自清洁涂料的发展

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疏水性自清洁涂料的研究进展

疏水性自清洁涂料的研究进展

疏水性自清洁涂料的研究进展涂料工业:随着环境污染的不断加剧,越来越严重的雾霾、油性烟雾、尾气废气等给建筑外墙带来严重的侵蚀,影响其美观性、功能性及耐久性。

耐沾污能力差是传统外墙涂料普遍存在的缺点,在一定程度上制约了其应用。

因此,针对目前外墙涂料耐污能力不足的问题,具有自清洁功能的涂料成为研究开发的热点。

清洁被污染的建筑外墙等不仅需要较高的投入,而且表面活性剂的使用会对环境造成严重污染,因此具有自清洁效果的功能涂料应运而生。

自清洁涂料能够借助雨水等自然条件冲刷保持户外物件表面干净,不仅能够降低维护费用,减少劳动力的需求,同时可以将对环境的污染降到最低,可广泛应用于高层建筑、幕墙、桥梁及汽车、风力发电等多个领域。

1 疏水性自清洁涂料的基础自然界中普遍存在通过形成疏水表面来达到自清洁功能的现象,例如以荷叶为代表的多种植物的叶子和花?昆虫的腿和翅膀等均表现出低粘附、自清洁能力,这种现象被称为“荷叶效应”?“荷叶效应”的仿生学原理是自清洁技术开发的基础。

20世纪70年代,德国波恩大学植物家 W.Barthlott 和 Neinhuis等系统地研究了荷叶表面的自清洁效应,通过电子显微镜观察发现荷叶表面生长着无数微米乳突,并且其表面覆盖着纳米蜡质晶体。

2002年,中科院化学所江雷等研究发现荷叶表面微米乳突上还存在纳米结构,乳突的平均直径为5~9 μm,每个乳突表面还分布着直径约为124 nm 的绒毛,研究还发现这些乳突之间也存在纳米结构(图1)。

大量研究证实,微米、纳米级的微观粗糙结构及具有低表面能的蜡质晶体的共同作用,使荷叶表面具有高水接触角、低滚动角,从而表现出超疏水自清洁效果。

图 1 荷叶表面微观结构模型疏水性涂料的自清洁行为来源于其高的水接触角和低的滚动角。

当水珠滴在疏水表面上,液滴不能自动扩展,保持其球形状态,减少与涂层的接触面积。

当该表面具有一个较小的倾斜角时,液滴在涂层表面滚动,污染物粘附在水珠表面被带走,从而起到自清洁的作用。

2024年自清洁涂料市场前景分析

2024年自清洁涂料市场前景分析

2024年自清洁涂料市场前景分析引言自清洁涂料是一种具有自我清洁功能的新型涂料,可应用于建筑、汽车、航空航天等领域。

随着人们对环境保护和生活质量要求的不断提高,自清洁涂料市场逐渐崛起并呈现出良好的发展前景。

本文将从市场规模、市场驱动因素和市场前景三个方面分析自清洁涂料市场。

市场规模自清洁涂料市场规模在过去几年保持了稳步增长的趋势。

根据市场研究机构的数据,2019年全球自清洁涂料市场规模达到XX亿美元,预计到2025年将达到XX亿美元。

市场规模的增长主要受到以下几个因素的推动。

市场驱动因素1. 环境意识的提高自清洁涂料具有自净、抗污染、抗菌、抗霉等特性,能够有效减少对环境的污染和危害。

随着人们对环境保护意识的提高,对环境友好型涂料的需求不断增加,自清洁涂料市场有望得到进一步发展。

2. 建筑行业需求增加建筑行业是自清洁涂料的主要应用领域之一。

随着城市化进程的加快和人们对室内空气质量的关注,越来越多的建筑项目开始采用自清洁涂料。

建筑行业需求的增加将推动自清洁涂料市场的发展。

3. 汽车行业的发展汽车行业对自清洁涂料的需求也在不断增加。

自清洁涂料能够增加汽车表面的耐磨性和抗刮擦性,同时减少水珠和污垢的附着,保持车身的清洁和亮度。

随着汽车行业的快速发展,自清洁涂料市场有望迎来新的增长机遇。

市场前景自清洁涂料市场具有广阔的发展前景。

首先,随着技术的进步和研发投入的增加,自清洁涂料的功能和性能将不断提升,进一步满足消费者的需求。

其次,随着环境保护意识的不断提高和相关政策的支持,自清洁涂料市场有望得到更广泛的应用和推广。

最后,随着新兴市场的崛起和消费水平的提高,自清洁涂料市场在全球范围内的需求将继续增长。

尽管自清洁涂料市场前景广阔,但仍面临一些挑战。

例如,高成本是制约市场进一步发展的因素之一。

当前,自清洁涂料的成本较高,使得其应用范围局限在高端市场。

此外,技术难题和知识产权保护也是市场发展中需要解决的问题。

总结自清洁涂料市场规模在不断扩大,市场驱动因素主要包括环境意识的提高、建筑行业需求增加和汽车行业的发展。

涂料行业的发展趋势及前景展望

涂料行业的发展趋势及前景展望

涂料行业的发展趋势及前景展望涂料行业是建筑材料中的重要组成部分,对于建筑、汽车、家具等各个领域都有着重要的作用。

随着人们对环保和节能的要求越来越高,在未来的发展中,涂料行业将面临一些新的趋势和挑战。

一、环保化是涂料行业发展的重要趋势之一。

传统的涂料产品中含有大量的有机揮发物(VOCs),这些物质对人体健康和环境造成的污染很大。

因此,未来的涂料产品将越来越趋向于环保、低VOCs的方向发展。

新一代的水性涂料和无溶剂涂料将成为市场主流,而传统的溶剂型涂料将逐渐退出市场。

二、功能化是涂料行业发展的另一个重要趋势。

随着人们对建筑和家居环境质量要求的提高,涂料除了能够起到装饰作用之外,还需要具备一定的功能,比如抗菌、防污、防火等。

因此,未来的涂料产品将更加注重功能化的研发和应用,以满足人们对建筑和家居的需求。

三、数字化是涂料行业发展的趋势之一。

随着信息技术的快速发展和应用,涂料行业也开始借助数字化技术来提高生产效率和产品质量。

比如,涂料生产过程中的自动化控制、质量检测和数据分析等都可以借助数字化技术实现。

同时,通过物联网等技术,还可以实现涂料产品的信息化管理和智能化应用。

四、绿色建筑对涂料行业的发展带来了新的机遇。

绿色建筑是未来建筑发展的趋势,它注重节能、环保和可持续发展的特点。

与此同时,绿色建筑也对涂料的性能和环保要求提出了更高的要求。

因此,涂料行业需要积极研发符合绿色建筑要求的产品,并在绿色建筑市场占据一席之地。

五、定制化是涂料行业发展的重要方向。

随着人们对个性化和差异化的需求增加,涂料行业也需要向定制化方向发展。

通过提供个性化的颜色、质感和效果等,满足消费者对于产品的个性化需求。

同时,涂料行业还可以通过定制化来提高产品附加值,提供更具竞争力的产品和服务。

六、国际化是涂料行业发展的趋势之一。

随着全球经济的一体化和国际市场的竞争加剧,涂料行业也需要拓展国际市场,加强国际合作和竞争力。

通过与国际涂料企业的合作,分享先进技术和管理经验,提高自身的技术水平和品牌影响力。

2024年家居清洁剂市场发展现状

2024年家居清洁剂市场发展现状

2024年家居清洁剂市场发展现状引言家居清洁剂是指用于清洁家居环境的化学制剂,包括清洁剂、洗涤剂、消毒剂等。

随着人们对生活质量的不断追求,家居清洁剂市场得到了迅速的发展。

本文将探讨家居清洁剂市场的发展现状,并分析影响其发展的主要因素。

市场规模和增长趋势家居清洁剂市场在过去几年中取得了显著的增长。

根据市场调研数据显示,全球家居清洁剂市场的年增长率超过10%,预计到2025年将达到500亿美元以上。

市场规模的增长主要得益于消费者对清洁和卫生的关注度提高以及生活水平的提高。

主要产品分类家居清洁剂市场主要包括以下几个产品分类:1.清洁剂:主要用于清除家具、地板、墙壁等表面的污垢和污渍,常见的清洁剂有多用途清洁剂、厨房清洁剂、浴室清洁剂等。

2.洗涤剂:主要用于洗涤衣物、床上用品等家居纺织品,常见的洗涤剂有洗衣液、洗衣粉、洗洁精等。

3.消毒剂:主要用于杀灭细菌和病毒,保持家居环境的卫生。

消毒剂通常包括杀菌液、消毒湿巾等。

4.其他产品:如玻璃清洁剂、家居香氛等。

市场主要驱动因素1. 健康和卫生意识的增强近年来,人们对健康和卫生的重视程度不断提高,这成为家居清洁剂市场发展的主要驱动因素。

消费者更加注重家居环境的清洁与舒适,对清洁剂产品的需求也不断增加。

2. 生活水平的提高随着经济的发展和人们收入的增加,人们对生活质量的要求也越来越高。

家居清洁剂产品作为提升生活品质的必需品,市场需求不断攀升。

3. 人口老龄化问题随着人口老龄化程度的加深,老年人对家居清洁剂的需求也大幅增加。

老年人对家居环境卫生的依赖度更高,将成为家居清洁剂市场的重要消费群体。

市场竞争格局和主要厂商目前,全球家居清洁剂市场竞争激烈,主要厂商包括:•拜耳(BASF)•宝洁(P&G)•强生(Johnson & Johnson)•雅培(Reckitt Benckiser)•可口可乐(The Coca-Cola Company)这些跨国企业在技术研发、品牌宣传和渠道布局等方面具备较大优势,并通过不断创新和市场推广来提升竞争力。

自清洁涂料的性能与应用

自清洁涂料的性能与应用

自清洁涂料的性能与应用在当今科技不断发展的时代,各种新型材料层出不穷,自清洁涂料便是其中引人注目的一项创新。

自清洁涂料具有独特的性能,在众多领域得到了广泛的应用,为人们的生活和工作带来了诸多便利。

自清洁涂料的核心性能在于其能够自动去除表面的污垢、灰尘和污染物,保持物体表面的清洁。

这种神奇的自清洁效果主要得益于涂料的特殊化学成分和微观结构。

从化学成分来看,自清洁涂料通常包含具有超疏水或超亲水特性的物质。

超疏水涂料表面的接触角非常大,使得水滴在其表面能够轻易滚落,同时带走附着的污垢。

而超亲水涂料则能让水迅速在表面铺展,将污垢溶解并冲走。

在微观结构方面,自清洁涂料表面往往具有纳米级的粗糙结构。

这种微观的粗糙结构与化学成分相互配合,进一步增强了自清洁的效果。

例如,类似于荷叶表面的微观结构,使得水滴无法在其表面停留和渗透,从而实现自清洁。

自清洁涂料的性能优势是显而易见的。

首先,它大大减少了人工清洁的频率和成本。

在一些难以触及或清洁的区域,如高层建筑的外墙、大型广告牌等,传统的清洁方式不仅费时费力,还存在一定的安全风险。

而使用自清洁涂料,可以在很大程度上解决这些问题。

其次,自清洁涂料能够保持物体表面的美观和性能。

例如,在汽车表面使用自清洁涂料,可以减少灰尘和污渍的附着,使车身始终保持亮丽的外观,同时还能降低风阻,提高燃油效率。

在太阳能电池板上应用自清洁涂料,可以防止灰尘和污垢的积累,确保电池板的高效发电。

再者,自清洁涂料具有良好的耐久性和稳定性。

它能够经受住各种恶劣环境的考验,如紫外线辐射、高温、低温、酸碱腐蚀等,长期保持其自清洁性能。

自清洁涂料的应用领域十分广泛。

在建筑领域,它可以用于建筑物的外墙、玻璃幕墙、屋顶等部位,不仅能够保持建筑物的外观整洁,还能延长建筑物的使用寿命。

特别是在污染较为严重的城市地区,自清洁涂料的应用能够显著改善建筑物的外观质量。

在交通领域,自清洁涂料可用于汽车、火车、飞机等交通工具的表面。

涂料行业2023年总结

涂料行业2023年总结

涂料行业2023年总结简介涂料作为一种重要的化工产品,在建筑、船舶、汽车等行业中有着广泛的应用。

随着全球经济的发展和人们环保意识的提高,涂料行业也在不断发展和创新。

本文将对涂料行业在2023年的发展情况进行总结和分析。

行业发展概况涂料行业在2023年取得了稳定增长。

本年度,全球涂料市场规模达到了x亿美元,预计将在未来几年继续保持增长。

其增长主要得益于以下几个方面:1. 建筑行业需求增加建筑行业一直是涂料行业的主要需求市场。

随着全球城市化进程的加速推进,建筑业蓬勃发展。

2023年,全球建筑业市场规模达到x万亿美元,涂料作为建筑装饰和保护的重要材料,需求量大幅增加。

2. 环保意识的提高随着人们环保意识的提升,对涂料产品的环保性能要求也越来越高。

在2023年,涂料行业积极响应环保倡议,开发出更多低VOC(挥发性有机化合物)涂料产品,以满足市场需求。

这促使涂料行业在可持续发展方面取得了一定的进步。

3. 技术创新的推动技术创新是涂料行业不断发展的推动力。

在2023年,涂料行业继续加大研发投入,针对不同应用场景推出了更多高性能、多功能的涂料产品。

例如,自清洁涂料、防污涂料、高温耐火涂料等,这些创新产品满足了特定领域用户对产品性能的需求,推动了涂料行业的发展。

市场分析涂料行业在2023年的市场分析如下:1. 产品种类涂料行业根据不同的应用需求,可以分为建筑涂料、工业涂料和特种涂料等多个类别。

其中,建筑涂料市场份额最大,约占总市场的60%以上。

在2023年,建筑涂料市场规模继续增长,预计未来几年仍将保持良好的发展势头。

2. 区域市场涂料行业的市场分布较广,主要集中在亚太地区、北美地区和欧洲地区。

在2023年,亚太地区市场占据涂料行业市场总份额的35%以上,成为全球市场最大的区域。

亚太地区的高速城市化和基础设施建设需求是该地区涂料市场增长的主要推动力。

3. 品牌竞争涂料市场竞争激烈,包括丽新、立邦、多乐士等国内外知名涂料品牌在内的众多企业争夺市场份额。

建筑工程中的自洁材料创新与应用

建筑工程中的自洁材料创新与应用

建筑工程中的自洁材料创新与应用随着城市化进程的不断推进,建筑工程在现代社会中扮演着重要的角色。

然而,建筑物在长期使用过程中难免会受到外界环境的影响,导致外观脏污、养护困难等问题。

为了解决这一难题,自洁材料的创新与应用被广泛关注,并在建筑工程中得到了越来越广泛的应用。

一、自洁材料的概念与原理自洁材料是指能够在光照、雨水或风力等外界刺激下自行除去污染物的材料。

它们通过一系列物理、化学或生物的反应机制来实现自我清洁的效果。

其中,自洁涂料、自洁玻璃、自洁陶瓷等材料是目前应用较为广泛的自洁材料类型。

二、自洁涂料的创新与应用自洁涂料是指能够通过光催化效应以及超疏水效应来自我清洁的涂料。

它们在建筑物的外墙、屋顶等部位的涂装中得到广泛应用。

自洁涂料具有多种优势,如能够抵抗紫外线辐射、耐候性好、降低污染物对建筑物的侵蚀等。

此外,自洁涂料还可以通过催化分解有害气体的作用,改善建筑物周围环境的空气质量。

三、自洁玻璃的创新与应用自洁玻璃是指能够在阳光和雨水的作用下自我清洁的玻璃材料。

它们通过在玻璃表面形成微观纳米级的凹凸结构,使水分在表面形成薄膜并带走污染物,从而实现自洁效果。

自洁玻璃可广泛应用于建筑物的窗户、幕墙、天窗等部位,有效减少了维护和清洁的工作量。

此外,自洁玻璃还可以降低建筑物内部的能耗,提高建筑能效。

四、自洁陶瓷的创新与应用自洁陶瓷是指能够通过高温烧结和特殊处理工艺实现自我清洁效果的陶瓷材料。

它们在建筑工程中的应用主要集中在外墙砖、地面砖等方面。

自洁陶瓷具有防污性能好、抗老化、易清洁等特点,能够降低建筑物维护的难度和费用,提高建筑物的整体美观度。

五、自洁材料的发展前景自洁材料的创新与应用在建筑工程中发挥着重要的作用,并且具有广阔的市场前景。

随着科技和工艺的不断进步,自洁材料的性能将会进一步提升,应用范围也会不断扩大。

同时,环保意识的提高和对建筑物外观的要求不断增加,也为自洁材料的发展提供了机遇。

六、结语建筑工程中的自洁材料创新与应用是一个具有潜力和挑战的领域。

自清洁涂料原理-概述说明以及解释

自清洁涂料原理-概述说明以及解释

自清洁涂料原理-概述说明以及解释1.引言1.1 概述引言部分是文章的开篇,主要目的是引导读者对文章内容的整体了解。

在自清洁涂料原理这一主题下,概述部分可以包括以下内容:自清洁涂料是一种具有特殊功能的涂料,能够在不人为清洁的情况下自动清洁表面,保持表面的清洁和美观。

这种涂料在近年来被广泛应用于建筑、汽车、船舶等领域。

本文旨在介绍自清洁涂料的原理、应用领域及优势,为读者全面深入地了解这一新型涂料技术提供必要的知识支持。

在接下来的正文部分,将详细解析自清洁涂料的工作原理,探讨其在不同领域的应用情况,并总结其在实际使用中的优势与发展趋势。

通过本文的阐述,希望读者能对自清洁涂料有一个清晰的认识,并为未来相关技术的研究与应用提供参考和启发。

1.2 文章结构本文将分为引言、正文和结论三个部分来详细介绍自清洁涂料的原理。

在引言部分中,将介绍自清洁涂料的概述、文章的结构以及撰写本文的目的。

在正文部分将分为自清洁涂料的定义、原理解析和应用领域三个小节来深入探讨自清洁涂料的相关知识。

最后在结论部分将总结自清洁涂料的优势,展望未来的发展方向,并以结束语结束全文。

通过这个结构,读者将能够全面了解自清洁涂料的原理及其应用。

1.3 目的自清洁涂料作为一种新型材料,在近年来受到了广泛的关注和研究。

本文的目的在于深入探讨自清洁涂料的原理和应用,为读者提供更深入的了解。

通过对自清洁涂料的定义、原理解析和应用领域的讨论,希望能够帮助读者了解这种新型涂料的优势和潜在的市场前景。

另外,本文也将展望自清洁涂料未来的发展方向,探讨其在不同领域中的应用前景,为相关研究和产业发展提供一定的参考。

通过本文的阐述,期望能够增加对自清洁涂料的认识,并促进其更广泛的应用和推广。

2.正文2.1 自清洁涂料的定义自清洁涂料是一种具有特殊功能的涂料,能够在受污染或受损表面上实现自动清洁的效果。

通常情况下,这种涂料可以通过光线或化学物质的作用,自主地将附着在表面上的污垢、细菌等有害物质分解或清除,从而保持表面干净和清洁。

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TiO2基耐沾污涂料孙旭东张子勇*(暨南大学理工学院材料科学与工程系广州510632)摘要:自“耐沾污”概念提出以来,耐沾污涂料的研究和商品化进程发展迅速,尤以TiO2基耐沾污涂料成为近来研究的焦点,其耐沾污机理是通过在基材表面降解或形成水膜带走或隔绝污染物。

其次,在光辐射下,TiO2基耐沾污涂料还具有光催化特性,不仅耐沾污,还可以降解有机物,具有杀菌消毒和净化环境的作用。

本文将对TiO2基耐沾污涂料的分类、机制、制备方法以及发展现状进行介绍。

关键词:耐沾污涂料光催化TiO2-based stain resistant coatingSUN Xudong ZHANG Ziyong*Department of Materials Science and Engineering,Science & Industry College,Jinan University,Guangzhou 510632Abstract: The concept of “Self-cleaning” has been suggested since the 1920s, Self-cleaning coatings have received a great deal of attention lately, both in research and in commercial application. The field of self-cleaning coatings is divided into two categories: superhydrophobic and superhydrophilic. These two types of coatings both clean themselves through the action of water, the former by rolling droplets and the latter by sheeting water that carries away dirt. The latter, however, have an additional property: they can chemically degrade adsorbed dirt in sunlight, as well as disinfection and purifying the air. This review will discuss the classification, mechanisms, preparation method and development involved in self-cleaning coatings.Keywords: Self-cleaning coatings Superhydrophobic film Superhydrophilic film Lotus-effect1.引言外墙涂料色彩丰富、饰面灵活多样,能表达丰富多彩的建筑风格,施工方便,易于维护,自重轻,安全可靠,已经成为国家极力倡导推广的外墙饰面材料。

但是,外墙涂层耐沾污能力不足制约着我国外墙涂料推广应用的突出技术难题。

外墙涂层被污染,大大影响了建筑的美观性和耐久性。

所以,在考察建筑外墙涂料性能的重要指标中,引入了涂料的耐沾污性能。

从环保和节能考虑,具有耐沾污功能的涂料逐渐或者已经受到人们的关注。

当前,耐沾污涂料并不局限于建筑涂料行业,更多的是出现在电器和电子设备、汽车、包装、印刷等诸多应用领域。

由于具有环保和节省清洗费用等优点,耐沾污涂料越来越受到市场的青睐,并将在未来扮演着重要角色。

2.1 TiO2光催化耐沾污涂料TiO2的光催化活性于上世纪70年代被Fujishima[53]首次报道以来,TiO2作为一种高效的光催化剂得到了广泛的研究[54, 55].因其无毒、化学惰性、便宜、来源丰富以及易于在薄膜上处理与沉积,现已广泛应用于制备超亲水耐沾污涂料。

目前,已经商品化的耐沾污产品系列有玻璃、瓷砖、铝墙板、塑料薄膜等等,其中耐沾污玻璃的应用规模占据首位。

TiO2是一种半导体氧化物,天然存在的TiO2有三种晶型-金红石型、锐钛矿型和板钛矿型。

其中,金红石型和锐钛矿型是常温常压下的稳定晶型。

尽管两者只是晶体结构的不同,但性质却迥然有别。

锐钛矿型TiO2比金红石型TiO2有更高的光催化活性。

锐钛矿型TiO2的光学禁带能级为3.25 ev,能够吸收<400 nm的紫外光,产生空穴h+和电子e-,如图2所示[56]。

尽管大部分的空穴和电子能够快速复合湮灭,但仍有一些迁移到TiO2表面。

在TiO2表面,e-与O2反应生成•O2-,很快攻击周围的有机分子;光生空穴与水反应生成•OH。

这两种自由基共同作用分解有机化合物,转化为最终产物CO2和H2O。

该反应过程相当高效和洁净,并最终使得涂膜表面清洁。

Wang [55]研究小组发现,在雨水的帮助下,TiO2表面耐沾污效果会得到大大加强。

其光催化耐沾污表面净化过程示意图见图3[57]。

这种TiO2的光催化耐沾污反应过程强烈依赖于涂料组分[58]、TiO2制备方法、TiO2晶型结构[59]以及基材类别[60]。

这种方法只适用于无机基材,因为同样的光催化可以导致诸如塑料等有机基材的降解。

在这种情况下,增加具有有机/无机分级结构的中间层就显得十分必要。

这对技术开发与经济性同时提出挑战。

但在社会需求的情况下,已有国内外公司开发出基于TiO2光催化特性的耐沾污玻璃的各种制备方法,如金属钛的加热阳极氧化法、电子束沉积法、磁控溅射法、化学气相沉积法、金属有机化学气相沉积法、等离子体增强的化学气相沉积法、热溶胶法以及Sol-Gel等。

其中,以化学气相沉积、磁控溅射和Sol-Gel法应用最广。

Mellott [61]等采用Sol-Gel法制备了TiO2光催化耐沾污玻璃。

与采用CVD法制备的商业级别耐沾污玻璃相比,Sol-Gel制备的耐沾污玻璃显示出相对高的光催化性能以及耐沾污特性,以及优异的耐化学性。

石玉英[62]等在制备硅丙外墙涂料时采用适量易粉化的锐钛型TiO2颜料,涂膜在紫外线照射下TiO2光催化使得树脂涂膜微粉化,使沾在墙体上的灰尘随之脱落,墙体能长期保持清洁。

Guan K[58]采用Sol-Gel浸涂烧结法在硅酸盐玻璃上沉积了一层TiO2/SiO2耐沾污涂膜,并讨论了光催化性、光致超亲水性与耐沾污效应之间的关系。

研究发现,SiO2的加入使得涂膜具有高光催化性、低光致超亲水性,反之亦然。

当SiO2含量为10-20mol%时,薄膜表现出最优的光催化性。

中国发明专利[63]公开了一种直接加入纳米TiO2粒子并在光照下直接合成钛溶胶-凝胶耐沾污涂料的方法,制备了不同组分的耐沾污涂膜。

测试发现,依据涂料各组分含量,具有显著的光催化性以及光亲水性,而且能够快速达到高度亲水、防污自洁功能。

2001年,英国Pilkington玻璃公司采用在线CVD法开发出世界上第一款TiO2光催化耐沾污玻璃Pilkington Activ TM,并实现了市场化。

Mills A等[64]对Pilkington Activ TM与市场上同类产品Degussa P25TiO2进行比较发现Activ TM具有优越的机械稳定性、可再生性以及广泛的商业应用性。

同时,研究还发现Activ TM具有优异的光催化和光致超亲水性,紫外光照前后,其对水的接触角从67°减低到0°,并作为未来光催化以及光致超亲水性薄膜发展的基准光催化薄膜。

2.2 TiO2光致超亲水耐沾污涂料UV光诱导下TiO2的光致超亲水现象是于1995年在TOTO Inc.的实验室中偶然发现的,后于1997年和1998年被东京大学的Wang [65]和Fujishima等[55]分别报道。

这种现象是,当水与TiO2半导体涂膜表面接触时,经UV光辐射,水接触角由几十度迅速下降,最后降到0±1°。

此外,TiO2涂膜表面暴露在UV光下时间越长,,对水的接触角越小,在中等强度的UV光照射30 min后,其对水的接触角接近于0°。

这意味着水可以在TiO2薄膜表面完全铺展开来。

一般,在TiO2表面,Ti原子和Ti原子间通过桥氧相连,这种结构是疏水的,通过光照获得的表面亲水性是暂时的,一旦失去光照,TiO2表面重又恢复到疏水状态。

与TiO2的光催化现象类似,TiO2在UV光照下也会产生空穴和电子,但是此种机制下的空穴和电子以另外一种方式发生作用。

光生电子将Ti4+还原为Ti3+,光生空穴与O2-作用生成O原子。

随后,氧原子排出TiO2膜表面,产生O空位,见图4[66]。

空气中的水分子解离吸附占据O空位形成化学吸附水(即羟基),化学吸附水可以进一步吸附空气中的水分,形成物理吸附层,于是在Ti3+缺陷周围形成高度亲水的微区,而表面剩余区域仍保持着疏水性。

这样就在TiO2涂膜表面形成了均匀分布的纳米尺寸分离的亲水区和疏水区。

研究发现,在空间位置上,亲水区高于疏水区,又由于水和油滴的宏观尺寸远大于亲水区和疏水区的面积,所以在宏观上TiO2涂膜表面表现出超强的亲水和亲油性。

当水滴和油滴与TiO2涂膜表面接触时,其会自发地铺展开来,这样就在TiO2涂膜表面形成一层水膜或油膜,阻止了污染物的进一步附着,从而达到耐沾污的效果。

实验结果表明,铺展的水膜很容易被油洗刷掉,反之亦然[55]。

图4 TiO2的光致超亲水机制[66]Fig 4 Mechanism of photo-induced hydrophilicity有关TiO2光致超亲水耐沾污涂料的研究已有不少报道。

Watanabe等[59]采用Sol-Gel法在预涂有SiO2层的钠钙玻璃上通过旋转涂膜制备了TiO2光致超亲水防雾耐沾污玻璃,并探讨了光致反应与表面晶体结构之间的关系。

研究发现,锐钛矿型多晶TiO2表现出优异的光致超亲水性。

光照条件下,其对水的接触角迅速下降到0°,实际测试表现出高的防雾性和耐沾污性能。

任达森等[67]采用Sol-Gel法室温制备了锐钛矿型纳米TiO2涂膜,并研究了不同温度处理后涂膜的超亲水性及光催化能力。

结果表明,在室温下制备、固化的涂膜具有良好的超亲水性及光催化能力。

紫外光照前后TiO2涂膜对水的接触角从6°左右迅速下降到0°。

较低温度(≦200℃)处理对薄膜的光致特性无明显影响,而高温(≧450℃)处理会降低TiO2涂膜的光致特性。

Sirghi等[68]采用无线电频率磁控溅射沉积法在石英片和硅片上分别制备了紫外光致亲水性无定形TiO2涂膜,并考察了涂膜厚度与基材类型对光致超亲水性的影响。

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