[发明专利]一种二氧化钛/聚硅氧烷光催化复合膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及高分子化工领域中一种有机/无机复合膜及其制备方法，尤其涉及一种将钛溶胶颗粒均匀分布在硅油溶液中，通过硅油分子交联和溶剂挥发制备二氧化钛/聚硅氧烷光催化复合膜的方法。

背景技术

锐钛型纳米TiO₂无毒无味、稳定性强、紫外屏蔽和可见光透过性好、光催化能力优异，在粘合剂粘附作用下将其应用于纺织、涂料、建筑、化妆品、卫生、医药等领域，可赋予目标对象持续稳定的紫外屏蔽、杀菌抑菌、降解污物、自清洁等功效。但近年来越来越多的研究表明，锐钛型TiO₂光催化所产生的高能自由基具有很强的反应活化能(·OOH为431kJ·mol^-1，·OH为402.7kJ·mol^-1)，其对各种以C-C键(其键能为346kJ·mol^-1)为主链的高分子负载体有很强的老化损害。这在很大程度上限制了锐钛型TiO₂的广泛应用和大规模推广。

聚硅氧烷以Si-O键(键能高达460kJ·mol^-1)为其主链骨架，对上述自由基具有很强的抵抗能力。同时聚硅氧烷与TiO₂相容性好，易与其有效复合。因而将聚硅氧烷作为粘合剂载体，成为当前锐钛型TiO₂有机负载和粘附研究中的一个重要发展方向。例如，丁晓峰[CN101724342A；CN101962514A；J Mater Chem,2011,21:6161～6164]等以聚硅氧烷为成膜剂，与大量粉末TiO₂复合制得了一系列具有超疏水或超双亲功能的自清洁聚氟硅氧烷/TiO₂纳米复合涂层；周树学[Progress in Organic Coatings,2013,76:563～570]等将含氟聚硅氧烷与锐钛型粉末TiO₂进行共混复合，得到了一种具有良好机械强度和耐久性的自清洁复合膜。公开号为CN101768410A的中国发明专利申请公开了一种有机硅树脂与锐钛型TiO₂共混制备的漫反射涂层。但上述研究均以粉体TiO₂为光催化物质，这些粉体物质在使用之前即已严重团聚，因而不可能在复合膜内达到较均匀稳定的分散，而这又不可避免地会影响其功效的充分发挥。

因而江梅[高分子学报,2008,6:594～599]、王芳[无机材料学报,2010,25(1):37～40]、彭瑞迈[涂料工业,2010,40(8):36～38]等人以钛酸丁酯和硅烷为前驱体，通过溶胶-凝胶和涂膜固化过程，一步法制得了聚硅氧烷/钛溶胶杂化材料，实现了有机/无机两相的稳定均匀复合。但此体系下所制钛溶胶颗粒以无定型结构为主，其光催化和紫外屏蔽能力很差。

此外，公开号为CN101928517A的中国发明专利申请公开了一种锐钛型钛溶胶与聚硅氧烷溶液物理共混制备纳米自清洁涂料的方法，该方法所述过程中不涉及硅油分子间的反应，也没有立体交联结构的构筑，因而所制涂层本身的力学性能不好，只能用于涂层。

发明内容

本发明提供了一种钛溶胶二氧化钛颗粒存在下，通过端乙烯基硅油和含氢硅油的硅氢加成反应构筑立体网络交联结构，制备二氧化钛/聚硅氧烷光催化复合膜的方法，该方法工艺简单、实施方便。所制复合膜立体网络结构的交联程度可控、二氧化硅颗粒在其中可达到初级粒子形式的均匀稳定分散、且易富集镶嵌于复合膜表层，因而复合膜力学强度好、紫外屏蔽效果明显、抗菌抑菌、降解有机物等光催化功能优良。

一种二氧化钛/聚硅氧烷光催化复合膜的制备方法，包括以下步骤：

先将端乙烯基硅油（viPDMS）、含氢硅油（PMHS）和钛溶胶加入到成膜溶剂中混合均匀，然后加入补强剂二氧化硅(SiO₂)，混合均匀，再加入铂金催化剂引发硅氢加成反应，倒入模具中随溶剂的挥发和硅氢加成反应的进行而逐渐成膜，得到二氧化钛/聚硅氧烷光催化复合膜。