本發(fā)明涉及涂層材料技術領域，特別涉及一種光觸媒添加劑及含該添加劑的親水性涂料的使用方法。

背景技術：

光觸媒是一種以納米級二氧化鈦(tio2)為代表的具有光催化功能的光半導體材料的總稱，它涂布于基材表面，在紫外光線的作用下，產生強烈催化降解功能：能有效地降解空氣中有毒有害氣體；能有效殺滅多種細菌，并能將細菌或真菌釋放出的毒素分解及無害化處理；同時還具備除甲醛、除臭、抗污、凈化空氣等功能。光觸媒技術是1967年東京大學的教授本多建一教授跟當時的研究生藤島昭偶然發(fā)現(xiàn)在紫外線的照射下，二氧化鈦電極可以將水分解成氫氣與氧氣。納米光觸媒在光照射下，價帶電子被激發(fā)到導帶，形成了電子和空穴，與吸附于其表面的o2和h2o作用，生成超氧化物陰離子自由基，o2-和羥基自由基-oh，其自由基具有很強的氧化分解能力，能破壞有機物中的c-c鍵、c-h鍵、c-n鍵、c-o鍵、o-h鍵、n-h鍵，分解有機物為二氧化碳與水；同時破壞細菌的細胞膜固化病毒的蛋白質，改變細菌，病毒的生存環(huán)境從而殺死細菌、病毒。

雖然在現(xiàn)有技術中，對納米二氧化鈦進行摻雜研究較多，但用于親水性涂料中的研究較少。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明實施例提供了一種光觸媒添加劑及含該添加劑的親水性涂料的使用方法。為了對披露的實施例的一些方面有一個基本的理解，下面給出了簡單的概括。該概括部分不是泛泛評述，也不是要確定關鍵/重要組成元素或描繪這些實施例的保護范圍。其唯一目的是用簡單的形式呈現(xiàn)一些概念，以此作為后面的詳細說明的序言。

根據本發(fā)明實施例的第一方面，提供了一種光觸媒添加劑。

在一些示例性的實施例中，所述光觸媒添加劑用于親水性涂料，所述光觸媒添加劑為摻雜有鈰(ce)和氮(n)的納米二氧化鈦tio2。

在一些可選的實施例中，所述光觸媒添加劑的重量份組成如下：

鈰ce0.1％-10％；

氮n0.01％-10％；

納米二氧化鈦tio250％-90％。

在一些可選的實施例中，所述光觸媒添加劑中還摻雜有銅(cu)、鎢(w)和碳(c)中的至少一種元素。

在一些可選的實施例中，所述銅cu、鎢w和碳c在光觸媒添加劑中的重量份組成如下：

鎢w0-10％；

銅cu0-10％；

碳c0-10％。

在一些可選的實施例中，，所述光觸媒涂料的重量份組成如下：

鈰ce10％；

氮n0.06％；

碳c2％；

余量為納米二氧化鈦tio2。

具有上述任一項光觸媒添加劑的親水性涂料可用于空調換熱器的鋁翅片表面，該光觸媒添加劑經干燥后可形成具有去油酸、硬脂酸功效的親水性皮膜。

根據本發(fā)明實施例的第二方面，提供一種親水性涂料的使用方法。

在一些示例性的實施例中，所述親水性涂料含有上述實施例中任一項所述的光觸媒添加劑，在空調鋁翅片成型前，在空調鋁翅片的表面涂覆的所述親水性涂料，經烘干后在所述空調鋁翅片的表面形成具備光觸媒性和親水性的膜；其中，所述親水性涂料的涂覆量為：1毫克/平米-100毫克/平米。

在一些說明性的實施例中，所述膜的厚度與所述空調換熱器鋁翅片的鋁箔厚度相關聯(lián)。

在一些說明性的實施例中，所述烘干成膜的溫度為80℃-300℃。

上述實施例提供具有光觸媒添加劑的親水性涂料用于空調鋁翅片時的使用方法。

應當理解的是，以上的一般描述和后文的細節(jié)描述僅是示例性和解釋性的，并不能限制本發(fā)明。

附圖說明

此處的附圖被并入說明書中并構成本說明書的一部分，示出了符合本發(fā)明的實施例，并與說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理。

圖1是根據一示例性實施例示出的具有光觸媒添加劑的親水性涂料對油酸的分解效果圖；

圖2是根據一示例性實施例示出的具有光觸媒添加劑的親水性涂料對硬脂酸的分解效果圖。

具體實施方式

以下描述和附圖充分地示出本發(fā)明的具體實施方案，以使本領域的技術人員能夠實踐它們。實施例僅代表可能的變化。一些實施方案的部分和特征可以被包括在或替換其他實施方案的部分和特征。本發(fā)明的實施方案的范圍包括權利要求書的整個范圍，以及權利要求書的所有可獲得的等同物。在本文中，各實施方案可以被單獨地或總地用術語“發(fā)明”來表示，這僅僅是為了方便，并且如果事實上公開了超過一個的發(fā)明，不是要自動地限制該應用的范圍為任何單個發(fā)明或發(fā)明構思。

對納米二氧化鈦中摻雜元素雖然現(xiàn)有技術研究較多，但用于親水涂層的摻雜，目前研究較少；歸其原因主要是由于摻雜元素的不同，對親水涂層的耐蝕性、親水性、耐熱性等相關性能都產生影響。并且選擇不當摻雜元素或摻雜元素配比不當，會極大地削弱親水涂層的性能。此外，不同的摻雜元素對親水涂層的老化性能也有很大的影響。因此，不同元素的選擇和配比成為本領域技術難題。

根據本發(fā)明實施例的第一方面，提供了一種光觸媒添加劑。

在一些是示例性的實施例中，所述光觸媒添加劑為摻雜有鈰ce和氮n的納米二氧化鈦tio2。通過向納米二氧化鈦tio2中摻雜鈰ce和氮n，可以提高親水性涂料分解油酸和硬脂酸的功效，此外添加這兩種元素不會降低親水性涂料的性能，該親水性涂料涂覆后的膜具有親水性、耐蝕性、耐熱性和耐堿性，對改善空調換熱器鋁翅片的性能有重要意義。

其中，采用溶膠-凝膠法制備所述光觸媒添加劑；具體方法如下：在室溫下將攪拌均勻的34ml鈦酸四丁酯和70ml無水乙醇混合液在磁力攪拌下緩慢地加入不同摩爾質量的硝酸鈰和含氮n離子液體，30ml無水乙醇、35ml冰醋酸、15ml去離子水的混合溶液中水解，攪拌1.5h得到均勻透明的溶膠陳化后得到凝膠，然后置于80℃真空干燥得到干凝膠，研磨后置于箱式電阻爐在不同煅燒溫度下煅燒2h，得到摻雜金屬的納米二氧化鈦tio2；所述離子液體為親水性離子液體可以為1-氨基-3-烷基-1,2,3-三唑硝酸鹽。

在一些可選的實施例中，摻雜有鈰ce和氮n的納米二氧化鈦tio2按重量份組成如下：

鈰ce0.1％-10％；

氮n0.01％-10％；

余量為納米二氧化鈦tio2。

優(yōu)選的，所述鈰ce的重量份組成可以為1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％或9％；所述氮n的重量份組成可以為1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％或9％。

在一些說明性的實施例中，所述納米二氧化鈦tio2在所述光觸媒添加劑中的重量份組成為：50％-90％。

優(yōu)選的，所述光觸媒添加劑的重量份組成如下：

鈰ce5％；

氮n8％；

納米二氧化鈦tio287％。

在一些可選的實施例中，所述光觸媒添加劑中還摻雜有銅cu、鎢w和碳c中的一種或多種元素。

在上述過程中，若所述光觸媒添加劑還摻雜有銅cu、鎢w和碳c中的一種或多種元素，則在上述制備溶膠-凝膠法制備所述光觸媒添加劑的過程中，加入硝酸銅、鎢酸銨和含碳c的離子液體；其中，所述含碳c離子液體可以是1-乙基-3-甲基咪唑溴鹽、n-丁基-n-甲基哌啶溴鹽。

除了添加必要元素鈰ce和氮n，還可以向光觸媒添加劑中摻雜銅cu、鎢w和碳c中的至少一種元素，以優(yōu)化涂料的性能。

在一些可選的實施例中，所述銅cu、鎢w、碳c在所述光觸媒添加劑中的重量份組成如下：

鎢w0-10％；

銅cu0-10％；

碳c0-10％。

優(yōu)選的，所述鎢w的重量份組成可以為1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％或9％；所述銅cu的重量份組成可以為1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％或9％；所述碳c的重量份組成可以為1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％或9％。

在一些可選的實施例中，所述光觸媒添加劑的重量份組成如下：

鈰ce10％；

氮n0.06％；

碳c2％；

納米二氧化鈦tio287.94％。

在一些可選的實施例中，所述光觸媒添加劑的重量份組成如下：

在一些可選的實施例中，所述光觸媒添加劑的重量份組成如下：

在一些可選的實施例中，所述光觸媒添加劑的重量份組成如下：

上述實施例分別給出了光觸媒添加劑優(yōu)選組分配比的情況，下面對上述兩個實施例中含有所述光觸媒添加劑的親水性涂料成膜后的性能進行測試，測試方法和結果如下：

表1給出了實驗組與參照組中不同試樣的組分；

在本測試中，實驗組和參照組除了組分不同外，其他處理工藝相同；處理工藝具體如下：

1、對待測表面，1000mm鋁箔的表面進行預處理；預處理的包括：脫脂工藝和底涂工藝；其中，脫脂工藝為：在涂脫脂劑后進行兩次水洗，水洗后進行干燥，在本測試中脫脂劑為帕卡表面處理科技(上海)有限公司提供的fc-315脫脂劑；底涂工藝為：在進行脫脂工藝處理后的鋁箔表面，涂耐蝕底層，然后在230℃干燥成膜，皮膜量控制在95-100mg/m²；，所述耐蝕底層化學處理劑為帕卡表面處理科技(上海)有限公司提供的sg-e902化學處理劑。

2、對經過表面預處理的鋁箔進行面涂，涂覆光觸媒性面層；根據表1，分別將不同組分的親水性涂料，即試樣1、試樣2和參照樣，輥涂在鋁箔表面，230℃烘干，皮膜量控制在40-45mg/m²；

3、對實驗組與對照組的膜性能進行評價；

對于膜性能的評價主要考察以下幾個參數：親水性、抗污性、密著性、耐熱性、耐蝕性、抗菌性和污染物降解能力；其中，污染物降解能力是對油酸、硬脂酸的降解；具體評價方法參照表2。

表1實驗組與對照組

表2評價項目和評價方法

表3膜性能評價結果

表3中○是代表性能佳，符合要求，△：代表性能一般，但合格，×代表不符合要求；

從表3可知，實施例a、實施例b和實施例c性能佳，不僅滿足鋁箔涂覆后其膜性能的要求，并且可以起到抗菌、分解油酸、硬脂酸的功效；而普通的納米二氧化鈦tio2雖然在親水性符合要求，但在抗污性、密著性、耐熱性、耐蝕性和抗菌性均表現(xiàn)一般，并且分解油酸和硬脂酸的能力差，無法滿足鋁箔對光觸媒涂層的要求。

在上述過程中，對污染物光催化降解性能的評價，是將污染物定量涂覆于接受實驗的處理材料上，經過光輻射后，借助ft-ir進行定量分析。具體分析步驟如下：

a.污染物涂覆

將污染物借助線棒涂覆器定量均勻涂覆與接受實驗的處理材料上，置于80℃恒溫烘箱烘干至恒重；

b.可見光輻照

將涂覆有污染物的實驗材料置于室內可見光環(huán)境下和模擬可見光燈箱中進行規(guī)定時間的輻照；其中，輻照強度為0.5mw/cm²，輻照面積為50cm²，環(huán)境溫度為28℃，環(huán)境濕度為50％；

c.定量分析

將可見光輻照前后的實驗材料進行ft-ir分析，對于污染物的特征峰進行定量積分，計算光降解率。

實施例a、實施例b和實施例c和參照樣，分別對分解油酸、硬脂酸的結果詳見圖1-圖2；

從圖1-圖2中可知，實施例a、實施例b和實施例c對分解油酸、硬脂酸均有較佳的效果，其中，實施例c的分解油酸和硬脂酸的效率均高于其他試樣，光照60天剩余油酸僅為9％，光照5天剩余硬脂酸為18％；但參照樣的分解效果差，光照60天剩余油酸仍高達90％，光照5天剩余硬脂酸為93％，可見未摻雜鈰ce和氮n的納米二氧化鈦tio2幾乎無法對上述污染物進行有效分解。

上述實施例，提供了一種用于空調換熱器的鋁翅片表面的具有光觸媒添加劑的親水性涂料，該親水性涂料經干燥后可形成具有抗污、去油酸、去硬脂酸功效的親水性皮膜。

根據本發(fā)明實施例的第二方面，提供一種含有上述實施例中所述光觸媒添加劑的親水性涂料的使用方法。

在一些示例性的實施例中，所述親水性涂料含有上述實施例中之一所述的光觸媒添加劑，在空調鋁翅片成型前，在空調鋁翅片的表面涂覆的所述親水性涂料，經烘干后在所述空調鋁翅片的表面形成具備光觸媒性和親水性的膜；其中，所述光觸媒添加劑為摻雜有鈰ce和氮n的納米二氧化鈦tio2；所述親水性涂料的涂覆量為：1mg/m²-100mg/m²。

可選地，所述親水性涂料的涂覆量為10mg/m²、20mg/m²、30mg/m²、40mg/m²、50mg/m²、60mg/m²、70mg/m²、80mg/m²或90mg/m²。該涂覆量是在保證親水涂層不受到老化或劣化影響的前提下，最大發(fā)揮皮膜的光觸媒性能，從而在保證空調在使用過程中實現(xiàn)抗菌、去油污等自清潔功能。過低的加入影響光觸媒性能的發(fā)揮，過高會影響親水涂層的性能。諸如親水性、耐蝕性、耐熱性、耐堿性和附著力等。

本發(fā)明中，添加光觸媒添加劑的親水性涂料，可直接作為表面處理液，或用水稀釋后使用，處理液的濃度和粘度應恰當地調節(jié)，以滿足操作方法和規(guī)定的膜厚要求。

優(yōu)選地，干燥后膜厚為0.05-5μm，更優(yōu)選為：0.1-2μm，當膜厚小于0.05μm是，很難提供滿意的光觸媒和親水性能，當膜厚超過5μm時，導熱性和皮膜附著力可能會降低。

在一些說明性的實施例中，所述親水性涂料作為光觸媒性面層，涂覆于空調換熱器鋁翅片的面層。本發(fā)明實施例給出的親水性涂料主要是針對涂覆空調換熱器鋁翅片而研發(fā)的，因此所述光觸媒添加劑的組成成分以及所述親水性涂料的涂覆方法都是針對應用于此環(huán)境中給出的。

在一些說明性的實施例中，所述親水性涂料作為光觸媒性面層，涂覆于空調換熱器鋁翅片的面層。

在一些說明性的實施例中，若所述空調換熱器鋁翅片的鋁箔的厚度為1000mm，則所述親水性涂料涂覆后的膜厚為0.05-2μm；若所述空調換熱器鋁翅片的鋁箔的厚度為3000mm，則所述親水性涂料涂覆后的膜厚為0.05-5μm；若所述空調換熱器鋁翅片的鋁箔的厚度為8000mm，則所述親水性涂料涂覆后的膜厚為0.05-8μm。膜的厚度直接影響膜的性能，過薄會導致膜難以提供滿意的光觸媒性合親水性，過厚會致使膜導熱性降低、皮膜附著力差；在保障所述親水性涂料涂覆后能提供優(yōu)秀的光觸媒催化性能、親水性能、抗老化、抗污染等性能的前提下，上述實施例給出了不同系列的鋁箔所對應的親水性涂料的膜厚。

在一些可選的實施例中，在涂覆所述親水性涂料前，還包括在所述空調換熱器鋁翅片的表面進行預處理，以提高表面的耐蝕性。

在一些可選的實施例中，所述預處理的方法，優(yōu)選通過化學轉化的方法，如基于：磷酸鋯、磷酸鈦、釩或有機-無機雜化的化學處理；優(yōu)選的，通過有機-無機雜化的化學處理，可在空調換熱器翅片表面形成耐蝕底層。

在一些說明性的實施例中，所述親水性涂料的成膜溫度為80-300℃。

在一些可選的實施例中，用熱風循環(huán)烘箱、熱輻射式烘箱等設備，在80-300℃對涂覆后的親水性涂料進行烘干；優(yōu)選的，于100-260℃的溫度對親水性涂料進行干燥，在該溫度范圍內，膜的成膜性更好，膜更致密，附著力更強。

在一些可選的實施例中，由于所述親水性涂料親水，因此用于溶解所述親水性涂料的溶劑主要有水構成，可以使用水溶性溶劑例如醇、醇醚溶劑等，旨在調節(jié)干燥速度，改善涂布膜狀態(tài)或提高組分的溶解度。進一步的，防銹劑、螯合劑、填料、著色劑、消泡劑等中的一種或多種也可加入到親水性涂料的組分中，其用量范圍以不損害本發(fā)明要旨和膜性能為準。

在一些說明性的實施例中，所述親水性涂料的施涂方法包括：浸涂、噴涂、刷涂、輥涂、流涂酯類、電化學沉積和化學沉積；優(yōu)選采用工業(yè)化中的輥涂。

在一些可選的實施例中，光觸媒親水化處理方法中，金屬材料表面可以進行現(xiàn)行工業(yè)化生產中的常規(guī)脫脂、進行表面預處理；隨后，光觸媒親水涂料被沉積在金屬材料表面上，然后加熱并干燥形成膜。

上述實施例提供親水性涂料用于空調鋁翅片時的使用方法，給出不同厚度的鋁箔所對應的涂覆厚度。

應當理解的是，本發(fā)明并不局限于上面已經描述并在附圖中示出的流程及結構，并且可以在不脫離其范圍進行各種修改和改變。本發(fā)明的范圍僅由所附的權利要求來限制。