水性，附著在涂層表面的有機污染物很難被雨水等沖洗掉，且雨水在氟碳涂膜表面呈聚集狀的水滴沿表面流下，推壓污染自上而下的流動，最終產生雨痕污染，需要定期的進行清理，不僅耗費大量的人力物力，而且由于現代環境污染加重，油性有機污染物粘附在氟碳涂料膜后很難去除，另外，對于大型橋梁等建筑的洗維護十分困難，如何才能開發出具有自清潔功能、可長效免維護的氟碳鋁單板制品，并使之實用化是巫待解決的問題。目前，國內外關于自清潔氟碳鋁單板的開發主要聚中于對氟碳涂料的改性，以獲得具有自清潔功能的氟碳涂料，主要包括疏水型氟碳涂料、親水型氟碳涂料以及納米TiO2 改性氟碳涂料。如專利CN 1903961B公開了一種荷葉效應自清潔氟碳涂料，該自清潔氟碳涂料主要由有機硅改性氟碳樹脂、固化劑、疏水粒子、溶劑等組成，該涂料固化后可獲得疏水性，高耐污染、高耐候，具備自清潔功能的涂膜。雖然疏水性氟碳涂料表面能低，耐污性已有很大提高，但長期使用后，由于涂膜表面不易被雨水潤濕，發現仍存在一定的雨痕污染。 因而親水型氟碳涂料獲得了青睞，如專利CN 101824253A公開了一種高耐候自清清氟碳涂料，該涂料為含有抗老化復合助劑、自清潔助劑的四氟乙烯一乙烯基醚共聚型氟碳涂料，氟改性硅烷類自清潔助劑可向涂膜表面遷移并水解，使涂膜表面具有親水性，進而達到自清潔的效果；除在氟碳涂料中添加親水助劑外，也有研究者對氟碳涂料進行接枝改性，在氟碳樹脂上接上親水分子基團，如專利CN 1900183B公開了一種自清潔氟碳樹脂涂料及其制備方法，該專利將聚乙二醇單醚支化改性的二異氰酸酯與氟碳樹脂反應，得到一種自清潔氟碳樹脂，該樹脂配制成涂料后，親水性分子基團在施工后向涂層表面遷移，使涂膜表面親水化，從而具備自清潔功能。雖然通過對氟碳涂料的改性得到疏水性或親水性的氟碳涂料，使涂膜的自清潔性能得到較大的提升，但由于現代環境污染加重，油性有機污染物粘附在涂裝后的氟碳涂料涂膜上，僅靠雨水沖洗很難達到長期的自清潔效果。近年來，隨著納米技術的快速發展，具有光催化特性的納米T^2得到了研究者們的廣泛研究，納米TiA薄膜在紫外光照射下，水在TW2薄膜表面的潤濕角逐漸下降，最終下降到0°，使薄膜具有超親水性，且納米TiO2在紫外光照射下，具有的光催化特性可降解有機物，實現自清潔的效果，因此，TiO2成為了制備自清潔材料的一種新途徑，如專利 CN 100554343C公開了一種納米二氧化鈦改性氟碳涂料及其制備工藝以及在鋁合金板的應用，該專利將油酸改性后的銳鈦礦型納米TW2和金紅石型納米TW2混合物添加到氟碳涂料中，制得納米二氧化鈦改性氟碳涂料，然后涂敷于鋁合金型材后，具有良好的自清潔性、 耐候性和耐腐蝕性能。但存在納米TiO2在氟碳涂料中不易分散的局限，影響了涂膜的自清潔效果。針對以上局限性，本發明將提出一種新型納米二氧化鈦自清潔氟碳鋁單板、制備方法及其應用，該自清潔氟碳鋁單板表面涂有一層納米T^2薄膜，具有光致超親水性和光催化特性，同時還保留了氟碳鋁單板原有的高耐候、耐化學腐蝕等優異性能，是一種較為理想的自清潔建筑鋁合金材料，具有良好的應用前景。
發明內容
本發明的目的是針對傳統氟碳鋁單板耐污性能差的局限，提供一種新型納米二氧化鈦自清潔氟碳鋁單板、制備方法及其應用。本發明采用以下技術方案來實現一種新型納米二氧化鈦自清潔氟碳鋁單板，其特征在于氟碳鋁單板的表面涂有一層具有自清潔功能的納米二氧化鈦薄膜或納米二氧化鈦與二氧化硅復合薄膜；薄膜在氟碳鋁單板的表面分布均勻，厚度為1_3μπι;納米二氧化鈦薄膜經紫外光照射后，具有超親水性和光催化特性，可達到自清潔的效果。所述新型納米二氧化鈦自清潔氟碳鋁單板的低溫制備方法，制備方法為溶膠凝膠法，具體步驟為
第一步按鈦酸四丁酯無水乙醇鹽酸去離子水為1 :3 10 :0. 2 1 100 500的摩爾比混合，攪拌均勻，得到透明溶膠；
第二步將所得透明溶膠于40 100°C加熱回流8 Mh ；
第三步將溶膠噴涂于氟碳鋁單板，形成厚度為1 3 μ m的薄膜，干燥后，于60 260°C下熱處于1 3h即可。所述整個制備過程中溫度均低于沈0 ° C，不會對氟碳鋁單板表面氟碳涂料的性能
產生影響。所述納米二氧化鈦薄膜經紫外光照射2 他后，水滴在其表面的鋪展性好，水滴與薄膜表面的接觸角小于10°。所述納米二氧化鈦薄膜經紫外光激發后，具有氧化性，能將吸附在薄膜表面的有機污染物降解。可應用于高層建筑外墻、大型橋梁建筑裝飾領域。以有機鈦鹽為前驅體原料，通過改進的溶膠-凝膠法，在低溫條件下制備出含有銳鈦礦型納米二氧化鈦溶膠，然后將納米二氧化鈦溶膠噴涂于硅溶膠改性后的氟碳鋁單板表面，干燥后得到具有自清潔功能的氟碳鋁單板。所述的有機鈦鹽可以為鈦酸丁酯、鈦酸丙酯、鈦酸異丙酯、TiCl4, TiOSO4等。本發明提出的新型納米二氧化鈦自清潔氟碳鋁單板，是在低溫條件下，于氟碳鋁單板表面制備一層具有超親水性和光催化特性的二氧化鈦薄膜，避免了直接將納米二氧化鈦加入氟碳涂料中引起的分散不均勻的問題，薄膜厚度均勻，納米二氧化鈦在薄膜中分布均勻。采用改進溶膠凝膠法制備自清潔氟碳鋁單板，避免了傳統溶膠凝膠法需高溫煅燒過程，因而避免了高溫對氟碳涂料性能的影響，使自清潔氟碳鋁單板保留了原有的高耐候、高化學腐蝕等優點。本發明提出的納米二氧化鈦/ 二氧化硅自清潔氟碳鋁單板的制備方法，具體步驟為
(1)氟碳鋁單板的預處理將氟碳鋁單板上的雜質清洗干凈，烘干待用；
(2)納米TW2溶膠的制備以鈦酸四丁酯為TiA前驅，以無水乙醇為溶劑，在室溫下混合得到A溶液；同時另取鹽酸溶液和去離子水混合，得B溶液；將A溶液滴加至B溶液中； 滴加完畢后攪拌5-10分鐘，隨后40 100°C加熱回流8 Mh，得到納米TW2溶膠，陳化 1 3d備用；
(3)Ti02/3丨02復合溶膠的制備首先將正硅酸乙酯與無水乙醇混合攪拌一定時間后的 C溶液；將冰乙酸與無水乙醇混合攪拌得D溶液；然后將D溶液滴加到C溶液中，混合均勻后得到SiO2溶膠，然后將SiA溶膠與上述納米TiA溶膠混合，即得TiO2/ SiO2復合溶膠， 陳化1 3d備用；
(4)納米二氧化鈦自清潔氟碳鋁單板的制備將納米TiO2溶膠或TiO2/SiO2復合溶膠噴涂于清洗干凈后的氟碳鋁單板表面，自然干燥后，置于60 260°C下熱處于1 3h，即得納米二氧化鈦自清潔氟碳鋁單板。本發明所涉及的新型納米二氧化鈦自清潔氟碳鋁單板的優點是(1) 二氧化鈦薄膜厚度均勻，納米二氧化鈦晶粒分布均勻，具有超親水性，具有良好的自清潔功能；(2)具有光催化特性，可降解表面殘留的有機污染物，可進一步提高自清潔效果；(3)保留了氟碳鋁單板原有高耐候、耐化學腐蝕等性能。
圖1為低溫制備納米二氧化鈦薄膜的XRD圖，說明所制備納米二氧化鈦為銳鈦礦晶型。圖2為新型納米二氧化鈦自清潔氟碳鋁單板在紫外光照射下，水滴在其表面的鋪展情況，說明紫外光照射后，水滴與表面的接觸角接近于0°，具有超親水性。
具體實施例方式以下結合實施例對本發明作進一步說明
實施例1 二氧化鈦薄膜在氟碳鋁單板表面的低溫制備
量取5ml的鈦酸四丁酯，加入10 ml的無水乙醇中，而后向其中滴加2ml的冰乙酸，室溫下充分混合得A溶液。取IOml無水乙醇、30ml 0. 2mol/l的鹽酸溶液、Iml 1%乙酸溶液和lmlKH570攪拌充分混合得B溶液。將B溶液緩慢滴加至A溶液中，充分混合后在80°C加熱回流10h，得到納米TW2溶膠，陳化l-3d備用。將納米TW2溶膠噴涂于經過預處理的氟碳鋁單板表面，形成一層納米TiO2薄膜后于200°C下熱處理3h，即得到納米二氧化鈦自清潔氟碳鋁單板，如圖1、圖2所示。實施例2 二氧化鈦/ 二氧化硅復合薄膜在氟碳鋁單板表面的低溫制備
量取5ml的鈦酸四丁酯，加入10 ml的無水乙醇中，而后向其中滴加2ml的冰乙酸，室溫下充分混合得A溶液。取IOml無水乙醇、30ml 0. 2mol/l的鹽酸溶液、Iml 1%乙酸溶液和lmlKH570攪拌充分混合得B溶液。將B溶液緩慢滴加至A溶液中，充分混合后在80°C加
5熱回流10h，得到納米Ti02溶膠；量取Iml正硅酸乙酯加入Iml無水乙醇充分混合得C溶液，向C溶液中滴加Iml 1%的乙酸溶液和2ml無水乙醇的混合液，室溫下混合均勻后得到 SiO2溶膠；將新制備的SiO2溶膠與TiO2溶膠混合，陳化l-3d，制得TiO2/ SiO2復合溶膠。 將TiO2/ SiO2復合溶膠噴涂于經過預處理的氟碳鋁單板表面，形成一層納米TiO2/ SiO2薄膜后于200°C下熱處理3h，即得到納米二氧化鈦自清潔氟碳鋁單板。
權利要求
1.一種新型納米二氧化鈦自清潔氟碳鋁單板，其特征在于氟碳鋁單板的表面涂有一層具有自清潔功能的納米二氧化鈦薄膜或納米二氧化鈦與二氧化硅復合薄膜；薄膜在氟碳鋁單板的表面分布均勻，厚度為1-3 μ m ；納米二氧化鈦薄膜經紫外光照射后，具有超親水性和光催化特性，可達到自清潔的效果。
2.一種如權利要求1所述的新型納米二氧化鈦自清潔氟碳鋁單板的低溫制備方法，制備方法為溶膠凝膠法，其特征在于具體步驟為第一步按鈦酸四丁酯無水乙醇鹽酸去離子水為1 :3 10 :0. 2 1 100 500的摩爾比混合，攪拌均勻，得到透明溶膠；第二步將所得透明溶膠于40 100°C加熱回流8 Mh ；第三步將溶膠噴涂于氟碳鋁單板，形成厚度為1 3 μ m的薄膜，干燥后，于60 260°C下熱處于1 3h即可。
3.根據權利要求2所述的新型納米二氧化鈦自清潔氟碳鋁單板的低溫制備方法，其特征在于整個制備過程中溫度均低于沈0 ° C，不會對氟碳鋁單板表面氟碳涂料的性能產生影響。
4.根據權利要求1所述的新型納米二氧化鈦自清潔氟碳鋁單板，其特征在于納米二氧化鈦薄膜經紫外光照射2 他后，水滴在其表面的鋪展性好，水滴與薄膜表面的接觸角小于10°。
5.根據權利要求1所述的新型納米二氧化鈦自清潔氟碳鋁單板，其特征在于納米二氧化鈦薄膜經紫外光激發后，具有氧化性，能將吸附在薄膜表面的有機污染物降解。
6.一種如權利要求1所述新型納米二氧化鈦自清潔氟碳鋁單板，其特征是可應用于高層建筑外墻、大型橋梁建筑裝飾領域。
全文摘要
一種新型納米二氧化鈦自清潔氟碳鋁單板及其低溫制備方法和應用，氟碳鋁單板的表面涂有一層具有自清潔功能的納米二氧化鈦薄膜或納米二氧化鈦與二氧化硅復合薄膜；薄膜在氟碳鋁單板的表面分布均勻，厚度為1-3μm；納米二氧化鈦薄膜經紫外光照射后，具有超親水性和光催化特性，可達到自清潔的效果。本發明所涉及的新型納米二氧化鈦自清潔氟碳鋁單板的優點是(1)二氧化鈦薄膜厚度均勻，納米二氧化鈦晶粒分布均勻，具有超親水性，具有良好的自清潔功能；(2)具有光催化特性，可降解表面殘留的有機污染物，可進一步提高自清潔效果；(3)保留了氟碳鋁單板原有高耐候、耐化學腐蝕等性能。
文檔編號C01G23/053GK102433978SQ20111026392
公開日2012年5月2日 申請日期2011年9月7日 優先權日2011年9月7日
發明者李勇, 艾凡榮, 閆洪 申請人:南昌大學