專利名稱：一種用于檢測光催化性能的涂料及其制備方法和應用方法
一種用于檢測光催化性能的涂料及其制備方法和應用方法技術領域一種用于檢測光催化性能的涂料及其制備方法和應用方法，該涂料具體是檢測以Ti02為活性成分的光自潔材料光催化性能的涂料。 技術背景光催化技術已經被廣泛地應用于環境領域。基于光催化技術而制得 的光自潔材料在環保市場上也已有相當規模，相關產品主要有光自潔玻 璃、光自潔陶瓷，以及光觸媒噴劑等。光自潔材料的光自潔活性來源于其表面的光催化性能涂層。在各種 光催化劑中，納米二氧化鈦(Ti02)由于其具有化學性質穩定、耐熱性能 好、無毒、光催化性能高等特點而成為最常用的涂層材料。光自潔材料在人們日常生活中應用相當廣泛。如光自潔玻璃作為高層 建筑物幕墻玻璃，通過陽光照射及雨水沖刷作用實現自清潔，可以很好 地保持玻璃潔凈透明，解決了高層幕墻玻璃清洗危險、麻煩、投入高等 諸多問題。另外還可用于汽車玻璃、自清潔浴室用防霧玻璃、醫院門窗 玻璃、汽車尾氣凈化、冷藏車除臭系統等。目前國內市場雖處于孕育期， 但市場前景非常廣闊。如何方便、快捷地對光自潔材料做出光自潔性能評價將是一項非常 重要的工作。目前評價Ti02光自潔材料的光自潔性能的方法主要分為兩 類，即評價其光致超親水性和光催化性能。具體而言就是測定在紫外光 照射下納米Ti02光自潔材料光催化氧化(或還原)某些有機物的能力或 親水性改變的情況來衡量其光自潔性能。 一些典型的方法有測親水角法、 硬脂酸膜法、光降解染料法、7-羥基香豆素熒光探針法等。但是這些方 法大多存在繁瑣耗時、需大型儀器支持、評價費用昂貴、無法現場檢測等不足。現有技術中還沒有使用涂料來檢測光自潔材料光催化性能的方法。 本發明即提供了一種可用于評價光催化性能的涂料，并提供了應用該涂料檢測以Ti02為活性成分的光自潔材料的光催化性能的方法。該涂料法 不僅具有準確、方便、非破壞性檢測等特點，而且無需大型儀器支持， 檢測時間短，可現場檢測，對操作人員專業素質要求不髙。發明內容本發明的目的是克服現有技術繁瑣耗時、無法現場檢測、儀器需求 高等不足，開發出一種可檢測光催化性能的涂料，并將其應用于光自潔 材料光催化性能檢測。本發明開發出的涂料可應用在檢測光自潔材料光催化性能上，應用 方法是將該涂料涂覆在光自潔材料表面，晾干或吹干后用紫外光照射一 定時間，然后可通過人眼觀察或者儀器檢測兩種方式進行檢測。人眼觀察通過人眼觀察涂料的變色情況，觀察涂料層由藍色變成粉紅色所需的變色時間；變色時間越短，表明待測光自潔材料光催化性能越好。儀器測定以開始光照為時間零點，用儀器每隔一定時間測定一次涂料在 某一特定波長處的吸光度值，或者測定可表征顏色性質的紅-綠-藍(RGB)三原色色值及類似RGB值參數的數值，用測得數值對時間作圖 得一直線，直線斜率的絕對值K即可作為涂料變色速率。變色速率越大， 表明待測光自潔材料光催化性能越好。本發明的檢測光催化性能的涂料為一種用于檢測以Ti02為活性成分的光自潔材料的光催化性能的涂 料，該涂料是由作為表面活性劑、染料活性因子和助活性因子的化合物 混合配制而成。本發明的檢測光催化性能的涂料的制備方法將表面活性劑配制成質量百分比為0.5 % ~ 2 %水溶液；然后分別加 入質量百分比為0.08 % ~ 0.5 %的活性因子和質量百分比為5 % ~ 30 %的助活性因子，混合均勻；上述所說的表面活性劑是下列化合物中的一種十二烷基乙酸胺、 二羥乙基甲基氯化銨、十六烷基三甲基溴化銨、3-氯-2-羥丙基-三甲基 氯化銨、硬脂酸鈉、軟脂酸鈉、十二烷基磺酸鈉、二丁基萘磺酸鈉、十 二垸基苯磺酸鈉、月桂基硫酸鈉、四聚丙烯苯磺酸鈉、聚乙二醇、辛基 酚聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、羥乙基纖維素、羥丙基甲基纖維素;上述所說的染料活性因子為水溶性的藍色有機染料，是下列化合物 的一種或兩種，如果是兩種，則以質量比l: l混合茜素藍、堿性藍6B、 堿性藍4B、酒精藍、水溶苯胺藍、偶氮藍、燦爛甲酚藍、溴酚藍、卡拉 唑藍、喹啉藍、靛藍、樹脂酚藍、甲基藍、次甲基藍、專利藍A、五號 專利藍、酞菁、刃天青、苯甲天青、普魯士藍、亞甲苯藍、百里酚藍、 曲利苯藍；上述所說的助活性因子是下列化合物的一種乙醇、乙二醇、正丙 醇、異丙醇、丙二醇、丙三醇、正丁醇、叔丁醇、戊醇、己醇、聚乙二 醇、聚乙烯醇、甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、軟脂酸、硬脂酸、油 酸。本發明的檢測光催化性能的涂料的應用方法① 將以Ti02為活性成分的光自潔材料表面清洗干凈，晾干或吹干， 將涂料均勻涂覆在光自潔材料表面，控制涂膜厚度為O.l 1000 pm，并 在黑暗處晾干或吹干；② 采用波長為250 ~ 400 nm的紫外光以O.l ~ 50 mW/cn^的輻照強 度照射涂覆了檢測涂料的光自潔材料，照射時間為l ~ 100min，人眼觀 察涂料層由藍色變成粉紅色所需的變色時間；或者儀器測定涂料層由藍 色變成粉紅色的變色速率；變色時間越短或儀器測定的變色速率越大， 則待測光自潔材料的光催化性能就越好。所說的光自潔材料是以Ti02為活性成分的光自潔玻璃、光自潔陶 瓷、涂覆或噴涂了Ti02光自潔涂料的玻璃、鋼材、鋁材、塑料；所說的紫外光其來源可以為紫外燈、高壓汞燈、氙燈、太陽光中紫外成分；所說的測定儀器是紫外-可見分光光度計、比色計、色差儀或顏 色測定儀。本發明的主要優點是涂料的化學穩定性好，制備過程簡單，檢測方 法準確、方便、快捷、無需大型儀器支持、可現場檢測、對操作人員專 業素質要求不高。操作者僅需將我們開發出的涂料涂在待評價材料表 面，用一盞紫外燈照射一段時間，通過人眼觀察涂料層的變色情況就可 以輕易地了解待評價材料的光催化性能；或者通過儀器測定涂層變色速 度就可獲得待評價材料的光催化性能數據。用本發明的涂料檢測，檢測 完成后，用水沖洗掉該涂料即可，不會給被檢測材料造成任何不良影響， 具有非破壞性。本發明所開發出的涂料以及由此開發出的光自潔材料光 催化性能簡易評價方法可作為光自潔材料銷售、使用時首選的光催化性 能評價方法。
圖l本發明開發出的一種涂料涂覆在光自潔玻璃表面，紫外光照射 過程中涂料層吸收光譜變化情況。橫坐標波長(nm);縱坐標吸光 度。順箭頭所指方向分別對應于紫外光照射時間為Omin、 2min、 4 min、 6min、 8min、 10min、 12 min時涂料層的紫外-可見吸收光譜。圖2本發明開發出的一種涂料涂覆在兩種光自潔玻璃表面，紫外光 照射過程中涂料最大吸收波長處吸光度隨光照時將變化的直線圖。橫坐標時間(min);縱坐標吸光度。1.光自潔玻璃A; 2.光自潔玻璃B。
具體實施方式
例l:取86.90gl。/。的羥乙基纖維素水溶液于100ml燒杯內，然后加 入0.10g刃天青、13.00 g丙三醇混合均勻配成涂料。將光催化性能不同的 A、 B兩塊3x6cm的光自潔玻璃清洗干凈，晾干。然后在玻璃表面均勻噴 涂一層厚度為100)am左右的涂料層，避光晾干。用紫外燈控制輻照強度約為20 mW/cm 照射，并每隔2 min在紫外-可見分光光度計上測定610 nm 處的吸光度，光照16min后結束。以610 nm處吸光度對光照時間作圖， 為一直線。直線斜率的絕對值即為變色速率，由數據可知，光自潔玻璃 A上涂料層變色速率要大些，因此光自潔玻璃A的光催化性能要優于B。例2:取79.80 g lQ/。的羥乙基纖維素水溶液于100ml燒杯內，然后加 入0.20g刃天青、20.00 g丙三醇混合均勻配成涂料。將光催化性能不同的 A、 B兩塊3X6 cm的光自潔玻璃清洗干凈，晾干。然后在玻璃表面均勻 噴涂一層厚度為100pm左右的涂料層，避光晾干。用紫外燈控制輻照強 度約為25 mW/cn^照射，并每隔2 min在紫外-可見分光光度計上測定610 nm處的吸光度，光照12min后結束。以610 nm處吸光度對光照時間作圖， 為一直線，如附圖2所示。直線斜率的絕對值即為變色速率，由數據可知， 光自潔玻璃A上涂料層變色速率要大些，因此光自潔玻璃A的光催化性能 要優于B。例3:取85.00 g "/。的羥丙基甲基纖維素水溶液于100ml燒杯內，然 后加入0.20g刃天青、14.80 g丙三醇混合均勻配成涂料。將光催化性能不 同的A、 B兩塊3X6 cm的光自潔玻璃清洗干凈，晾干。然后在玻璃表面 均勻噴涂一層厚度為100pm左右的涂料層，避光晾干。用紫外燈控制輻 照強度約為25 mW/cm 照射，并每隔2 min在紫外-可見分光光度計上測定 610 nm處的吸光度，光照12 min后結束。以610 nm處吸光度對光照時間 作圖，為一直線，直線斜率的絕對值即為變色速率，由數據可知，光自 潔玻璃A上涂料層變色速率要大些，因此光自潔玻璃A的光催化性能要優 于B。例4:取50.00 gl.5。/。的羥乙基纖維素水溶液于100ml燒杯內，然后 加入0.10g刃天青、13.00 g丙三醇混合均勻配成涂料。將光催化性能不同 的A、 B兩塊3X6 cm的光自潔玻璃清洗干凈，晾干。然后在玻璃表面均 勻噴涂一層厚度為500 pm左右的涂料層，避光晾干。用紫外燈控制輻照強度約為IO mW/cii^照射，并每隔2 min在紫外-可見分光光度計上測定 610nm處的吸光度，光照12min后結束。以610 nm處吸光度對光照時間 作圖，為一直線，直線斜率的絕對值即為變色速率，由數據可知，光自 潔玻璃A上涂料層變色速率要大些，因此光自潔玻璃A的光催化性能要優 于B。例5:取79.80 g 1。/。的羥乙基纖維素水溶液于100ml燒杯內，然后加 入0.20g刃天青、20.00 g丙三醇混合均勻配成涂料。將光催化性能不同的 A、 B兩塊3X6 cm的光自潔玻璃清洗干凈，晾干。然后在玻璃表面均勻 噴涂一層厚度為500 pm左右的涂料層，避光晾干。用紫外燈控制輻照強 度約為25 mW/cm 照射，并每隔5 min在紫外-可見分光光度計上測定610 nm處的吸光度，光照30min后結束。以610 nm處吸光度對光照時間作圖， 為一直線，直線斜率的絕對值即為變色速率，由數據可知，光自潔玻璃 A上涂料層變色速率要大些，因此光自潔玻璃A的光催化性能要優于B。例6:取83.77 g 1%的3-氯-2-羥丙基-三甲基氯化銨水溶液于100 ml燒 杯內，然后加入0.23g亞甲基藍、16.00 g軟脂酸混合均勻配成涂料。將光 催化性能不同的A、 B兩塊3X6 cm的光自潔玻璃清洗干凈，晾干。然后 在玻璃表面均勻噴涂一層厚度為IOO pm左右的涂料層，避光晾干。用紫 外燈控制輻照強度約為25 mW/cm 照射，并每隔2 min在紫外-可見分光光 度計上測定665 nm處的吸光度，光照12 min后結束。以665 nm處吸光度 對光照時間作圖，為一直線。直線斜率的絕對值即為變色速率，由數據 可知，光自潔玻璃A上涂料層變色速率要大些，因此光自潔玻璃A的光催 化性能要優于B。例7:取89.65 g的1。/。辛基酚聚氧乙烯醚水溶液于100 ml燒杯內，然 后加入0.35g靛藍、10.00 g軟脂酸混合均勻配成涂料。將光催化性能不同 的A、 B兩塊3x6cm的光自潔玻璃清洗干凈，晾干。然后在玻璃表面均勻 噴涂一層厚度為100pm左右的涂料層，避光晾干。用紫外燈控制輻照強度約為25 mW/cr^照射，并每隔2 min在紫外-可見分光光度計上測定610 nm處的吸光度，光照12min后結束。以610 nm處吸光度對光照時間作圖， 為一直線。直線斜率的絕對值即為變色速率，由數據可知，光自潔玻璃 A上涂料層變色速率要大些，因此光自潔玻璃A的光催化性能要優于B。例8:取89.65 g的l。/。辛基酚聚氧乙烯醚水溶液于100ml燒杯內，然后 加入0.35g靛藍、10.00 g軟脂酸混合均勻配成涂料。將光催化性能不同的 A、 B兩塊3X6 cm的光自潔玻璃清洗干凈，晾干。然后在玻璃表面均勻 噴涂一層厚度為100)iim左右的涂料層，避光晾干。用紫外燈控制輻照強 度約為25 mW/cm2照射，通過人眼觀察對比兩塊光自潔玻璃變色情況知， 光自潔玻璃A上涂料層完全變為粉紅色時所需時間為IO min，而B上涂料 層完全變為粉紅色所需時間為21 min，因此光自潔玻璃A的光催化性能要 優于B。例9:取73.50gl。/。的聚乙二醇水溶液于100ml燒杯內，然后加入0.50 g苯甲天青、26.00 g硬脂酸混合均勻配成涂料。將光催化性能不同的A、 B兩塊3x6 cm的光自潔玻璃清洗干凈，晾干。然后在玻璃表面均勻噴涂 一層厚度為100pm左右的涂料層，避光晾干。用紫外燈控制輻照強度約 為25 mW/cm 照射，通過人眼觀察對比兩塊光自潔玻璃變色情況知，光 自潔玻璃A上涂料層完全變為粉紅色時所需時間為13 min，而B上涂料層 完全變為粉紅色所需時間為22 min，因此A的光催化性能要優于B。例10:取83.90gl。/。的羥乙基纖維素水溶液于100ml燒杯內，然后加 入0.10g刃天青、16.00 g丙三醇混合均勻配成涂料。將光催化性能不同的 C、 D兩塊4X10cm的光自潔陶瓷清洗干凈，晾干。然后在玻璃表面均勻 噴涂一層厚度為500 pm左右的涂料層，避光晾干。用紫外燈控制輻照強 度約為25 mW/cml照射，通過人眼觀察對比兩塊光自潔陶瓷變色情況知， 光自潔陶瓷C上涂料層完全變為粉紅色時所需時間為18min，而D上涂料 層完全變為粉紅色所需時間為27 min，因此C的光催化性能要優于D。例ll:取80.62 g 1%的聚乙烯醇水溶液于100 ml燒杯內，然后加入0.19 g堿性藍4B、 0.19g偶氮藍、19.00 g叔丁醇混合均勻配成涂料。將光催 化性能不同的E、 F兩塊3x6cm的光自潔瓷磚清洗干凈，晾干。然后在 瓷磚表面均勻噴涂一層厚度為100pm左右的涂料層，避光晾干。用紫 外燈控制輻照強度約為25 mW/cn^照射，通過人眼觀察對比兩塊光自 潔瓷磚變色情況知，光自潔瓷磚F上涂料層完全變為粉紅色時所需為時 間8min，而E上涂料層完全變為粉紅色所需時間為27min，因此F的光 催化性能要優于E。例12:取83.77 g 1%的3-氯-2-羥丙基-三甲基氯化銨水溶液于100 ml燒杯內，然后加入0.23 g亞甲基藍、16.00 g軟脂酸混合均勻配成涂料。 將光催化性能不同的G、 H兩塊3X6cm的光自潔瓷磚清洗干凈，晾干。 然后在瓷磚表面均勻噴涂一層厚度為IOO pm左右的涂料層，避光晾干。 用紫外燈控制輻照強度約為25 mW/cm 照射，通過人眼觀察對比兩塊 光自潔瓷磚變色情況知，光自潔瓷磚H上涂料層完全變為粉紅色時所 需時間為5 min，而G上涂料層完全變為粉紅色所需時間為27 min，因 此H的光催化性能要優于G。
權利要求
1.一種用于檢測以TiO2為活性成分的光自潔材料的光催化性能的涂料，該涂料是由作為表面活性劑、染料活性因子和助活性因子的化合物混合配制而成；所說的表面活性劑是下列化合物中的一種十二烷基乙酸胺、二羥乙基甲基氯化銨、十六烷基三甲基溴化銨、3-氯-2-羥丙基-三甲基氯化銨、硬脂酸鈉、軟脂酸鈉、十二烷基磺酸鈉、二丁基萘磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、月桂基硫酸鈉、四聚丙烯苯磺酸鈉、聚乙二醇、辛基酚聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、羥乙基纖維素、羥丙基甲基纖維素；所說的染料活性因子為水溶性的藍色有機染料，是下列化合物的一種或兩種，如果是兩種，則以質量比1∶1混合茜素藍、堿性藍6B、堿性藍4B、酒精藍、水溶苯胺藍、偶氮藍、燦爛甲酚藍、溴酚藍、卡拉唑藍、喹啉藍、靛藍、樹脂酚藍、甲基藍、次甲基藍、專利藍A、五號專利藍、酞菁、刃天青、苯甲天青、普魯士藍、亞甲苯藍、百里酚藍、曲利苯藍；所說的助活性因子是下列化合物的一種乙醇、乙二醇、正丙醇、異丙醇、丙二醇、丙三醇、正丁醇、叔丁醇、戊醇、己醇、聚乙二醇、聚乙烯醇、甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、軟脂酸、硬脂酸、油酸。
2. 權利要求l所述的涂料其制備方法如下將表面活性劑配制成質量百分比為0.5 % ~ 2 %水溶液；然后分別加 入質量百分比為0.08 % ~ 0.5 。/。的活性因子和質量百分比為5 % ~ 30 %的 助活性因子，混合均勻；所說的表面活性劑是下列化合物中的一種十二烷基乙酸胺、二羥 乙基甲基氯化銨、十六烷基三甲基溴化銨、3_氯-2-羥丙基-三甲基氯化 銨、硬脂酸鈉、軟脂酸鈉、十二烷基磺酸鈉、二丁基萘磺酸鈉、十二垸 基苯磺酸鈉、月桂基硫酸鈉、四聚丙烯苯磺酸鈉、聚乙二醇、辛基酚聚 氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、羥乙基纖維素、羥丙基甲基纖維素；所說的染料活性因子為水溶性的藍色有機染料，是下列化合物的一 種或兩種，如果是兩種，則以質量比l: l混合茜素藍、堿性藍6B、堿 性藍4B、酒精藍、水溶苯胺藍、偶氮藍、燦爛甲酚藍、溴酚藍、卡拉唑藍、喹啉藍、靛藍、樹脂酚藍、甲基藍、次甲基藍、專利藍A、五號專利藍、酞菁、刃天青、苯甲天青、普魯士藍、亞甲苯藍、百里酚藍、曲利苯藍；所說的助活性因子是下列化合物的一種乙醇、乙二醇、正丙醇、 異丙醇、丙二醇、丙三醇、正丁醇、叔丁醇、戊醇、己醇、聚乙二醇、 聚乙烯醇、甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、軟脂酸、硬脂酸、油酸。
3 .權利要求1所述的涂料的應用方法-① 將以Ti02為活性成分的光自潔材料表面清洗干凈，晾干，將涂 料均勻涂覆在光自潔材料表面，控制涂膜厚度為O.l ~ 1000 (am，并在黑 暗處晾干；② 采用波長為250 ~ 400 nm的紫外光以O.l 50 mW/cn^的輻照強 度照射涂覆了檢測涂料的光自潔材料，照射時間為l ~ 100min，人眼觀 察涂料層由藍色變成粉紅色所需的變色時間；或者儀器測定涂料層由藍 色變成粉紅色的變色速率；變色時間越短或儀器測定的變色速率越大， 則待測光自潔材料的光催化性能就越好。
4.按照權利要求3所述的制備方法，所說的光自潔材料是以Ti02 為活性成分的光自潔玻璃、光自潔陶瓷、涂覆或噴涂了Ti02光自潔涂料 的玻璃、鋼材、鋁材、塑料；所說的紫外光其來源可以為紫外燈、高壓汞燈、氙燈、太陽光中紫 外成分；所說的測定儀器是紫外-可見分光光度計、比色計、色差儀或顏色測 定儀。
全文摘要
一種用于檢測以TiO<sub>2</sub>為活性成分的光自潔材料光催化性能的涂料。本發明針對目前光自潔性能評價方法繁瑣耗時、無法現場檢測等不足，開發出一種可檢測光催化性能的涂料。該涂料是由作為表面活性劑、染料活性因子和助活性因子的化合物混合配制而成。測試方法是將該涂料涂覆在光自潔材料表面，晾干后用紫外光照射，可通過人眼或者儀器檢測兩種方式觀察涂料顏色的變化，變色的時間越短則性能越好。該涂料的主要優點是涂料的化學穩定性好，制備簡單，檢測方法準確、方便、快捷、無需大型儀器支持、可現場檢測。
文檔編號G01N21/77GK101246127SQ20081004697
公開日2008年8月20日 申請日期2008年2月29日 優先權日2008年2月29日
發明者周和慧, 唐和清, 朱麗華, 保 舒, 芳 陳 申請人:華中科技大學