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可光催化净化空气及杀菌的有机基底双层膜及其制法

阅读：931发布：2021-02-28

IPRDB可以提供可光催化净化空气及杀菌的有机基底双层膜及其制法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及半导体光催化剂技术领域,特别涉及可光催化净化空气及杀菌的有机基底双层膜及其制法。这种有机基底双层膜特征在于在有机物基底上涂抹惰性氧化物涂层,再在惰性氧化物涂层上涂抹半导体光催化剂涂层。其中惰性氧化物涂层厚度在0.1～100微米,半导体光催化剂涂层厚度为0.1～100微米。其制法是用旋转涂膜法先制备有机物基底表面惰性氧化物涂层,再在上面用旋转涂膜法涂覆半导体涂层即制得本发明的有机基底双层膜。这种膜能够有效降解表面有机污垢,并对有机物基底没有任何破坏作用。，下面是可光催化净化空气及杀菌的有机基底双层膜及其制法专利的具体信息内容。

1.一种可光催化净化空气及杀菌的有机基底双层膜，其特征在于在有机 物基底上涂抹惰性氧化物涂层，再在惰性氧化物涂层上涂抹半导体光催化剂 涂层；其中惰性氧化物涂层厚度为0.1～100微米，半导体光催化剂涂层厚度 为0.1～100微米。

2、如权利要求1所述的一种可光催化净化空气及杀菌的有机基底双层膜， 其特征在于所述的惰性氧化物涂层为二氧化硅、氧化铝涂层。

3、如权利要求1，2所述的一种可光催化净化空气及杀菌的有机基底的 双层膜，其特征在于所述的惰性氧化物颗粒直径在10个纳米到10个微米 之间。

4、如权利要求1所述的一种可光催化净化空气及杀菌的有机基底双层膜， 其特征在于所述的半导体光催化剂为二氧化钛、二氧化锡、氧化锌、三氧 化钨。

5、如权利要求1所述的一种可光催化净化空气及杀菌的有机基底双层膜， 其特征在于所述的有机基底为有机物材料或有机物膜。

6.如权利要求5所述的一种可光催化净化空气及杀菌的有机基底双层 膜，其特征在于所述的有机物材料或有机物膜为塑料、橡胶、纤维、树脂或 有机涂料、印墨。

7、一种制备权利要求1所述的可光催化净化空气及杀菌的有机基底双层 膜的制法，其特征在于依如下步骤进行：

1)有机基底表面惰性氧化物涂层的制备：

预先将惰性氧化物溶胶稀释到5～20％重量百分比浓度，然后将稀释好的 惰性氧化物溶胶用旋转涂膜法在有机物基底表面涂膜，然后将涂好的膜在 30～70℃下烘干，或按上述步骤重复多次直到惰性氧化物涂层厚度达到 0.1～100微米；

2)半导体涂层的制备：

预先制备重量百分比浓度不超过8％的半导体纳米水溶胶，并在高压 釜中对半导体纳米溶胶进行通常的晶化处理，然后向溶胶中加入净重 0.4％～6.4％的粘结剂，用旋转涂膜法在步骤1)中已经涂有惰性氧化物 涂层的有机物基底上涂半导体膜，然后将涂好的膜在30～70℃下烘干， 或如上述步骤重复多次，直到半导体纳米材料涂层厚度达到0.1～100微米； 最后将涂好的材料在70～300℃下烘烤1～8小时。

8、如权利要求7所述的一种可光催化净化空气及杀菌的有机基底双层膜 的制法，其特征在于所述的惰性氧化物为二氧化硅、氧化铝。

9、如权利要求7所述的一种可光催化净化空气及杀菌的有机基底双层膜 的制法，其特征在于所述的半导体材料为二氧化钛、二氧化锡、氧化锌、 三氧化钨。

10、如权利要求7所述的一种可光催化净化空气及杀菌的有机基底双层膜 的制法，其特征在于所述的惰性氧化物材料颗粒直径在10个纳米到10个 微米之间，半导体光催化剂颗粒直径在1个纳米到1个微米之间。

说明书全文

本发明属于半导体光催化剂技术领域，特别是涉及具有光催化功能的 有机基底的双层膜及其制法。

近年来，半导体材料的光催化性能的研究取得了很大的进展，许多半 导体材料，如二氧化钛、二氧化锡、三氧化钨、氧化锌等被发现能够有效 地降解有机物、杀死细菌；半导体材料，尤其是二氧化钛，作为水相、气 相有机污染物处理材料及灭菌材料已得到了多方面的应用研究。日本专利 JP 09,301,740将二氧化钛薄膜涂抹窗户或头盔的挡风玻璃上，日本专利JP 09,300,515将二氧化钛与吸附剂、粘结剂一起涂抹在建筑材料表面作为去 污剂、除臭剂、灭菌剂等得以应用。日本专利JP09,290,165将二氧化钛作 为光催化剂应用于水污染的处理，用以有效去除水中的有机氯污染物。日 本专利JP 10 43,539利用二氧化钛制备了一种去除氮氧化物的光催化剂。 日本专利JP 09,294,919将半导体纳米粒子和可发射光电子的基底复合制 成了一种可去除空气中有害气体及微尘的光催化剂。日本专利JP 09,299,937将半导体纳米粒子附载在光纤上用于处理自来水及气体。

在许多材料表面涂抹半导体材料作为光催化剂用以去污、除臭、杀菌、 分解水相及气相中的有机物已经进行了许多研究并被认为非常有效；然而， 在有机物材料或有机物膜的表面，因为半导体光催化剂对有机物材料有光 催化氧化作用，使得有机物材料或有机物膜的表面被降解或变质变色，所 以在有机物材料或有机物膜表面直接涂抹半导体材料的工作很难开展。

本发明的目的是为了克服以往研制的半导体光催化剂膜的局限，使之 能应用于有机物材料或有机物膜表面起到去污、除臭、杀菌、分解有机污 染物的作用，提供一种可光催化、净化空气及杀菌的有机基底双层膜及其 制备方法。这种双层膜能够有效降解表面有机污垢，并对基底的有机物没 有任何破坏作用。

本发明的可光催化净化空气及杀菌的有机基底的双层膜的制法，其特 征在于：在有机物基底上涂抹惰性氧化物涂层，再在惰性氧化物涂层上涂 抹半导体光催化剂涂层；其中惰性氧化物涂层厚度为0.1～100微米，半导 体光催化剂涂层厚度为0.1～100微米。其结构如图1所示：1为有机物基 底，2为惰性氧化物膜，3为半导体光催化剂膜。

其中有机物基体材料或有机物膜基底为塑料、橡胶、纤维或树脂和有 机涂料、印墨等；惰性氧化物材料为具有光化学及电化学惰性的物质，如 二氧化硅、氧化铝等，其颗粒直径在10个纳米到10个微米之间；半导体 光催化剂为具有光催化活性的物质，如二氧化钛、二氧化锡、氧化锌、三 氧化钨等，其颗粒直径在1个纳米到1个微米之间。

本发明的可光催化净化空气及杀菌的有机基底的双层膜制备方法依如 下步骤进行：

有机物基底表面惰性氧化物涂层的制备：

预先将惰性氧化物溶胶稀释到5～20％重量百分比浓度，然后将稀释好 的惰性氧化物溶胶用旋转涂膜法在有机物基底表面涂膜，然后将涂好的膜 在30～70℃下烘干，重复多次直到惰性氧化物涂层厚度达到0.1～100微 米；

其中所述的有机物基底为有机物材料或有机物膜，如塑料、橡胶、纤 维或有机涂料、印墨等；惰性氧化物材料为具有光化学及电化学惰性的物 质，如二氧化硅、氧化铝等，其颗粒直径在10个纳米到10个微米之间， 可使用市售的硅溶胶、氧化铝溶胶等，如青岛海洋化工厂生产的高浓度硅 溶胶，南京无机化工厂生产的硅溶胶，浙江省明矾石综合利用研究所生产 的氧化铝溶胶。

半导体涂层的制备：

预先制备重量百分比浓度不超过8％的半导体纳米水溶胶，并在高压 釜中对半导体纳米溶胶进行通常的晶化处理，然后向溶胶中加入净重 0.4％～6.4％的粘结剂，用旋转涂膜法在步骤1)中已经涂有惰性氧化物 涂层的有机物基底上涂半导体膜，然后将涂好的膜在30～70℃下烘干， 或如上述步骤重复多次，直到半导体纳米材料涂层厚度达到0.1～100微米； 最后将涂好的材料在70～300℃下烘烤1～8小时。 晶化了的二氧化钛的光化学特性)，向半导体纳米溶胶中加入净重为5％～ 80％半导体净重的硅溶胶作为粘结剂，用旋转涂膜法在已经涂有惰性氧化 物涂层的有机物基底上涂膜，然后将涂好的膜在30～70℃下烘干，重复 多次直到半导体纳米材料涂层厚度达到0.1～100微米；最后将涂好的材料 在70～300℃下烘烤1～8小时得到可光催化净化空气及杀菌的有机基底的 双层膜，所制备的双层膜为透明的膜。

其中所述的半导体材料为具有光催化活性的物质，如二氧化钛、二氧 化锡、氧化锌、三氧化钨等其颗粒直径在1个纳米到1个微米之间。

半导体纳米水溶胶的制法可参考《自然》(Nature)期刊，91，353，737 的文章“基于染料敏化的胶体二氧化钛膜的低费用高效率的太阳能电 池”、《物理化学杂志》(J.Phys.Chem.)，92，96，6829的文章“量子化的 氧化锌胶体的光物理和光化学”；对半导体纳米溶胶进行晶化处理可参 考《材料研究杂志》(J.Mater.Res.)，98，13(4)，844的文章“二氧化钛在液 相介质中的晶化以及晶化了的二氧化钛的光化学特性”。

本发明的可光催化净化空气及杀菌的有机基底的双层膜表面上双层膜 可应用在家庭及公共场合的一些有机物制品(如抽油烟机等家用电器，塑料 座椅等家具、办公用品、公共设施，以及各种仪器表面、涂料表面等)上， 由于惰性氧化物涂层的隔离作用，避免了半导体纳米粒子对有机物基底的 光催化作用，解决了以往半导体纳米光催化剂只能应用在非有机物材料场 合下的难题，大大拓宽了半导体纳米光催化剂应用范围。

本发明效果：

本发明选用了高档轿车涂料用颜料还原黄G作为降解物种：

为了观察双层膜的效果，本发明制备三种不同形式的膜：

1、先在基底上涂上降解物种还原黄G薄膜，然后再在上面涂二氧化 钛膜-膜a

2、先在基底上涂上降解物种还原黄G薄膜，然后再在上面制备双层 膜-膜b

3、先在基底上制备双层膜薄膜，然后再在膜上涂抹降解物种还原黄G -膜c

效果测试中所使用的膜均在太阳光下照射一天。测试结果如下表所示：     光照前     光照后 膜a  膜b  膜c 膜a膜b膜c 还原黄G ○   ○   ○ ×   ○   ×

○：颜色无变化；×：完全褪色。

由上表可以看出：本发明的双层膜能够有效降解表面有机污垢，如膜c 的效果所示：光照一定时间后处于双层膜上的污垢被完全降解，并且对基 底的有机物没有任何破坏作用，如膜b所示：处于双层膜底部的有机物没 有受到光催化降解破坏。

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明：

图1-本发明的双层膜结构示意图

图面说明如下：

1为有机物基底，2为惰性氧化物膜，3为半导体光催化剂膜。

实施例1：

1、预先将硅溶胶稀释到8％重量百分比浓度，把稀释好的硅溶胶用旋 转涂膜法在树脂表面涂膜，然后将涂好的膜放入烘箱内在70℃下烘干， 按上述步骤重复数次至膜厚为约40微米；

2、预先制备好5％重量百分比浓度的二氧化钛纳米水溶胶，并在高压 釜内对其进行晶化处理，然后往溶胶中加入净重为1.5％的硅溶胶作为粘结 剂，用旋转涂膜法在已经涂有二氧化硅涂膜的树脂基底上涂二氧化钛膜， 然后将涂好的膜在70℃下烘干，按上述步骤重复4次至半导体光催化剂 膜厚为约10微米；最后将涂好的材料在200℃下烘烤4小时。最后得到 以树脂为基底3，在其上涂有40微米厚的二氧化硅惰性氧化物膜2和10 微米厚的二氧化钛光催化剂涂层1组成的可催化净化空气及杀菌的有机基 底的双层膜。

实施例2、预先将硅溶胶稀释到20％重量百分比浓度，然后将稀释好 的硅溶胶用旋转涂膜法在树脂表面涂膜，然后将涂好的膜放入烘箱内在 50℃下烘干，按上述步骤重复数次至膜厚为约100微米；

预先制备好5％重量浓度的二氧化钛纳米水溶胶，并在高压釜内对其 进行晶化处理，向溶胶中加入净重为1％的硅溶胶作为粘结剂，用旋转涂 膜法在已经涂有二氧化硅涂膜的聚脂涂料基底上涂二氧化钛膜，然后将涂 好的膜在50℃下烘干，按上述步骤重复数次涂半导体光催化剂膜至膜厚 为20微米；最后将涂好的材料在70℃下烘烤8小时。最后得到以聚脂涂 料为基底3，其上涂有100微米厚的二氧化硅惰性氧化物膜2和20微米厚 的二氧化钛光催化剂涂层1组成的可催化净化空气及杀菌的有机基底的双 层膜。

实施例3、预先将硅溶胶稀释到5％重量百分比浓度，然后将稀释好 的硅溶胶用旋转涂膜法在塑料表面涂膜，然后将涂好的膜放入烘箱内在 30℃下烘干，按上述步骤制得的膜约为0.1微米；

预先制备好1％重量百分比浓度的二氧化钛纳米水溶胶，并在高压釜 内对其进行晶化处理，向溶胶中加入净重为0.05％的硅溶胶作为粘结剂， 用旋转涂膜法在已经涂有二氧化硅涂膜的塑料基底上涂二氧化钛膜，然后 将涂好的膜在30℃下烘干，按上述步骤重复数次涂半导体光催化剂膜至 膜厚为约0.1微米；最后将涂好的材料在300℃下烘烤3小时。最后得到 以塑料为基底3，其上涂有0.1微米厚的二氧化硅惰性氧化物膜2和0.1微 米厚的二氧化钛光催化剂涂层1组成的可催化净化空气及杀菌的有机基底 的双层膜。

实施例4、预先将氧化铝溶胶稀释到8％重量百分比浓度，然后将稀 释好的氧化铝溶胶用旋转涂膜法在环氧树脂表面涂膜，然后将涂好的膜放 入烘箱内在50℃下烘干，按上述步骤重复3次至膜厚为约30微米；

预先制备好8％重量百分比浓度的二氧化钛纳米水溶胶，并在高压釜 内对其进行晶化处理，然后向溶胶中加入净重为6.4％的硅溶胶作为粘结 剂，用旋转涂膜法在已经涂有二氧化硅涂膜的环氧树脂基底上涂二氧化钛 膜，然后将涂好的膜在30℃下烘干，按上述步骤重复数次涂半导体光催 化剂膜至膜厚为约100微米；最后将涂好的材料在250℃下烘烤3小时。 最后得到以环氧树脂为基底3，在其上涂有30微米厚的二氧化铝惰性氧 化物膜2和100微米厚的二氧化钛光催化剂涂层1组成的可催化净化空气 及杀菌的有机基底的双层膜。

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