孙 丽

(北京交通大学海滨学院 ，河北 黄骅 061199)

改性纳米二氧化钛光催化涂料性能研究

孙 丽

(北京交通大学海滨学院 ，河北 黄骅 061199)

对纳米二氧化钛的三种改性技术：有机改性、无机改性、复合改性进行分析，并了解其特点和应用范围，再结合纳米二氧化钛光催化涂料在性能上具有的抗菌性、光学效应优秀、耐老化性和环保性等优势，探究了改性纳米二氧化钛光催化涂料的应用情况。

表面改性 光催化 纳米二氧化钛 涂料

1 纳米二氧化钛的改性技术

1.1 有机改性

二氧化钛有机改性是使表面吸附有机物，而改变表面物理性质和化学性质。其最常用的有机改性技术有：活性剂技术、偶联剂技术与聚合物包裹技术。活性剂技术是采用物理方法进行改性，方法最简洁，但稳定性最差。偶联剂技术通过偶联剂和二氧化钛表面的羟基产生化学反应，键入有机物，使二氧化钛表面的性质发生变化。聚合物包裹技术是通过聚合反应或是物理作用将聚合物包裹，降低二氧化钛粒子间的范德华力。在使用聚合物包裹技术改性二氧化钛前，一般通过活性剂技术或偶联剂技术进行预处理，之后在进行聚合物包裹。相比前两种方法，这种方法二氧化钛粒子的稳定性更高，与聚合物的相容性也更好，还能使二氧化钛密度降低。

1.2 无机改性

二氧化钛的无机改性是通过在离子表面包裹保护膜，提高其稳定性和耐候性的方法。比较常见的包膜方法有铁包膜、铝包膜和硅包膜等。铁包膜通过搅拌把FeCl3溶液与含有二氧化钛的溶液充分混合，再通过渗透法，去除生成的HCl，得到比较稳定的溶胶，与FeO(OH)、Fe(OH)Cl2或表面的羟基等键合，形成表面的包裹膜。在功能上，铁包膜可以降低二氧化钛的光化学活性。铝包膜是将浓硫酸溶液加入到二氧化钛的酸性溶液中，再加入碱或者氨水，使其反应后产生氧化铝水合物，再经过沉淀的方法，对二氧化钛的颗粒进行均匀包裹。硅包膜是把水玻璃添加到含有二氧化钛的浆液中，再加入适当的酸进行中和，使硅酸在二氧化钛颗粒表面进行沉淀包裹。无机改性会受到酸碱度、反应时间、温度、浓度和后续处理工序等因素影响[2]。

1.3 复合改性

为增强二氧化钛的包膜效果，往往会使用两种以上的包膜机进行复合式包膜。复合包膜的具体方式分为无机复合式、有机-无机复合式。无机复合式的技术方法有硅锌复合技术、硅铝复合技术、硅锆复合技术等。以硅锌复合技术为例，把锌与硅的化合物质，包裹到纳米二氧化钛表面，使产品可以同时拥有单独使用锌和单独使用硅进行包裹的优点。经过相关的实验研究发现，同时使用多种不同的包膜剂进行复核包裹时，每种包膜剂的比例不同，对产品产生的效果也存在差异。另外，包膜的顺序也会对产品产生影响。进行硅铝包膜时，先包铝后包硅，能使产品耐候性增强，先包硅后包铝，则可以提升产品的耐水性。

2 改性纳米二氧化钛光催化涂料性能上的优点

2.1 抗菌性

纳米二氧化钛能够通过光催化将细菌分解，从而起到抗菌的功效。纳米二氧化钛通过光催化杀菌具备两个生化机制。第一种机制，二氧化钛与细胞在紫外线的刺激下直接发生反应，就是利用光生空穴与光生电子，对细胞构成成分、细胞膜、细胞壁直接产生化学反应，从而杀死细胞。第二种机制，是通过紫外光催化二氧化钛与细胞间接发生反应。是光生空穴与光生电子在水中发生化学反应，产生HO2和OH等活性氧，再和细胞膜、细胞壁及细胞的构成成分发生化学反应。将实验室自制的抗菌纳米二氧化钛，加入到苯丙乳液中，制作成抗菌涂料。经过表面处理后，在乳液中均匀分布，即可充分发挥二氧化钛的杀菌效果。这种抗菌涂料对大肠杆菌、枯草芽孢、金黄色葡萄球菌杀菌率超过99%，并且具有彻底的杀菌性和长效的保持性。纳米二氧化钛不仅能分解病原菌，还可以将细菌排除的毒素分解。通过实验发现，在玻璃上涂抹纳米二氧化钛薄层，光照3 h后具有杀死大肠杆菌的效果，毒素的含量也被控制在5%之下。纳米二氧化钛涂料没有异味，对人体无毒无害，可用于医院的病房与手术室等房间的墙壁，起到杀菌的效果[3]。

2.2 光学效应

纳米二氧化钛的光学效应会随着粒子直径的变化发生改变。金红石型二氧化钛，拥有独特的随角异色效应，观察角度不同，看到的颜色也不同。把它应用在汽车表面，可以是汽车具有丰富发色彩效果，适合当前流线型车身的需要[4]。

2.3 耐老化性

纳米二氧化钛具有屏蔽紫外线的功能。因此，以其制成的涂料，具有良好的力学性能以及耐紫外老化的能力。如在清漆中添加0.5%～4%的二氧化钛能够有效改善木材在光照后发生变黑的现象。把经过有机-无机包膜改性后的金红石二氧化钛添加到涂料中发现，在添加量为1.0%～3.0%时，涂料的附着力从五级变成一级；抗冲击力从20kg/cm2提升到60kg/cm2；韧性从5nm提升到1nm；抗老化的时间更是从500h提升到2000h。粉末涂料的粉化性与耐候性限制了涂料的使用范围。把金红石型二氧化钛用硅烷偶联剂进行处理后，再应用到改性聚酯/异氰尿酸二缩水甘油酯粉末涂料中，使纳米二氧化钛改性粉末涂料的抗冲击力、附着力得到明显提升，并且涂层具有良好的抗老化性能[5]。

2.4 环保性

目前我国的环境问题十分尖锐，大气污染严重。经研究发现，将纳米二氧化钛应用到大气环保涂料，可通过光催化产生活性氧，结合自然界的降雨将大气中的氮氧化物和硫化物转化成HNO3和H2SO4除掉，对大气中的氮化物具有良好的净化效果，降解率较高，在阳光下可以达到97%，并还能降解硫化物、多环芳烃、醛类等其他大气污染物。在隧道内的照明灯罩上涂抹二氧化钛光催化涂料，可以去除机动车排放的氮化物、积碳、油及扬尘等隧道空气污染，涂抹后的灯罩能在长时间内保持清洁，在连续使用122d后依然有效。在室内装修时，尤其是新房装修会产生大量的甲醛、VOC等有害气体，通过使用纳米二氧化钛涂料进行紫外光催化发现，可以有效分解甲醛。因此，将纳米二氧化钛光催化涂料应用于室内装修，也具有极好的环保效果。

3 结 论

我国对改性二氧化钛的研究起步较晚，所掌握的技术不够充分，也导致了对改性纳米二氧化钛光催化涂料性能方面的研究不够充分，影响了其的正常使用。改性纳米二氧化钛光催化涂料具有抗菌性、光学效应优秀、耐老化性和环保性等优势。本次研究，对改性纳米二氧化钛技术进行了分析与论述，结合其性能优势，对其的广泛应用具有良好的信心。希望通过本次论述，能提高对各界对改性纳米二氧化钛光催化涂料的关注，在研究、生产、应用等方面得到加强，促进我国涂料行业的发展。

[1] 吴树新，刘长虹.钯锡改性纳米二氧化钛光催化还原二氧化碳的研究[J].天然气化工(C1化学与化工)，2011，03:26～29.

[2] 蔡丽玲，朱杰，沈洁.加氢改性二氧化钛的可见光光催化性能研究[J].浙江化工，2014，04:25～28+33.

[3] 谭昌会，肖建斌，黄海焕 等.铝改性纳米二氧化钛的制备及其光催化性能[J].巢湖学院学报，2014，03:44～-48+58.

[4] 张文刚，邹雨芯，孙国庆 等.二氧化钛沥青混合料光催化性能影响因素研究[J].武汉理工大学学报，2012，03:38～41+50.

[5] 胥利先，孙继红，马重芳 等.纳米改性涂料的研究进展[J].化工进展，2005，04:341～349.

[6] 施恩斌，朱华，陈晓龙.硅藻土负载改性纳米二氧化钛制备硅藻泥及其性能研究[J].新型建筑材料，2014，12:84～88.

StudyonthePropertiesofModifiedNanoTitaniumDioxidePhotocatalyticCoating

Sun Li

(Haibin College，Beijing Jiaotong University，Hebei Huanghua 061199)

Three kinds of modification of nano titanium dioxide: organic modification, inorganic modification and composite modification were analyzed. and the characteristics and application were studied. Combined with nano TiO2 photocatalytic antibacterial coatings, the optical effect, age resistance and environmental protection were excellent with advantages in performance. The application of modified nano titanium dioxide photocatalytic coating was researched.

surface modification photocatalysis nanometer titanium dioxide coating

10.16597/j.cnki.issn.1002-154x.2017.03.002

2017-02-12

北京交通大学海滨学院院级教科研项目(HBCK15004)；沧州市科技计划项目(151105002)

孙丽(1981～)，女，硕士，讲师，主要从事应用化学及催化技术研究。