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1、第*届中国“互联网+”大学生创新创业大赛项目计划书项目名称：互联网+光催化应用项目所在学院：冶金与化学工程学院指导老师：上团队名称：节能小将队长姓名及联系电话：*作品所属领域：口A农林、畜牧、食品及相关产业类口E材料类B生物医药类口F机械能源类C化工技术、环境科学类口G服务咨询类口D电子信息类工商注册情况：口 A完成注册 B准备注册口 C无法注册目录第一章产品开发及利用价值31. 1研制背景及意义41.2国内外相关研究现状4第二章纳米Ti2的应用72. 1总论72.2在生活各方面的应用说明7第三章产品设计及理论基础93. 1理论93.2 设计及实验室制造103.3 反馈10第四章未来上市模式1
2、14. 1创新理念115. 2创新目标11绪论纳米Ti2问世于上世纪80年代后期,由于其粒径很小、比表面积大、界面原子所占比例大而具有更为独特的性能,如:量子效应、光化学催化作用、优异的紫外屏蔽作用、超亲水性、透明无毒、奇特的颜色效应等,使其在环境治理技术,防晒化妆品,灯光照明,高级涂料,及用于汽车工业和国防领域的功能材料等方面有着广阔的应用前景。而塑料、油漆、内墙涂料等有机建材材料的老化问题己经司空见惯，主要表现为颜色改变,龟裂、粉化和拉伸强度、断裂伸长率、冲击强度(包括悬臂梁和简支梁)及弯曲强度等变化。如果将纳米Tio2制造成纳米钛胶的形式，涂附在这些建筑材料表面，形成纳米钛胶薄膜，然后将
3、这些材料放置在日光和紫外光条件下照射，探究纳米Tio2能否应用在这些建筑材料上，以减少或减缓这些建材的老化现象，延长其使用寿命。本文就是建立在这样的实验基础上而撰写的。通过定期观察这些建材的外观颜色和形状变化，测定其亲水性能、光泽度和白度色差、反射率等参数的变化，定性地分析Tio2在建材方面的应用。关键词：纳米TiO2、紫外线、光催化氧化、建材涂料AbstractPhotocatalyticsurfacecoatingapplicationsinbuildingmaterialsNanoT1O2comeoutinthelate80soflastcentury,becauseofitssmall
4、size,surfacearea,largeproportionofinterfacialatomshavemoreuniqueproperties,suchas:thequantumeffect,photochemicalcatalysis,excellentUV-shieldingeffect,super-hydrophilic,transparentandnon-toxiczuniquecoloreffects,etc.,sothattheenvironmentalcontroltechnology,sunscreencosmetics,lighting,andadvancedcoati
5、ngsandusedintheautomotiveanddefensefieldssuchasfunctionalmaterialshasabroadapplicationprospects.Theplastic,PainLinteriorpaintandotherorganicbuildingmaterials,theagingproblemhasbecomecommonplace,mainlyforthecolorchange,cracking,chalkingandtensilestrength,elongationatbreak,impactstrength(includingthec
6、antileverandsimplysupportedbeam)andbendingintensitychanges.Ifthenano-TiO2gelmanufacturedintheformofnano-titanium,coatedsurfacesattachedtothebuildingmaterials,theformationofnano-titaniumplasticfilm,andthenplacethesematerialsunderthesunandultravioletradiation,toexplorewhethertheapplicationofnano-TiO2i
7、ntheseconstructionmaterialsontoreduceorslowtheagingofthesematerials,extendingitslife.Thisexperimentisfoundedonthebasisofthewritten.Throughregularobservationoftheappearanceofthesematerialschangecolorandshapetodeterminetheirhydrophilicproperties,glossandwhitenessofcolor,reflectivityandotherparametersc
8、hange,thequalitativeanalysisoftheapplicationofT1O2inbuildingmaterials.Keywords：NanoTiO2,UV,Photocatalyticoxidation,coatingmaterials第一章产品开发及利用价值1.1 研发背景与意义有机建材表面在太阳光辐射下会引起不同程度的老化，使得使用寿命大大缩短；同时有机建材表面长期暴露在空气中，非常容易形成污垢，不易清理。目前解决老化与清洁问题的常规方法是：对材料本身进行改性或涂覆防护涂层。然而对材料本身进行改性不仅工程量巨大，且不具备普遍性，实用效果不佳；涂覆防护涂层性可以在一
9、定程度上延长使用寿命，但是并没有解决防护涂层对有机基底材料的腐蚀和无法维持有机建材表面干净的问题。本论文基于一种高稳定性、自清洁的“二氧化钛/二氧化硅/润湿流平剂”中性复合防护涂层。将该复合涂层涂覆在有机建材表面：第一、可利用复合涂层中润湿流平剂的作用，使有机建材表面从疏水性变为超亲水性，从而自清洁性能得到提高；第二、可通过二氧化钛对紫外线的吸收作用，减少有机建材受到紫外线的辐射；第三、通过二氧化硅的联结作用，保证复合二氧化钛溶液的稳定性；第四、中性的复合防护涂层可以大大减少对有机基底的腐蚀,延长材料的使用寿命。论文的主体研究内容概括如下：1、中性二氧化钛溶液最佳制备条件的选择，比较不同条件制
10、备下二氧化钛溶液的稳定性。2、比较涂覆复合二氧化钛/二氧化硅涂层/润湿流平剂、单一纳米二氧化钛薄膜、复合二氧化钛/二氧化硅薄膜、复合二氧化钛/润湿流平剂、空白材料样品在户外和紫外光照射下的外观、光泽度、亲水性能以及溶液结构等性质。得出以下结论：（1）相比于其他复合涂层，二氧化钛/二氧化硅/润湿流平剂复合涂层降低紫外线对塑料表面的损害效果最好；（2）在塑料表面涂覆二氧化钛/二氧化硅/润湿流平剂复合涂层，对材料自清洁性能的提高最显著。此方法可为塑料材料表面的防老化、自清洁提供一个新的途径。关键词：纳米TiOz薄膜，中性，复合溶液，自清洁，稳定性1.2 国内外相关研究现状自清洁材料（Self-cle
11、aningmaterials）是一种在自然条件下，能保持自身清洁的材料，材料本身具有多重功能，如除臭、抗菌、抗霉、防污等。随着光催化材料制备技术逐渐趋于成熟，因此给这种新材料的研制开发创造了很好的机会。自从20世纪70年代，日本东京大学的藤岛昭教授首次发现二氧化钛的光催化特性以来，二氧化钛得到了广泛的研究和应用。特别是纳米二氧化钛的活性高、稳定性好、持续作用时间长和对环境无害，最近成为新材料领域的研究热点。自洁性纳米二氧化钛不仅具有良好的双亲和性，而且能够杀灭细菌等微生物，使污物不易黏在其表面，如果附着也是和外层水膜结合，附着的污物在外部风力、水淋冲力、自重等作用下，能自动从纳米二氧化钛表面剥
12、离下来。自然光中的紫外线足够维持纳米二氧化钛表面的亲水特性，从而使其能够保持长期的自洁去污效应。目前自清洁材料中使用比较广泛的有自清洁涂料、清洁的纺织品、自清洁玻璃和自清陶瓷。从1980年代以后，一些日本公司如Tekenaka、ToTo在自清洁涂料产品的开发上进行了大量的研究，现在技术已十分成熟，而国内在这方面的研究则刚刚起步。目前主流自清洁涂料一般分成超亲水表面和超疏水表面涂料两种，要实现自清洁这两种涂料都需要水的参与。超亲水的自清洁表面对水的最小接触角小于5,其清洁机理是通过在材料表面形成水膜，利用水膜阻止污物与材料表面接触，同时在水的冲刷作用下，将表面污物带离，达到自清洁的效果（见图1）
13、。超疏水表面则必须同时满足两个条件，即表面具有适当粗糙度和可覆盖低表面能物质，其清洁机理是水滴在材料表面滚动或滑动时，将材料表面的污物吸附在水滴表面，并将其带离材料表面，达到自清洁效果（见图2）。图1超亲水自清洁表面机理图2超疏水自清洁表面机理二十一世纪初，德国推出一种新型含硅树脂的外墙涂料，称该涂料具有类似荷叶般的自清洁性能，在雨水的冲刷下，能够除掉墙面的灰尘，实现自清洁性。但现有超疏水涂层仍存在制备工艺复杂、制备面积小、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。在众多亲水性的自清洁涂料中，二氧化钛是被研究得最多、最广泛的一种。以二氧化钛为原料的自清洁涂层主要分为两种：纯无机T
14、iO,涂层和复合纳米TiOz涂层。纯无机二氧化钛涂层的制备方法特点和无机涂层的固有特性，决定了其实际应用面将受到很大限制，无法应用于户外大型物体的表面（如建筑物、桥梁、交通工具和户外设备等）。二氧化钛纳米复合涂层，是通过将预先制得的二氧化钛纳米粒子与粘结剂（如有机、无机或有机一无机杂化粘结剂）复配，在基材表面涂覆，室温或高温干燥后获得。与无机二氧化钛涂层结构不同，二氧化钛纳米复合涂层中的二氧化钛组分，是以添加剂的形式加入，均匀分布在涂层中。如罗伸宽等人用二氧化钛溶胶与硅丙乳液复合，制成亲水性自洁涂层,在复合溶液中，当二氧化钛溶胶的质量分数为10%20%时，该涂层具有很好的超亲水特性，该涂层经紫
15、外光照射3060min,或阳光照射25h后，亲水角可降低至4左右，表面呈现自洁特性。随着材料制备技术的发展，有机复合材料因为有轻便、韧性好的结构特性，被越来越广泛的应用于房屋装修、排水系统、道路建设等建筑领域中。因为有机建材表面容易开裂，常常需要在其表面涂覆各种防护涂料（如二氧化钛），吸收紫外线以提高其抗老化性能。而且有机建材表面长期处于太阳（紫外线）照射下，又容易吸附空气中的粉尘，形成难以除去的污垢，使得表面难以清洁，老化现象加剧而导致性能下降。因此，在保证有机建材的抗老化性能的同时，提高其自清洁性能是延长使用寿命，提高自身性能的保障。欧盟第七研发框架计划（FP7）提供部分资助的欧洲NANoeLEAN研发团队，成功研制开发出创新型疏水性自清洁汽车用工程塑料技术及生产工艺。但是目前对于普遍适用于有机建材的自清洁涂料研究并不是太多，如果能研制出一种对有机建材具有普适性的亲水性自清洁防护涂层，可以为有机建材的自清洁与防老化研究提供一种新的思想与方向。第二章TiOz的应用2.1总论纳米TQ具有广泛的应用，其性质与应用领域总结如表1。表1纳米TiO2的性质和应用Table1,PropertiesandapplicationsofnanoTiO2性质应用力学性质超塑性陶瓷，塑料，农用塑料薄膜热学性质熔点低精细陶瓷（电子陶瓷）耐热性强皮革糅制物理性质导电性质半导体性质导电涂
