[发明专利]含二氧化钛的分散体

说明书

本发明涉及一种包含二氧化钛粉、醇胺和羧酸的水分散体。

为了理解半导体光化学，文献中讨论了三种作用模式，它们是光矿化、光灭菌和光致超亲水性。

二氧化钛是一种感光半导体，并且吸收近紫外区的电磁辐射。固态时价带与导带之间的能量差，对金红石而言是3.05eV，对锐钛矿而言是3.29eV，对金红石而言，相当于＜415nm下的吸收带，对锐钛矿而言相当于＜385nm下的吸收带。

光能的吸收导致电子从价带提升到导带。该电子和新产生的正“电子空穴”可以在固体表面上移动，在其上它可以参与氧化还原反应。可以将通常吸附于二氧化钛表面上的水分子氧化，产生OH自由基。它们是目前为止比臭氧或氯强的氧化剂。另一方面，氧还原形成超氧阴离子O₂^-并且在第二还原步骤中会有过氧阴离子O₂^2-。这些阴离子带有中间氧化力。所有这些氧化物质会使有机化合物完全氧化为二氧化碳和水。

锐钛矿形式比金红石形式需要更高的光能，但是显示更强的光活性。这可以用锐钛矿中激发态的更长寿命和氧以阴离子形态在锐钛矿表面的更好吸附来解释。

根据反应条件，有机化合物可以完全矿化成下面的最终产物：有机分子-＞CO₂+H₂O、有机N化合物-＞HNO₃+CO₂+H₂O；有机S化合物-＞H₂SO₄+CO₂+H₂O；有机Cl化合物-＞HCl+CO₂+H₂O。

由于在固体表面发生反应，因此向催化剂表面的扩散是速度决定步骤。在液相反应中，产生各种中间分解产物。在一些情况下，这些中间产物使催化剂表面失活。

当用紫外光照射时，二氧化钛表面上形成的自由基也会攻击微生物细胞，这样可以有效地使用纳米级二氧化钛来抑制表面上或液体中的细菌、病毒、藻类、酵母、霉菌和其它微生物的生长。

另一机理讨论了在涂布有TiO₂薄膜的表面上观察到的所谓的光致超亲水性。UV激发产生可以将桥接O^2-物质氧化成氧的电子空穴对由此产生“氧离子缺位”。吸附水之后发生羟基化，并且表面性能变成大得多的亲水性能。可以测定小于5°的水接触角并将这种表面看作是超亲水的。在暗处该过程正好相反。

这种表面的自身清洗和除雾作用起因于表面上收集的污垢和尘垢容易用水冲洗掉的事实。

二氧化钛的光催化作用的实例包括防污染水泥、自清洁油漆、空气和水净化、脱臭、抗菌表面如屋面和瓷砖、自清洁瓷砖和玻璃以及防雾镜。

二氧化钛例如可以通过溶胶-凝胶法涂布，如EP-A-590477中所述。

DE-A-10324519描述了一种方法，其中将比表面积为25m²/g-200m²/g的光催化活性金属氧化物粉的分散体涂布到氧化物陶瓷基料上形成层，接着通过形成光催化活性的多孔氧化物陶瓷涂层来使所述层硬化。所用的光催化活性金属氧化物粉优选是通过火焰水解TiCl₄获得的二氧化钛。这些粉的初级颗粒经常具有约15nm-约30nm的粒径。例如，可以使用得自Degussa的二氧化钛P25。

DE-A-10324519没有显示金属氧化物分散体的性质，目的是使所述分散体适宜作为涂布材料。所有所述的是它必须含有标准化试剂和/或粘合剂。优选使用的标准化试剂是有机粘度调节剂，例如羧甲基纤维素。这些粘度调节剂对于赋予悬浮液适宜的粘度是必需的，从而后者能以所需层厚可靠地涂布到陶瓷基料。

而且，DE-A-10229761公开了含有磷酸盐或聚磷酸盐的金属氧化物分散体。由于与有机添加剂相反，(聚)磷酸盐在加热所述层的过程中不除去，因此这些分散体不适合作为陶瓷基质的涂布材料。

EP-A-981584描述了一种分散体的制备方法，所述分散体具有至少78重量％的二氧化钛颜料和至少3重量％的氧化铝的固体含量。为了运输通常将分散体稀释，并且为了降低二氧化钛颗粒的粒径还要进一步粉碎然后再使用。