一种纳米二氧化钛光催化杀菌降解涂料及其制备方法 技术领域 本发明涉及一种纳米二氧化钛光催化杀菌降解涂料及其制备方法。
背景技术 利用纳米二氧化钛的光催化性质来制备杀菌和降解污染物涂料的方法主要有两大类：第一类主要是利用溶胶凝胶法制备出二氧化钛胶体涂料，并将它们涂在玻璃或瓷砖上，然后在700～900℃高温下将它们固化在玻璃、瓷砖等表面，这种方法的缺陷是需高热煅烧不能室外作业，第二类是利用氟涂料或氟塑料作粘合剂与纳米二氧化钛混合制备涂料，该涂料能低温固化，但成本高昂，难以大量使用。
发明内容 本发明所要解决的问题是提供一种低温固化的纳米二氧化钛光催化杀菌降解涂料，该涂料既具有较强光催化杀菌降解功能，又具有价廉，便于制备及室外施工的优点。
本发明提供的技术方案是：一种纳米二氧化钛光催化杀菌降解涂料，其基本组成为：0.5～5％纳米二氧化钛、0.001～0.125％六偏磷酸钠、20～50％为水玻璃中的硅酸盐、1.2～7.5％无机固化剂，其余为水，以上为质量百分数。
上述纳米二氧化钛中，晶型为锐钛矿型的纳米二氧化钛占纳米二氧化钛总量的70～100％(质量百分比)，一次粒子粒径为8～90nm。
上述无机固化剂为：氟硅酸钠；或氟硅酸纳和缩合磷酸盐，而氟硅酸纳：缩合磷酸盐为1∶0.6～4，缩合磷酸盐为缩合磷酸镁，缩合磷酸钙等。
本发明还提供上述纳米二氧化钛光催化杀菌降解涂料的制备方法：用晶型为锐钛矿型为主的纳米级二氧化钛添加六偏磷酸钠作分散剂后与水玻璃用砂磨或超声分散均匀混合后，再加入无机固化剂并混合均匀后制成涂料。
上述涂料的施工后固化方法可室温陈放48小时以上，也可用80℃左右的热风固化1小时。
本发明制备的涂料的突出特点是：
1.该涂料主要原料的大部分来源丰富，价格低廉，而纳米级二氧化钛虽然价格较贵，但添加量少，对总体价格影响不太大。
2.该涂料制备工艺较简单，工艺参数较易控制。
3.该涂料地杀菌、降解功能强应用广泛，故性价比高。
4.该涂料可在室温固化、施工方便，便于室外刷、喷等方法施工。
具体实施方式 本发明提供的纳米二氧化钛光催化杀菌降解涂料的基本组成为：0.5～5％纳米二氧化钛、0.001～0.125％六偏磷酸钠、20～50％水玻璃、1.2～7.5％无机固化剂，以上为质量百分数。
按上述配比，用晶型为锐钛矿型为主的纳米级二氧化钛添加六偏磷酸钠作分散剂后与水玻璃用砂磨或超声分散均匀混合后，再加入无机固化剂并混合均匀后制成涂料。
晶型为锐钛矿型或锐钛矿型大于等于70％的纳米级二氧化钛在紫外光或阳光中紫外线照射下，会产生较多的自由电子，自由基和空穴，它们有很好地氧化还原能力，能杀菌、降解有机物，消除汽车尾气中或空气中的氮氧化物、硫化物、一氧化碳等，也可降解废水中的有机物。二氧化钛自身对人体无毒无害、耐碱耐酸，是环境友好材料。
水玻璃的分子式的通式为M2O·mSiO2·nH2O，M可以是钠、钾、铵三种离子，m为模数。它加入一定量的氟硅酸钠或氟硅酸钠与缩合磷酸盐(AL、Mg、Ca盐)混合物后，可以制得低温固化的无机涂料，该涂料与各种金属、玻璃、水泥、各种砖、石有较好地结合力，有较强耐酸、耐腐、耐候、耐高温、阻燃、无环境与健康毒害、价格低廉、易涂装等优点。
本发明各流程具体工艺规范评述如下：
1.纳米二氧化钛最好采用晶型为锐钛矿型或者是锐钛矿型含量大于、等于70％的纳米级二氧化钛，一次粒子粒径为8～90nm。
2.所用的水玻璃的分子式的通式为M2O、mSiO2、nH2O，其中M可以是钾、钠或铵等离子，模数m为1～4.5，n随生产厂家不同而不同。
3.将上述水玻璃投入到搅拌容器中加水搅拌均匀，配成硅酸盐浓度为25～60％(质量百分浓度)水玻璃溶液。
4.将六偏磷酸钠溶于水配制成浓度为20％(质量百分浓度)的溶液。
5.按本发明所述比例将上述纳米二氧化钛和六偏磷酸纳溶液加入到上述水玻璃溶液中，然后经砂磨机研磨或者用超声波将前者均匀分散在水玻璃中。
6.将氟硅酸钠溶于水配成10％(质量百分浓度)的溶液。
7.将缩合磷酸的盐溶于水也配成饱和溶液。
8.将已均匀分散了纳米二氧化钛的水玻璃溶液与上述配好的氟硅酸钠溶液搅拌混合均匀，混合的质量比例为：氟硅酸钠∶硅酸盐＝1.2～7.5∶20～50，这样就制成了涂料；也可以用缩合磷酸盐取代部分氟硅酸钠，取代的缩合磷酸盐与氟硅酸盐的质量比为1∶0.6～4，再用它们来与已均匀分散了纳米二氧化钛的水玻璃溶液均匀混合后制成涂料。
9.制好的涂料在1～5小时内均匀地涂在所需涂覆的水泥、玻璃或金属上，室温固化48小时或用80℃左右的热风吹1小时后，就可制成具有光催化杀菌降解功能的涂料膜。
10.参照中华人民共和国国家标准《食品卫生微生物学检验大肠菌群测定》(GB4789.3-94)，按照卫生部《消毒技术规范》，测试该涂料膜杀菌能力，经室内非直射阳光(辐照度为255～645μm/cm2)光照1.5小时后，大肠杆菌杀灭率大于90％。
下面通过实施例，进一步阐明本发明的突出特点和显著进步，仅在于说明本发明而决不限制本发明。
实施例1
取晶型为锐钛矿型、质量占总涂料质量0.65％、一次粒子粒径为20～40nm的二氧化钛，加入六偏磷酸钠溶液(六偏磷酸钠的质量为二氧化钛质量的2.5％)后，一起加入到硅酸钠质量占总质量20％，模数为1.5的含硅酸钠浓度为30％的水玻璃中，然后用砂磨机砂磨6小时后，取出并装入到有搅拌的容器中，再加上质量百分浓度为10％的氟硅酸钠溶液，使氟硅酸钠占总质量的1.2％其余加水，再以60转/分的转速搅拌10分钟就制得这种特种涂料。将涂料均匀涂在玻璃板上，固化48小时后，用水洗不掉。按照卫生部《消毒技术规范》，将活化的大肠杆菌菌液(浓度约2×1010个/0.1ml)适当稀释后，涂在5厘米见方的涂料膜表面，阴干后，在辐照度为312μw/cm2的室内非直射光照射1.5小时后，将涂料漠表面的大肠杆菌洗入培养液中培养一定时间，计数其数目，仅为104个，而在同等条件下的未加涂料的玻璃上的洗下并同样培养的大肠杆菌为1400个。按×100％计算，杀菌率为93％。
实施例2
取晶型为锐钛矿型占70％，金红石型占30％，质量占总涂料质量5％，一次粒子粒径为60～80nm的二氧化钛，加入六偏磷酸钠溶液(六偏磷酸钠的质量为二氧化钛质量的0.5％)后，一起加入到硅酸钾重量占总质量45％模数为4的浓度为55％的钾型硅酸盐水玻璃中，用大功率超声波分散10分钟，使之分散均匀，再加入浓度为10％的氟硅酸钠溶液使氟硅酸钠占总质量3％，同时加入缩合磷酸钙饱和溶液，使缩含磷酸钙占总质量的3％，其余加水，再以60转/每分钟的转速搅拌10分钟就制得这种特殊涂料，将此涂料均匀地涂覆在瓷砖上，用80℃左右的热风将之吹干1小时后，也用水洗不掉，按照卫生部《消毒技术规范》将活化的大肠杆菌菌液接种到涂料膜上，阴干后，在辐照度为448μw/cm2的室内非直射光辐照1.5小时后，按规范检查，样片上洗下并经一定时间培养的大肠杆菌仅为95个，而同等条件下空白瓷片上洗下并同样培养的大肠杆菌为1503个，杀菌率为94％。
实施例3
取晶型为锐钛矿型90％，金红石型占10％，一次粒子粒径为30～50nm占涂料总质量1.2％的二氧化钛，加入六偏磷酸钠溶液(六偏磷酸钠的质量为二氧化钛质量的1％)后，一起加入到模数为2.3、浓度为40％的钠型水玻璃中，使硅酸纳占总质量的30％，再用大功率超声波分散15分钟，使之分散均匀，再加入质量浓度为10％的氟硅酸钠溶液，使氟硅酸钠占总质量的7％，其余加水，再以60转/每分钟的转速搅拌10分钟，就制得这种特性涂料。将此涂料均匀地涂覆在卫生瓷上，固化48小时后，用水洗不掉。按照卫生部《消毒技术规范》在涂料膜上接种活化的大肠杆菌菌种，阴干后，在辐度为518μw/cm2的室内非直射光辐照1.5小时，按规范检查样片上洗下并培养的大肠杆菌仅为31个而在同等条件下对照空白片上洗出并培养的大肠杆菌为1450个，杀菌率为98％。