雙組分二氧化鈦成膜液的制作方法

文檔序號：3803865閱讀：384來源：國知局

專利名稱：雙組分二氧化鈦成膜液的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于低溫制備具有超親水性及光催化活性納米二氧化鈦功能薄膜的成膜液。
背景技術：
由于納米二氧化鈦(Ti02)功能薄膜具有優良的光學性質和介電性質，因而在光學、光電子學和電子學領域內受到廣泛關注。更為重要的是，其具備光催化活性和光致超親水性，使Ti02功能薄膜成為一種非常實用的新型多功能材料。Ti02功能薄膜中對Ti02的晶型結構有一定的要求，通常是通過高溫煅燒的方式來實現 Ti02薄膜的轉晶。然而，目前實際應用中的載體多為塑料、樹脂和彩鋼板等，表面的有機聚合物耐熱性較差，表面能較小，與Ti02等無機涂層之間的界面相容性差。因此，如何能在低溫條件下，在不耐熱的聚合物材料表面制備出具有光致活性的納米Ti02薄膜，從而拓展Ti02 薄膜的應用范圍是目前研究的熱點之一，也是本發明需要解決的技術問題。發明內容本發明的目的在于，提供一種用于低溫制備具有超親水性及光催化活性納米二氧化鈦功能薄膜的成膜液。本發明所說的二氧化鈦成膜液為雙組分成膜液，其主要由銳鈦礦晶型的二氧化鈦(Ti02) 溶膠、粘結劑和增塑劑(A組分)，及交聯劑(B組分)組成；其中所說的粘結劑為聚丙烯酸酯(分子量為105 2X105)、鈉水玻璃(Na20'nS02其中 n (模數)=1 3)或聚乙烯醇(PVA，分子量為1750±50)，其用量為每升銳鈦礦晶型Ti02 溶膠加0.5克 2克；所說的增塑劑為乙二醇，其用量為乙二醇與濃度為lwt。/。 3wt。/。的粘結劑水溶液的體積比為(0.05 0.8) :1，優選為(0.1 0.2) :1所說的交聯劑為草酸、乙二醛、戊二醛、四硼酸鈉(硼砂)或硼酸。在本發明的一個優選技術方案中，在所說的A組分中還包括水性流平劑，如聚醚改性二甲基硅氧垸水性流平劑(JS-3018上海錦山化工有限公司)等。

圖l為實施例l制備的具有銳鈦礦晶型的Ti02粉體的X射線衍射(XRD)圖，圖2為實施例2步驟(a)制備的Ti02薄膜的可見光透過率圖，其中a為樣品，b為基底。圖3為實施例2步驟(b)制備的Ti02薄膜的光催化活性測試圖，圖4為實施例2步驟(b)制備的Ti02薄膜的超親水性測試圖。
具體實施方式
制備本發明所說的二氧化鈦成膜液的方法，包括如下步驟(1) 銳鈦礦晶型的二氧化鈦(Ti02)溶膠的制備將d-C6鈦酸垸基酯(優選鈦酸四丁酯)和無水乙醇的混合液滴加到濃度為0.5 v/v°/。 2v/v。/。硝酸水溶液中，攪拌，生成白色懸浮液，于6(TC 10(TC攪拌該白色懸浮液得到藍色乳光的半透明溶膠(即銳鈦礦晶型的Ti02溶膠)；其中d-C6鈦酸垸基酯與無水乙醇的體積比為20:2.5。(2) 目標物的制備按前述比例將粘結劑和增塑劑加入由步驟(1)所制得的銳鈦礦晶型的Ti02溶膠中混合均勻后即得本發明二氧化鈦成膜液的A組分。此外，在所制得的A組分中還可加入適量的流平劑，以此能獲得更平整光滑的膜。所得的A組分與交聯劑(B組分)"配伍"即構成本發明所說的二氧化鈦成膜液。下面以玻璃為基材(或稱載體)為例，說明本發明所說的二氧化鈦成膜液的使用方法采用噴涂法或提拉法將本發明說的二氧化鈦成膜液的A組分涂布于普通玻璃上(當采用噴涂法時，噴口距玻璃基材的距離為5cm 10cm;當采用提拉法時，提膜速度控制為2毫米 5毫米/秒)，在15'C 3(TC、濕度為40% 80%條件下，干燥至少24小時成膜(濕膜)，然后將其浸入含交聯劑的過飽和溶液中(進行交聯)5 30分鐘(優選20 25分鐘)即得成品膜。利用本發明提供的成膜液所制成的二氧化鈦薄膜在可見光范圍內有優異的透過性，薄膜中的氧化鈦粒子的粒徑為5nm 15nm,并且由單一的、結晶程度好的銳鈦礦相組成。因而，其在紫外照射下能表現出很強的光催化活性、超親水性和抗菌活性。此外，所制成的二氧化鈦薄膜具備優良的力學性能。以下通過實施例對本發明作進一步的闡述。本發明的保護范圍不受所舉之例的限制。實施例1二氧化鈦成膜液(A組分)的制備(a)將20ml鈦酸四丁酯和2.5ml無水乙醇的混合液滴加到體積濃度為1%的硝酸水溶液中，劇烈攪拌lh，得到白色懸浮液。將此懸浮液在80'C加熱5小時，同時劇烈攪拌，得到藍色乳光的半透明溶膠。將得到的溶膠在5(TC O.lMPa旋轉蒸發l小時，并用水稀釋到80ml，制得0.67M的二氧化鈦水溶膠。取小部分溶膠分散于大蒸發皿中，將其在室溫干燥得到相應的粉體，用于作X 射線衍射(XRD)測試，來表征本發明所制備Ti02溶膠的晶型。測試結果見圖l，顯示本發明所制備Ti02溶膠呈單一的銳鈦礦晶型。(b)稱取2g聚乙烯醇(PVA)加入到去100ml離子水中，溶脹2小時，加熱升溫到100 °C，攪拌回流l小時，得到無色透明PVA水溶液。取25ml由步驟(a)制得的溶并稀釋4 倍，攪拌均勻，冰浴中致冷，在超聲的作用下加入6ml所制的PVA水溶液，并劇烈攪拌，得到乳白色均勻溶液，為原始成膜液。在原始成膜液的基礎上，加入乙二醇lml，聚醚改性二甲基硅氧烷水性流平劑O.lml，得最終成膜液的A組分。實施例2玻璃基材表面透明Ti02薄膜的制備(a) 將未作任何處理的玻璃片垂直插入由實施例1所制備的最終成膜液的A組分，用提拉法在玻璃基材表面形成一濕膜，提拉速度為1.6mm/s，將濕膜室溫干燥，即得表面涂覆有透明Ti02薄膜的玻璃基材。或者，將玻璃片置于裝有由實施例1所制備的最終成膜液的A組分的噴霧裝置噴嘴前5cm處，均勻噴涂，在玻璃基材表面形成一濕膜，將濕膜室溫干燥，即得表面涂覆有透明Ti02薄膜的玻璃。用紫外吸收光譜儀測試了空白玻璃基底和表面涂有Ti02薄膜的玻璃基材的紫外可見光透過率。測試結果見圖2，顯示涂有Ti02薄膜的玻璃基材在可見光處的透過率幾乎與空白玻璃基材一致，有很好的透明度。(b) 將由步驟(a)制得的涂覆有透明Ti02薄膜的玻璃置于過飽和的硼砂水溶液中，保持20 30分鐘，取出，用去離子水沖掉表面析出的少量硼砂固體，室溫干燥，即得交聯的 Ti02薄膜。交聯之后的薄膜附著力有明顯的提高，通過用砂紙磨擦脫落狀況，以及劃格法測得的附著力均比未交聯前有很大改善。其中，劃格法的檢測結果完全達到0級標準，劃痕邊緣完全平滑，無絲毫脫落，說明己經形成PVA的網狀三維結構，使Ti02薄膜作為一個整體具有非常優異的附著力。實施例3本發明所制備的Ti02薄膜的光催化活性測試將由實施例2所制備覆有Ti02薄膜的玻璃垂直置于裝有5mgL—1羅丹明B溶液的石英管中，且距離光源中心為25cm。采用300W的高壓汞燈下光照0-180min對羅丹明B溶液進行光催化降解反應，每隔一段時間取部分羅丹明B溶液，然后用CarylOO紫外吸收光譜儀測定其在最大吸收波長處的吸光度變化，以此來表征本發明表面涂有Ti02薄膜的玻璃的光催化活性，測定結果見圖3。由圖3可知，本發明所制備的Ti02薄膜有良好的光催化活性。實施例4本發明所制備的Ti02薄膜的超親水性測試將由實施例2所制備覆有Ti02薄膜的玻璃在空氣中放置5天后，將其置于125W的黑光燈下照射不同時間，測量水接觸角的大小。該黑光燈的中心波長為365nm，樣品置于距離黑光燈約25cm處的平板上，接觸角測量所用儀器為JC98A接觸角測量儀，測試結果見圖4。由圖4可知，光照10分鐘后，水在所測試的Ti02薄膜上的接觸角已達到2度，在基底表面完全鋪展。說明本發明所制備的Ti02薄膜有很好的光致超親水性，可用來作為防霧滴、自清潔等材料。
權利要求
1、一種用于低溫制備具有超親水性及光催化活性納米二氧化鈦功能薄膜的成膜液，其特征在于，所說的成膜液為雙組分成膜液，其由A組分包括銳鈦礦晶型的二氧化鈦溶膠、粘結劑及增塑劑；和B組分交聯劑組成；其中所說的粘結劑為分子量為105～2×105的聚丙烯酸酯、模數為1～3的鈉水玻璃或分子量為為1750±50的聚乙烯醇；所說的增塑劑為乙二醇；所說的交聯劑為草酸、乙二醛、戊二醛、四硼酸鈉或硼酸。
2、如權利要求1所述的成膜液，其特征在于，其中粘結劑的用量為每升銳鈦礦晶型TK)2 溶膠中加0.5克 2克的粘結劑。
3、如權利要求1所述的成膜液，其特征在于，其中增塑劑與濃度為lwt。/。 3wt。/。的粘結劑水溶液的體積比為(0.05 0.8) :1。
4、如權利要求3所述的成膜液，其特征在于，其中增塑劑與濃度為lwt。/。 3wty。的粘結劑水溶液的體積比為(0.1 0.2) :1。
5、如權利要求1所述的成膜液，其特征在于，在A組分中還包括水性流平劑。
6、如權利要求5所述的成膜液，其特征在于，其中所說的水性流平劑為聚醚改性二甲基硅氧烷水性流平劑。
全文摘要
本發明涉及一種用于低溫制備具有超親水性及光催化活性納米二氧化鈦功能薄膜的成膜液。所說的成膜液主要由銳鈦礦晶型的二氧化鈦溶膠、粘結劑和增塑劑(A組分)，及交聯劑(B組分)組成。其中所說的粘結劑為聚丙烯酸酯(分子量為105～2×105)、鈉水玻璃(Na2O·nSO2其中n(模數)＝1～3)或聚乙烯醇(1750±50)；所說的增塑劑為乙二醇；所說的交聯劑為草酸、乙二醛、戊二醛、四硼酸鈉或硼酸。利用本發明提供的成膜液所制成的二氧化鈦薄膜在可見光范圍內有優異的透過性、光催化活性、超親水性和抗菌活性。此外，所制成的二氧化鈦薄膜具備優良的力學性能。
文檔編號C09D129/00GK101220231SQ20071017305
公開日2008年7月16日申請日期2007年12月26日優先權日2007年12月26日
發明者張金龍, 王文嬌, 紀榮昌, 鋒陳申請人:華東理工大學

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