專利名稱:以鈦酸四丁酯為前驅(qū)體的二氧化鈦超親水涂層的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種二氧化鈦超親水涂層的制備方法，通過(guò)制備一種以鈦酸四丁酯為前驅(qū)體的二氧化鈦超親水膠體，并將其涂在載體表面及進(jìn)行后續(xù)處理，使附有二氧化鈦涂層的載體表面具有穩(wěn)定的超親水特性。屬于化學(xué)化工領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
二氧化鈦?zhàn)鳛橐环N光催化劑，近年來(lái)由于其獨(dú)特的特性開始引起人們的重視。二氧化鈦在紫外光照射條件下，可以利用其強(qiáng)氧化能力分解有害氣體分子、細(xì)菌以及病毒等不同的物質(zhì)，將它們轉(zhuǎn)化成為水和二氧化碳等無(wú)害物質(zhì)，沒(méi)有二次污染。二氧化鈦的這一特性已經(jīng)被應(yīng)用到了環(huán)境凈化、抗菌、抗污染以及除臭等方面。
二氧化鈦的另外一個(gè)重要特性就是超親水特性。當(dāng)具有二氧化鈦涂層的表面在紫外光輻射的條件下，涂層表面水的接觸角會(huì)隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而減小，最后接近零度。所以，當(dāng)具有二氧化鈦涂層的玻璃和水流接觸時(shí)，涂層表面的水滴會(huì)形成很薄的液膜，使得玻璃變得很透明。另外，二氧化鈦涂層跟水的親和力要比它與油的親和力大得多，所以它可以自動(dòng)除去油性物質(zhì)，這就是二氧化鈦涂層的自清潔效應(yīng)。由于這一特性，二氧化鈦涂層在防霧玻璃和自清潔材料等領(lǐng)域具有很大的實(shí)用價(jià)值。將二氧化鈦涂層應(yīng)用到汽車玻璃、建筑材料等方面，就可以達(dá)到通過(guò)雨水實(shí)現(xiàn)自我清潔的功能。
在能源動(dòng)力領(lǐng)域，如果以水為熱交換工質(zhì)的各類換熱器采用二氧化鈦涂層，利用二氧化鈦涂層的超親水特性可以有效的強(qiáng)化換熱器性能，節(jié)約能源。
近年來(lái)，利用二氧化鈦涂層的超親水特性的技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展非常迅速，載體表面二氧化鈦涂層的制備方法也有了很大地改進(jìn)。但是，二氧化鈦涂層的傳統(tǒng)制備方法大部分都是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)在載體上形成二氧化鈦薄膜，工藝非常復(fù)雜，載體表面的二氧化鈦涂層負(fù)載量小，從而導(dǎo)致光催化活性不高。另外，載體的體積和表面積都比較小。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種以鈦酸四丁酯為前驅(qū)體的二氧化鈦超親水涂層制備方法，簡(jiǎn)單而有效，可以直接將含二氧化鈦粉體的水膠體浸漬或者涂刷在載體表面，使附有二氧化鈦涂層的載體表面具有超親水特性。
為實(shí)現(xiàn)這樣的目的，本發(fā)明首先以鈦酸四丁酯為前驅(qū)體，制備鈦酸四丁酯溶膠，然后制備二氧化鈦水溶液，并將其加入鈦酸四丁酯溶膠中充分?jǐn)嚢瑁玫揭欢舛鹊亩趸佀z體；以金屬銅、不銹鋼或玻璃的表面為載體，采用浸漬法或涂刷法將二氧化鈦水膠體涂覆在載體表面，再經(jīng)適當(dāng)?shù)臏囟群娓杉白贤夤庹丈?，在載體表面形成具有超親水特性的粉末膠體鍍層。
本發(fā)明的方法包括如下具體步驟1、制備鈦酸四丁酯溶膠以鈦酸四丁酯為前驅(qū)體，將一定量的鈦酸四丁酯加到無(wú)水乙醇溶液中，邊攪拌邊逐滴加入二乙醇胺，鈦酸四丁酯與二乙醇胺的摩爾比為0.5～1∶1，充分?jǐn)嚢韬螅龠厰嚢柽呏鸬渭尤胍欢康乃{(diào)整溶膠的濃度，得到鈦酸四丁酯的摩爾濃度為0.2～1mol/L的鈦酸四丁酯溶膠。
2、制備二氧化鈦水膠體將二氧化鈦粉末加入蒸餾水中，利用超聲波進(jìn)行攪拌，制成質(zhì)量百分比濃度為20％的二氧化鈦水溶液。然后將此二氧化鈦水溶液緩緩加入鈦酸四丁酯溶膠中，充分?jǐn)嚢?，得到含二氧化鈦水膠體。將水膠體密閉靜置(密封靜置)一天使其陳化，待用。
3、載體表面預(yù)處理在涂層之前，載體表面必須先進(jìn)行清潔和干燥處理。先用金相砂紙對(duì)載體表面進(jìn)行磨光，然后依次用濃度為5％的鹽酸、丙酮和純水進(jìn)行清洗，然后放在空氣中晾干。
載體表面可以為銅金屬表面、不銹鋼表面以及玻璃表面。
4、在載體表面進(jìn)行涂層在載體表面進(jìn)行涂層過(guò)程中采用浸漬法或者涂刷法，對(duì)于小型載體表面采用浸漬法，大型載體表面采用涂刷法。將上述制得的二氧化鈦水膠體涂刷到上述干燥載體表面，或者將載體浸潤(rùn)到二氧化鈦水膠體中然后慢慢拿出，讓載體涂層表面垂直放置，放在空氣中自然晾干。
5、將晾干后的具有水膠體涂層的載體在150℃的紅外燈下加熱1小時(shí)之后，水膠體形成半透明的厚度在1μm左右的涂層，然后放在波長(zhǎng)小于380nm的紫外光下進(jìn)行輻射約2個(gè)小時(shí)。這時(shí)候附有二氧化鈦涂層的銅金屬表面就具有超親水特性。
制備好水膠體涂層的載體放置在黑暗中保存。
同以往的制備方法相比，本發(fā)明具有顯著的特點(diǎn)和實(shí)質(zhì)性進(jìn)步。經(jīng)過(guò)本發(fā)明生成的二氧化鈦涂層負(fù)載量大、結(jié)合牢固。載體表面經(jīng)過(guò)處理之后，通過(guò)配置合適的紫外光源，涂層表面可以產(chǎn)生強(qiáng)烈和穩(wěn)定的超親水特性，接觸角可以從原來(lái)普通表面的40°到70°之間減小到低于5°。另外，本發(fā)明方法處理時(shí)間短，光催化活性高。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述。
實(shí)施例1以鈦酸四丁酯為前驅(qū)體，前驅(qū)體溶液中鈦酸四丁酯的摩爾濃度為0.2mol/L。溶膠的制備過(guò)程為將34ml鈦酸四丁酯加入到55ml的無(wú)水乙醇溶液中，邊攪拌邊逐滴加入10ml二乙醇胺，充分?jǐn)嚢韬螅龠厰嚢柽呏鸬渭尤?ml水制得溶膠。
將2克二氧化鈦粉末加入到66ml的蒸餾水中，利用超聲波進(jìn)行攪拌，制成質(zhì)量百分比濃度為20％二氧化鈦水溶液。然后將此水溶液緩緩加入上述溶膠中，充分?jǐn)嚢?，得到含二氧化鈦的水膠體。將此水膠體密封靜置一天使其陳化，待用。
對(duì)于小型銅金屬表面，先用金相砂紙對(duì)表面進(jìn)行磨光，然后依次用濃度為5％的鹽酸、丙酮和純水進(jìn)行清洗，再放在空氣中晾干。表面干燥之后，浸潤(rùn)到上述方法中制得的水膠體之中，然后慢慢拿出，拿出來(lái)時(shí)，讓涂層表面垂直于液面，然后在空氣中自然晾干。
將晾干后的具有水膠體涂層的銅金屬在150℃的紅外燈下加熱1小時(shí)之后，水膠體形成半透明的厚度在1μm左右的涂層，然后放在波長(zhǎng)小于380nm的紫外光下進(jìn)行輻射約2個(gè)小時(shí)。這時(shí)候附有二氧化鈦涂層的銅金屬表面就具有超親水特性。
制備好水膠體涂層的載體放置在黑暗中保存。
實(shí)施例2以鈦酸四丁酯為前驅(qū)體，前驅(qū)體溶液中鈦酸四丁酯的摩爾濃度為0.6mol/L。溶膠的制備過(guò)程為將40ml鈦酸四丁酯加入到65ml的無(wú)水乙醇溶液中，邊攪拌邊逐滴加入12ml二乙醇胺，充分?jǐn)嚢韬?，再邊攪拌邊逐滴加?.5ml水制得溶膠。
將2克二氧化鈦粉末加入66ml的蒸餾水中，利用超聲波進(jìn)行攪拌，制成質(zhì)量百分比濃度為20％的二氧化鈦水溶液。然后將此水溶液緩緩加入上述溶膠中，充分?jǐn)嚢瑁玫胶趸伒乃z體。將此水膠體密封靜置一天使其陳化，待用。
對(duì)于大型不銹鋼表面，先用金相砂紙對(duì)表面進(jìn)行磨光，然后依次用濃度為5％的鹽酸、丙酮和純水進(jìn)行清洗，再放在空氣中晾干。表面干燥之后，涂刷上述方法中制得的水膠體，讓涂層表面垂直放置，然后在空氣中自然晾干。
將晾干后的具有水膠體涂層的不銹鋼金屬表面在150℃的紅外燈下加熱1小時(shí)之后，水膠體形成半透明的厚度在1μm左右的涂層，然后放在波長(zhǎng)小于380nm的紫外光下進(jìn)行輻射約2個(gè)小時(shí)。這時(shí)候附有二氧化鈦涂層的不銹鋼金屬表面就具有超親水特性。
制備好水膠體涂層的載體放置在黑暗中保存。
實(shí)施例3以鈦酸四丁酯為前驅(qū)體，前驅(qū)體溶液中鈦酸四丁酯的摩爾濃度為1mol/L。溶膠的制備過(guò)程為將30ml鈦酸四丁酯加入到48.5ml的無(wú)水乙醇溶液中，邊攪拌邊逐滴加入9ml二乙醇胺，充分?jǐn)嚢韬螅龠厰嚢柽呏鸬渭尤?ml水制得溶膠。
將2克二氧化鈦粉末加入66ml的蒸餾水中，利用超聲波進(jìn)行攪拌，制成質(zhì)量百分比濃度為20％的二氧化鈦水溶液。然后將此水溶液緩緩加入溶膠中，充分?jǐn)嚢?，得到含二氧化鈦的水膠體。將此水膠體密封靜置一天使其陳化，待用。
對(duì)于小型玻璃表面，先用金相砂紙對(duì)表面進(jìn)行磨光，然后依次用濃度為5％的鹽酸、丙酮和純水進(jìn)行清洗，再放在空氣中晾干。表面干燥之后，浸潤(rùn)到上述方法制得的水膠體之中，然后慢慢拿出，拿出來(lái)時(shí)，讓涂層表面垂直于液面，然后在空氣中自然晾干。
將晾干后的具有水膠體涂層的玻璃表面在150℃的紅外燈下加熱1小時(shí)之后，水膠體形成半透明的厚度在1μm左右的涂層，然后放在波長(zhǎng)小于380nm的紫外光下進(jìn)行輻射約2個(gè)小時(shí)。這時(shí)候附有二氧化鈦涂層的玻璃金屬表面就具有超親水特性。
制備好水膠體涂層的載體放置在黑暗中保存。
權(quán)利要求
1.一種以鈦酸四丁酯為前驅(qū)體的二氧化鈦超親水涂層的制備方法，其特征在于包括如下具體步驟1)制備鈦酸四丁酯溶膠以鈦酸四丁酯為前驅(qū)體，將鈦酸四丁酯加到無(wú)水乙醇溶液中，邊攪拌邊逐滴加入二乙醇胺，鈦酸四丁酯與二乙醇胺的摩爾比為0.5～1∶1，充分?jǐn)嚢韬?，再邊攪拌邊逐滴加入水調(diào)整溶膠的濃度，得到鈦酸四丁酯的摩爾濃度為0.2～1mol/L的鈦酸四丁酯溶膠；2)制備二氧化鈦水膠體將二氧化鈦粉末加入蒸餾水中，利用超聲波進(jìn)行攪拌，制成質(zhì)量百分比濃度為20％的二氧化鈦水溶液，然后將此二氧化鈦水溶液緩緩加入鈦酸四丁酯溶膠中，充分?jǐn)嚢?，得到含二氧化鈦水膠體，將水膠體密閉靜置一天使其陳化，待用；3)載體表面預(yù)處理先對(duì)載體表面進(jìn)行磨光，然后依次用濃度為5％的鹽酸、丙酮和純水進(jìn)行清洗，然后放在空氣中晾干；4)在載體表面進(jìn)行涂層將制得的二氧化鈦水膠體涂刷到經(jīng)預(yù)處理的干燥載體表面，或者將載體浸潤(rùn)到二氧化鈦水膠體中然后慢慢拿出，讓載體涂層表面垂直放置，放在空氣中自然晾干；5)將晾干后的具有二氧化鈦水膠體涂層的載體在150℃的紅外燈下加熱1小時(shí)，然后放在波長(zhǎng)小于380nm的紫外光下輻射2個(gè)小時(shí)，在載體表面得到具有超親水特性的二氧化鈦涂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的以鈦酸四丁酯為前驅(qū)體的二氧化鈦超親水涂層制備方法，其特征在于所述載體表面為銅金屬表面、不銹鋼表面或玻璃表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1的以鈦酸四丁酯為前驅(qū)體的二氧化鈦超親水涂層制備方法，其特征在于在載體表面進(jìn)行涂層時(shí)，對(duì)于小型載體表面采用浸漬法，大型載體表面采用涂刷法。
專利摘要
一種以鈦酸四丁酯為前驅(qū)體的二氧化鈦超親水涂層的制備方法，首先以鈦酸四丁酯為前驅(qū)體，將鈦酸四丁酯加到乙醇溶液中，并加入二乙醇胺充分?jǐn)嚢瑁偌铀{(diào)整溶膠濃度，得到鈦酸四丁酯溶膠；然后制備二氧化鈦水溶液，并將其加入鈦酸四丁酯溶膠中充分?jǐn)嚢?，得到二氧化鈦水膠體；以金屬銅、不銹鋼或玻璃的表面為載體，采用浸漬法或涂刷法將二氧化鈦水膠體涂覆在載體表面，再經(jīng)適當(dāng)?shù)臏囟群娓杉白贤夤庹丈?，在載體表面形成具有超親水特性的粉末膠體鍍層。本發(fā)明的方法處理時(shí)間短，光催化活性高，經(jīng)過(guò)本發(fā)明生成的二氧化鈦涂層負(fù)載量大、結(jié)合牢固，載體表面經(jīng)過(guò)處理之后，通過(guò)配置合適的紫外光源，涂層表面可以產(chǎn)生強(qiáng)烈和穩(wěn)定的超親水特性。
文檔編號(hào)C09C3/08GKCN1284833SQ200510024943
公開日2006年11月15日 申請(qǐng)日期2005年4月7日
發(fā)明者劉振華, 秋雨豪 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan