[发明专利]一种表面涂覆氮掺杂纳米二氧化钛薄膜的可见光响应自清洁氟碳铝单板

说明书

技术领域

[0001] 本发明属于新型建筑材料领域，特别涉及一种表面涂覆氮掺杂纳米二氧化钛薄膜的可见光响应自清洁氟碳铝单板的低温制备方法及其应用。

背景技术

氟碳铝单板是采用优质铝合金为基材，经过表面喷涂氟碳涂料所制备的新型建筑材料。其优点在于不仅质量轻，刚性好，强度高，耐候性和耐蚀性好，而且工艺性好，涂层均匀、色彩多样，防火性强，使用寿命长。这使得氟碳铝单板在建筑领域倍受青睐，但是铝单板表面的氟碳涂料层表现出强烈的憎水性，表面受到的有机污染物很难被雨水冲洗掉，而且随着现代工业的发展，对环境造成的污染日趋严重，油性有机物粘附在氟碳涂料层上难以去除，因此需要定期进行清理，但是对于大型桥梁和高楼等建筑的维护十分困难和危险，这不仅耗费大量的人力物力，而且对维护人员来说也是一种潜在的危险，因此研究开发出一种具有自清洁功能的氟碳铝单板显得意义重大。

目前，国内外有关自清洁氟碳铝单板的研究重点主要集中在对于氟碳涂料的改性上面，包括疏水性氟碳涂料、亲水性氟碳涂料。如专利CN1903961A 公开了一种通过有机硅改性制备具有荷叶效应的疏水性自清洁氟碳铝单板；如专利CN 1900183A 公开了一种通过引入亲水分子基团获得表面亲水化的氟碳涂料层而具有自清洁功能；。这些通过改性得到氟碳涂料能够有效的提升涂层的自清洁能力，但是随着社会的发展，污染日益加重，大量的有机物粘附在涂抹表面，难以通过雨水冲洗达到自清洁效果。随着光催化工业技术的发展，人们开始将研究重点转向制备具有光催化自清洁功能的氟碳铝单板。自Fujishima和Honda等人报道TiO₂电极在紫外光条件下光分解水以来，光催化技术受到人们的广泛关注，其中TiO₂因为具有良好的稳定性、耐热性，以及在紫外光条件下具有自清洁、分解有机物和有害气体等功能而受到广泛注视。专利CN 1817978A 公开了一种通过向氟碳涂料中添加锐钛矿TiO₂和金红石TiO₂的混晶作为光催化改性剂制备具有光降解能力的氟碳铝单板，但是TiO₂粉体颗粒本身就存在一定的团聚现象，而且在涂料中分散不均匀，这都严重影响到了涂膜的自清洁效果。因此近年来人们将研究重点转向制备具有高效自清洁能力的TiO₂薄膜上，其中溶胶-凝胶法因为制备装置简单、生产试验操作方便等优点而成为制备TiO₂薄膜的主要方法。但是传统的溶胶-凝胶法所制备的薄膜都需要经过高温煅烧才能制备出具有高活性的锐钛矿晶型TiO₂纳米晶。专利CN 101660147A 公开了一种溶胶-凝胶法制备TiO₂薄膜的方法，该专利通过制备溶胶进行镀膜，先将薄膜采用马沸炉进行高温煅烧，而后放入高温蒸气锅中沸水处理，即得到TiO₂薄膜，该薄膜光滑致密，薄膜颗粒分布均匀，具有良好的光催化活性。但是＞300℃的高温煅烧条件严重限制了基材的使用范围，高温煅烧不仅会使氟碳铝单板上面的氟碳涂料分解，还有使铝基材受热变形，这都会影响到氟碳铝单板的正常使用。因此低温制备倍受青睐，专利CN 1394675A公开了一种柔性基底表面负载二氧化钛薄膜光催化剂的制备方法，该方法通过制备TiO₂溶胶进行浸渍提拉镀膜，而后将其放入水热釜中进行高压、水热处理，获得纳米晶TiO₂薄膜光催化剂。但是水热法对实验设备与操作过程要求较高，而且利用这种制备方法制得得TiO₂薄膜材料的光催化降解特性需要在紫外光照射条件下才能较好的表现出来，这都限制了其生产使用领域。并且，目前关于低温制备自清洁氟碳铝单板及其应用的专利还未见报道。

针对以上局限性，本发明提出了一种表面涂覆氮掺杂纳米二氧化钛薄膜的可见光响应自清洁氟碳铝单板的制备方法，该自清洁氟碳铝单板不仅具有可见光响应后的超亲水性及光催化特性，达到自清洁的功能，而且还保留了氟碳涂料原有的高耐候性和耐蚀性。

发明内容

 为了解决上述问题，本发明的目的是针对传统氟碳铝单板的耐油污性差和光利用率低的局限性，提出一种在氟碳铝单板上面制备一层具有可见光响应的N掺杂纳米TiO₂薄膜。