薄膜低溫制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及光催化技術實際應用領域，尤其涉及一種具有高效光催化活性的Ti02 薄膜低溫制備方法。
【背景技術】
[0002] 光催化技術在日常生活中的使用日益廣泛。將光催化材料負載到基底上，例如建 筑外墻，汽車擋風玻璃，衛生間墻壁，廚房墻壁灶臺等區域，有利于對附著在其表面的灰塵、 細菌、油漬以及其他污染進行降解清除。
[0003] 目前將光催化材料負載到玻璃表面的手段主要有氣相法和液相法，氣相法鍍膜的 優點是所鍍膜均勻致密，缺點是設備昂貴，操作復雜，同時制備的薄膜與基底的結合不夠牢 固。而液相法主要包括化學反應浸漬鍍膜以及電化學反應浸漬鍍膜。其優點是設備簡單，成 本低廉，但是浸漬鍍膜的成膜周期較長，同時也存在薄膜與基底的結合力不強的問題。專利 CN102864481A采用磁控濺射方法在基體上沉積柱狀結構的鈦膜，再通過陽極氧化鈦膜制備 多孔結構的二氧化鈦薄膜;專利CN1400185采用浸漬法制備高二氧化鈦薄膜，同時對薄膜進 行后續高溫處理，得到性能優異的光催化薄膜;專利CN103949233A通過對配制的納米Ti0 2 懸浮液進行超聲處理，得到Ti02膠體溶液，進而采用浸漬提拉法進行鍍膜。上述專利中存在 著薄膜與基底的結合力不強，或者制備工藝復雜的問題，所以如何簡單快捷地在基底上實 現效果良好的薄膜負載，是一個非常值得研究的問題。
[0004] 助劑又稱添加劑是工業生產中為了改善生產過程，提高產品質量和產量或者為了 賦予產品某種應用性能所添加的輔助化學品。在眾多添加劑中，膠黏劑在目前工業生產中 的應用是最多也是最廣泛的。其通過界面的粘附以及內聚等作用，使兩種或兩種以上的材 料連接在一起。膠接技術是目前發展較為成熟的一項粘接技術，并與焊接、機械連接并稱為 當代三大連接技術。通過膠黏劑的使用可以大大提高薄膜的性能，以及使用壽命。噴霧法是 目前工業生產中常用的鍍膜手段，該技術采用設備簡單，易于大面積操作，對材料的利用率 高，制備速度快，成本低廉，廣泛用于工業生產中。將該技術用于基底表面的薄膜負載，很好 地實現了光催化材料的實際應用。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的在于提供一種具有高效光催化活性的Ti02薄膜低溫制備方法，該方 法通過添加劑的使用提高薄膜的性能，并且簡單可靠，薄膜與基底的結合力較強。
[0006] 為了實現上述目標，本發明采用如下的技術方案：
[0007] -種具有高效光催化活性的Ti02薄膜低溫制備方法，將去離子水和濃硝酸以體積 比為100:1預混合均勻，再加入鈦鹽，混合均勻，陳化，得到Ti0 2溶膠，將Ti02溶膠用乙醇進行 稀釋后與添加劑混合均勻，最后室溫下負載到基底表面，得到具有高效光催化活性的Ti0 2 薄膜;其中，鈦鹽的加入量為去離子水體積的10%，添加劑的加入量為Ti〇2溶膠中Ti〇2的質 量的0.1~50%。
[0008] 所述濃硝酸的質量濃度為69% ;所述混合均勻是通過攪拌實現的。
[0009] 所述攪拌是在溫度為0~25°C下進行的。
[0010] 所述鈦鹽為硫酸鈦、四異丙醇鈦或四氯化鈦。
[0011] 所述陳化是在室溫下進行的，并且陳化時間為2~4周。
[0012] 所述乙醇的加入量與Ti〇2溶膠的體積比為(5~7): 1。
[0013]所述添加劑為硅溶膠、聚乙二醇、聚合樹脂、硅烷偶聯劑、有機硅樹脂中的一種。
[0014] 所述硅溶膠為 JN-20、JN-25、JN-30、SW-20、SW-25、SW-30 中的一種或幾種；
[0015] 所述聚乙二醇為 PEG-200、PEG-400、PEG-600、PEG-800、PEG-1000、PEG-1500、PEG-2000中的一種或幾種；
[0016] 所述聚合樹脂為環氧樹脂、丙烯酸樹脂、纖維素酯、水性聚氨酯、聚乙烯醇縮醛中 的一種或幾種；
[0017] 所述硅烷偶聯劑為KH550、KH570、KH590、KH590中的一種或幾種；
[0018] 所述有機硅樹脂為環氧改性硅樹脂、甲基硅樹脂、聚酯改性有機硅樹脂中的一種 或幾種。
[0019] 所述添加劑為硅溶膠時，硅溶膠的加入量為Ti02溶膠中Ti02的質量的1%~30% ;
[0020] 所述添加劑為聚乙二醇時，聚乙二醇的加入量為Ti02溶膠中Ti02的質量的5 %~ 50% ；
[0021] 所述添加劑為聚合樹脂時，聚合樹脂的加入量為Ti〇2溶膠中Ti〇2的質量的0.1 %~ 10% ；
[0022]所述添加劑為硅烷偶聯劑時，硅烷偶聯劑的加入量為Ti02溶膠中Ti02的質量的 0.2%~30% ;
[0023] 所述添加劑為有機硅樹脂時，有機硅樹脂的加入量為Ti02溶膠中Ti02的質量的 0.1% ~20%〇
[0024] 所述負載到基底表面采用噴涂法進行的。
[0025] 與現有技術相比，本發明的有益效果在于：
[0026] (1)本發明通過采用向Ti02溶膠中加入添加劑，由于添加劑與溶膠以及基底材料 之間的相互作用，使得薄膜在基底表面的負載量以及附著力明顯提高，很好地改善了薄膜 與基底之間的粘附力以及對N0的降解效率。實驗測得，負載量高達23yg/cm 2，附著力也達到 了 ASTM等級5B級。
[0027] (2)本發明通過將去離子水和濃硝酸以體積比為100:1預混合均勻，再加入鈦鹽， 混合均勻，陳化，得到Ti0 2溶膠，該方法制得Ti02溶膠性能穩定，更重要的是薄膜制備工藝簡 單，成本低廉，成膜周期短，并且無需高溫處理，克服了現有技術中無法在基底上快速實現 薄膜負載及負載工藝復雜，薄膜與基底結合力不強的問題。
[0028] (3)本發明中在室溫下即可負載到基底上，形成薄膜，工藝易于實現，克服了現有 技術中采用高溫鍍膜時，通過濺射采用的設備復雜，使得薄膜的制備成本高的問題。
[0029]進一步的，本發明中采用的添加劑為硅溶膠、聚乙二醇、聚合樹脂、硅烷偶聯劑、有 機硅樹脂中的一種，這些物質與溶膠以及基底材料之間相互作用，使得薄膜在基底上附著 力和明顯提尚。
【附圖說明】
[0030] 圖1為本發明實施例1~5與對比例中樣品對NO降解率測試圖。
[0031] 圖2為對比例所制備Ti〇2的XRD圖譜。
[0032]圖3為本發明的工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0033]以下結合附圖和具體實施例對本發明作具體的介紹。
[0034] 實施例1
[0035]參見圖3，將1體積的濃硝酸（質量分數為69 % )加入100體積的去離子水中進行預 混合，然后在冰水浴中機械攪拌均勻，再加入10體積的四異丙醇鈦，再于冰水浴中持續機械 攪拌3h，使其分散均勻，得到溶液，將上述溶液密封，在室溫下陳化2周，得到Ti0 2溶膠。用 Ti02溶膠體積的5倍體積的乙醇對Ti02溶膠進行稀釋，然后加入Ti02溶膠中Ti0 2的質量20% 的硅溶膠(JN-20)，混合均勻，室溫下采用噴涂法進行鍍膜負載到基底表面，得到具有高效 光催化活性的Ti0 2薄膜。利用劃格法（ISO 2409-1992)對所鍍膜的附著力進行表征，并對樣 品的N0降解率進行測試。表征結果見表1和圖1。
[0036] 實施例2
[0037] 將1體積的濃硝酸（質量分數為69% )加入100體積的去離子水中，進行預混合，然 后在冰水浴中機械攪拌均勻，再加入10體積的四異丙醇鈦，在于冰水浴中持續機械攪拌3h， 使其分散均勻，得到溶液，將上述溶液密封，在室溫下陳化2周，得到Ti0 2溶膠。用Ti02溶膠體 積的7倍體積的乙醇對Ti02溶膠進行稀釋，然后加入Ti0 2溶膠中Ti02的質量10%的聚乙二醇 (PEG-400)，混合均勻，室溫下采用噴涂法進行鍍膜負載到基底表面，得到具有高效光催化 活性的Ti0 2薄膜。利用劃格法（ISO 2409-1992)對所鍍膜的附著力進行表征，并對樣品的N0 降解率進行測試。表征結果見表1和圖1。
[0038] 實施例3
[0039] 將1體積的濃硝酸（質量分數為69% )加入100體積的去離子水中，進行預混合，然 后在冰水浴中機械攪拌均勻，再加入10體積的四異丙醇鈦，在于冰水浴中持續機械攪拌3h， 使其分散均勻，得到溶液。將上述溶液密封，在室溫下陳化2周，得到Ti0 2溶膠。Ti02溶膠體積 的用5倍體積的乙醇對Ti02溶膠進行