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光催化劑鈦白粉在涂料中的應用
鈦白粉做為光催化劑在涂料中的應用?
?鈦白粉是白色顏料中著色力、遮蓋力最強的顏料,涂料行業用量很大的原料。但是,鈦白粉有極高的光活性,超耐候性涂料(一般指氟樹脂系涂料)就是與光活性作斗爭的代表性涂料。現在，鈦白粉原料重又引起人們極大的關注。以鈦白粉作光催化劑,利用太陽能這種最潔凈的能源和水產生活性氧,以此來分解環境中的污染性物質的研究,已在一些國家尤其是發展國家,形成巨大的浪潮。
? ? ? 以往,為抑制鈦白粉顏料在涂膜中的光活性,一直在研究金紅石型鈦白粉表面涂覆的方法。現在,相反地將鈦白粉用作光催化劑,以使用銳鈦型鈦白粉較好。銳鈦型鈦白粉的光活性比金紅石型鈦白粉高,原因是銳鈦型鈦白粉的能帶隙為3.2eV,而金紅石型鈦白粉的能帶隙為3.0eV,前者較后者高0.2eV。其主要應用幾種涂料
1抗菌、防霉涂料
? ? 防霉涂料一直使用于外墻和浴室,1996年夏季日本出現病原性大腸菌O157引起死亡的病例,使用新抗菌劑的抗菌性涂料的開發。
? ? 銀離子沸石用作抗菌劑的效果極佳。銀離子沸石主要是通過對細菌的磷脂質起作用發揮抗菌效果,鈦白粉則是利用生成的活性氧殺菌,并且能使細菌死滅后產生的內毒素分解。
? ? 病原性大腸菌O157死滅時產生別洛毒素,看來鈦白粉也能分解這種毒素。日本市場上已有抗菌瓷磚出售。這種瓷磚是在上釉后噴涂含鈦白粉粉末的液體(分散液),在800℃以上焙燒,形成厚1μm以下的鈦白粉膜而制成的。此鈦白粉膜即使用海綿刷也不會擦掉,對大腸菌、MRSA(耐新青霉素Ⅱ金黃色葡萄球菌)、綠膿桿菌等均有良好抗菌效果。
2完全凈化涂料(分解NOX)
? ? 酸雨問題是由來己外的重大環境問題。城市地區的大氣污染狀況日益嚴重。汽車排放的氧化氮(NOX)和二氧化硫已形成一大公害,但利用鈦白粉光催化劑產生活性氧,并配合雨水的作用可將它們變成HNO3、H2SO4而除掉。
? ? 實驗結果表明,濃度在0.01~10ppm范圍的大氣污染性物質可有效去除。此濃度相當于在普通大氣環境中或隧道內的濃度。汽車排氣口污染物質的濃度在100ppm以上,雖然在汽車上直接安裝鈦白粉光催化系統并不能有效去除這些污染物質,但還是對高濃度的NOX的去除進行了研究。曾將四異丙氧基鈦Ti(O-iC3H7)4溶于乙醇中,于550℃下在石英珠上制作鈦白粉薄膜(厚2μm),用水銀燈光照射,測定15,56,110ppm濃度NOX的去除率。測定結果表明,雖然高濃度NOX的去除率僅20%~40%,但15ppmNOX的去除率高達90%。各有關方面正在研究將鈦白粉涂覆于混凝土、磚、鋼板、玻璃等不易被氧化分解的材料上以用作道路建設用材。
3防污、自凈化涂料
? ? 活性氧不僅能殺死細菌,而且也能分解各種物質(主要是有機物質)。正在研究利用這種性質將鈦白粉光催化劑應用于分解香煙污垢、分解海上泄漏的原油,分解換氣扇附著的油脂等領域。以下介紹在室外安裝材料中的兩種應用。
? ? 一種應用是將鈦白粉鍍覆在隧道內的照明燈玻璃上,以防止汽車廢氣造成污染。日本道路公團已決定在高速公路隧道內的照明,一律使用具有這種光催化功能的燈泡。由于燈玻璃表面不容易積留污垢,可以減少清掃次數。為制得透明的鈦白粉膜,宜采用有機鈦酸酯熱分解的鍍覆方法。
? ? 另一項應用是賦予建筑物頂棚以光催化自凈潔功能。東京圓頂園的天棚材料采用含玻璃纖維布的氟樹脂制成,此氟樹脂上涂覆配合有鈦白粉的氟樹脂涂料。室外的污垢大多是油分粘結的塵埃和砂粒等成分,鈦白粉光催化作用能分解油分、塵埃和砂粒等在降雨時很容易被沖刷掉。
? ? 將鈦白粉和硅氧烷化合物組合作成涂膜,則涂膜表面吸附的微量疏水分子被光催化作用分解,膜表面即顯現親水性,形成稱為物理吸附水的較厚的一層水。以常溫固化型聚有機硅氧烷為基料,添加不同比例的鈦白粉.
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