水性纳米tio2基自清洁涂料的制备与性能

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1、万方数据第一章撬旦大擎硕士学位论文第一章绪论1．1引言自清洁涂层能够将表面污染物或灰尘颗粒在重力、雨水、风力等外力作用下自动脱落或通过光催化降解而除去，具有节水、节能、环保等优点，在建筑、交通、新能源等行业具有重要应用前景(见表1．1【l’21)，近年来已成为先进功能涂料的研究热点之一。目前，基于不同自清洁原理，已发展了两类白清洁涂层12]。一类是超疏水(水接触角>1500)自清洁涂层，通过水滴滚动带走灰尘，实现类似于荷叶的自清洁功能，如图1．1b。如在2000年，德国推出具有“荷叶自清洁”功能的硅树脂外墙涂料，墙面灰尘可通过雨水冲刷达到自清洁效果。但现有超疏水涂层仍存制备工艺复杂、制

2、备面积小、力学性能差、耐油性污染物能力差等问题，缺乏实际使用价值。另一类是基于无机光催化半导体材料的自清洁涂层。在这一类自清洁涂层中，最为典型的是二氧化钛(Ti02)涂层材料，在文献中有大量研究报道。它的自清洁原理包括两个方面：一，Ti02在紫外光辐照下产生电子．空穴对，再与吸附在Ti02材料表面的H20和02发生氧化还原反应生成氢氧自由基，氢氧自由基活性很高，可分解有机污染物，实现表面自清洁；二，Ti02在光照下可转化成超双亲表面pJ，使污染物与Ti02表面紧密接触，提高光催化分解效率，同时也有利于雨水对污染物的冲刷，实现表面自清洁，如图1．1a。由于这两种自清洁原理的共同作用，Ti

3、02材料在实际使用环境下显示出良好的自清洁特性，因而，在自清洁涂层领域具有比超疏水涂层更大的实际使用价值【41。)／鹱■：雾一。。。l／《J．-：_瓣：谬⋯j‘■纛jii■。一目《熬(a)Supra—amphiphilicfilm(b)SuperhydrophobicfilmFigureI．Ischemeofself-cleaninge虢ctfordifferentcoatings基于Ti02材料的自清洁涂层有两类：纯无机Ti02涂层和Ti02基纳米复合涂层。目前，这两类Ti02自清洁涂层分别在玻璃、建筑物外墙涂膜、石材等表面万方数据第一章经旦大擎硕士学位论文得到了一定的成功应用。尽管

4、“Ti02自清洁”这一现象已被大家熟识多年，但受制于技术发展水平及实际应用研究不足，Ti02自清洁涂层的应用范围还非常有限。本章拟对两类Ti02自清洁涂层的制备方法进展、发展方向、应用现状及存在的问题作一全面介绍与评述，并在此基础上，提出本课题的研究思路和研究内容。Table1．1ApplicationofTi02photo-inducedsupra-amphiphilicself-cleaningcomingsClassificationApplicationArchitectureTiles，windows，alluminumalloysheet，andarchitecturals

5、toneandcomingsTransportationRoadmirrors，tunnelwall，roadsign，soundproofwall；automobilewindow,bodyandlight，rearviewmirror；brigdgeNewenergyGlasscoverofsolarcell，windturbinebladesAgriculturePlasticandglassgreenhousesTextileSelf-cleaningclothesLightindustryandMonitor,glasses，photograph，magnifier,tele

6、scopeelectronics1．2无机Ti02自清洁涂层1．2．1制备方法进展无机Ti02自清洁涂层的制备方法有：物理气相沉积法(PVD)、溶胶一凝胶法、化学气相沉积法(CVD)、原子沉积技术(ALD)等。最近，Zhang等人【5】对Ti02自清洁涂层进行了较好的归纳和总结。物理气相沉积法(PVD)是在真空条件下将气化材料通过冷凝方式沉积在基材上来制备涂膜的方法。这种方法中只涉及单纯的物理过程。PVD法主要包括磁控溅射、电弧离子镀、等离子活化蒸发等【引，可用于多种基材表面Ti02自清洁涂层的制备。Frach等人【6J采用脉冲磁控溅射法制备了厚度小于50nln且具有良好光催化活性的T

7、i02涂层。该Ti02涂层沉积温度低(<1300C)，适用于聚碳酸酯(PC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等多种基材。ye[7】采用射频磁溅射法在玻璃及硅片上制备了具有微结构和超亲水性能的纳米Ti02涂层。Murakami[81采用射频磁溅射法制备了含有纳米通道的超亲水多孔二氧化钛涂层，该涂层具有大的表面积和超亲水性能。磁控溅射法比较成熟，但电弧离子镀和等离子活化蒸发也有其独特的优势。叶长江等【9】采用电弧离子镀法在普通玻璃表面制备透明的Ti