CN101377004A - 金属工件表面制备高催化活性二氧化钛薄膜的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种金属工件表面制备高催化活性二氧化钛薄膜的方法，其包括以下步骤：提供一金属工件；将该金属工件的表面进行脱脂、酸洗、清洗及烘干处理；将烘干后的金属工件的表面进行电泳涂装处理，以形成二氧化钛涂膜；将经电泳涂装处理的金属工件的表面进行稀土掺杂处理。由于电泳涂装技术在实际应用中显示出简单、高效、优质、环保、经济等优点，将电泳涂装技术应用于二氧化钛涂膜制程中，可使得二氧化钛涂膜制程也变得简单、高效与环保。且二氧化钛涂膜在稀土掺杂处理后，其光催化反应效果明显改善。

Description

金属工件表面制备高催化活性二氧化钛薄膜的方法

【技术领域】

本发明是一种金属工件表面制备高催化活性二氧化钛薄膜的方法，特别是一种制程简单、高效与环保的金属工件表面制备高催化活性二氧化钛薄膜的方法。

【背景技术】

传统的涂装技术主要有喷涂、静电、粉体等方式的涂装，但在环保方面都有不可避免的环境污染问题，如采用吹气式喷枪涂装作业，不但浪费油漆而且作业效率低。而电泳涂装则是将金属工件浸渍在电泳涂料槽子中作为阳极(或阴极)，在槽中另设对应的阴极(或阳极)，在两极间通一定时间的直流电，在被涂物上析出均一、水不溶涂膜的一种涂装方法。电泳涂装方法有如下优点：a.提高了产品的防腐性和装饰性，同时简化了表面处理的工艺流程和减少贵重金属废水排放量；b.大大减少废水的排放量，从而降低成本。电泳涂装在环境污染和所使用的有机化学物方面也有很高的环保性。其具体表现为：电泳涂装使用水溶性涂料，涂料中80％以上是水分。与其它水溶性涂料相比，溶剂含量少，且因低浓度，无火灾危险，涂料回收好，溶剂含量低，对水质和大气污染少，对环境的污染也相应减少。电泳涂装主要使用丙烯酸树脂或环氧树脂(无铅)，对人体无特别的毒性。电泳涂装过程中带出的涂料可100％的回收利用。与喷涂法等相比，涂料的有效利用率可高于95％。电泳涂装在实际应用中显示出高效、优质、环保、经济等优点，受到世界各国涂装界的重视，所以电泳涂装是今后涂装发展最有前途的工艺之一。

随着经济的发展，人们的健康和环境意识逐渐增强，越来越希望生活在更加干净美丽的环境中，市场对抗菌制品的需求也会越来越旺盛。

二氧化钛薄膜在光照射下具有分解有机物和超亲水性现象，因而引起广泛关注。其防污、除臭、杀菌、防雾和“自清洁”等功能已被广为开发。但是，二氧化钛禁带宽度较宽(E＝3.2eV)，只能吸收短波范围(<387nm)的太阳光能(只占全部太阳光能的1％)，使得太阳光能的利用率较低。因此，降低二氧化钛的禁带宽度，促使其光吸收范围向可见光波长方向移动，是提高二氧化钛光催化效能的有效手段之一。

常见的二氧化钛薄膜的制备方法采用溶胶-凝胶法(Sol-gel)，化学气相沉积法(CVD)，物理气相沉积(PVD)、阴/阳极电沉积法、自组装制膜等等；其制备方法和设备都相对比较复杂，成本高。曾有电泳涂装方法(electrophoresis)在导电玻璃上镀纳米二氧化钛薄膜，结果表明纳米二氧化钛薄膜在紫外光下是一种有较好催化效果的纳米材料，但电泳涂装方法制备二氧化钛薄膜主要应用在导电玻璃、太阳能电池以及建筑材料行业，在3C产品的外观件上还未见相关的报道，且该二氧化钛薄膜无法在可见光下达到光催化的效果。

【发明内容】

本发明的主要目的在于提供一种制程简单、高效与环保的金属工件表面制备高催化活性二氧化钛薄膜的方法。

为达上述目的，本发明提供一种金属工件表面制备高催化活性二氧化钛薄膜的方法，其包括以下步骤：提供一金属工件；将该金属工件的表面进行脱脂、酸洗、清洗及烘干处理；将烘干后的金属工件的表面进行电泳涂装处理，以形成二氧化钛涂膜；将经电泳涂装处理的金属工件的表面进行稀土掺杂处理。

与现有技术相比较，本发明金属工件表面制备高催化活性二氧化钛薄膜的方法具有以下优点：

1.制程和工艺简单，量产性高(即高效)；

2.适合所有的金属基材；

3.制备的涂膜具有抗菌/自洁等功效；

4.环保：几乎不产生任何废弃物，对环境相当友好；

5.光催化反应效果明显改善。

在金属工件上采用此电泳法制备二氧化钛涂膜，制备的二氧化钛涂膜可达到抗菌/自洁等功效。此法制备的产品，膜层均匀、厚度可控。且通过本方法处理的金属工件表面具有抗菌、自洁等多种光催化功能，可以用在需要抗菌/自洁等诉求的3C产品的外饰件上，具有极好的产业化应用前景。

【附图说明】

图1是本发明金属工件表面制备高催化活性二氧化钛薄膜的方法的流程图。

【具体实施方式】

请参阅图1所示，本发明金属工件表面制备高催化活性二氧化钛薄膜的方法包括以下步骤：

步骤101：提供一金属工件，其中，该金属工件可为铝、镁、钛、不锈钢或合金，该金属工件可应用于3C(Computer & Communication & Consumer &electronic，电脑产品&通讯产品&消费电子产品)产品中。

步骤102：将该金属工件的表面进行脱脂、酸洗、清洗及烘干处理，其中，对金属工件的表面进行清洗处理所采用的设备是超声波设备。

步骤103：将烘干后的金属工件的表面进行电泳涂装处理，以形成二氧化钛涂膜。

电泳涂装处理的具体步骤为：在制好的二氧化钛胶体溶液(其浓度可为0.05～1g/mL)中插入烘干后的金属工件作镀膜电极，而以不锈钢电极作指示电极，并连接直流稳压电源(20～60V)进行电泳涂装处理，电泳涂装的时间为10s～5min，便可在该金属工件表面形成二氧化钛涂膜，其中，二氧化钛涂膜的厚度为0.1～12μm；其中，该二氧化钛胶体溶液的制备方法如下：将一定量的纳米二氧化钛粉体(该纳米二氧化钛粉体可以是锐钛矿、锐钛矿、金红石型混合型、二氧化硅混合型或二氧化锆混合型)放入玛瑙研钵中研磨，同时加入含羟基的极性溶剂异丙醇，继续研磨，得到高浓度的二氧化钛胶体溶液后转移至烧杯中，使用前将二氧化钛胶体溶液搅拌分散0.5～1h。

电泳涂装方法制备二氧化钛薄膜是利用带正电二氧化钛粒子的迁移现象，在一定的直流偏压下，使粒子聚集在导电基底上形成均匀的薄膜。电泳涂装方法制备二氧化钛薄膜具有高平整度与高粗糙度，薄膜的厚度可以通过成膜电流及成膜时间来控制。

步骤104：将经电泳涂装处理的金属工件的表面进行稀土掺杂处理。

稀土掺杂处理的具体步骤为：在0.5～3×10^-2mol/L的稀土离子溶液(如Ce³⁺/La³⁺/Ce⁴⁺等)中将经电泳涂装处理的金属工件浸渍提拉，然后烘干。根据需要可以将浸渍提拉及烘干处理的过程重复若干次，以得到需要的浓度，再自然冷却至室温后取出。

稀土元素具有f电子，易产生多电子组态，其氧化物也具有晶型多、吸附选择性强、电子型导电性和热稳定性好等特点。稀土元素掺杂就是利用物理或化学方法，将稀土元素引入二氧化钛晶格结构，从而在其中引入新电荷、形成缺陷或改变晶格类型，进而影响光生电子和空穴的运动状况、调整其分布状态或者改变二氧化钛的能带结构，最终导致二氧化钛的光催化活性发生改变。合理的稀土掺杂可以使二氧化钛光催化剂的吸光波长发生红移、光吸收能力提高、光生电荷复合减少、传递加快、表面缺陷增加、表面吸附加强、粒径减小、焙烧过程向金红石型的转变减缓，从而使光催化反应效果明显改善。

Claims (7)

1.一种金属工件表面制备高催化活性二氧化钛薄膜的方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)提供一金属工件；

(2)将该金属工件的表面进行脱脂、酸洗、清洗及烘干处理；

(3)将烘干后的金属工件的表面进行电泳涂装处理，以形成二氧化钛涂膜；

(4)将经电泳涂装处理的金属工件的表面进行稀土掺杂处理。

2.根据权利要求1所述的金属工件表面制备高催化活性二氧化钛薄膜的方法，其特征在于：该金属工件应用于电脑产品、通讯产品或消费电子产品中。

3.根据权利要求1所述的金属工件表面制备高催化活性二氧化钛薄膜的方法，其特征在于：该金属工件为铝、镁、钛、不锈钢或合金。

4.根据权利要求1所述的金属工件表面制备高催化活性二氧化钛薄膜的方法，其特征在于：步骤(2)采用超声波设备对金属工件的表面进行清洗处理。

5.根据权利要求1所述的金属工件表面制备高催化活性二氧化钛薄膜的方法，其特征在于：步骤(3)中的二氧化钛涂膜的厚度为0.1～12μm。

6.根据权利要求1所述的金属工件表面制备高催化活性二氧化钛薄膜的方法，其特征在于：步骤(4)的具体步骤为，在一定浓度的稀土离子溶液中将经电泳涂装处理的金属工件浸渍提拉，然后烘干。

7.根据权利要求6所述的金属工件表面制备高催化活性二氧化钛薄膜的方法，其特征在于：步骤(4)中的稀土离子溶液为Ce³⁺、La³⁺或Ce⁴⁺的溶液。

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