CN103102791A

CN103102791A - 一种纳米二氧化钛自洁净透明涂层的制备方法

Info

Publication number: CN103102791A
Application number: CN2013100597465A
Authority: CN
Inventors: 黄延伟; 张国彬; 季振国
Original assignee: Hangzhou Dianzi University
Current assignee: Shandong Huizhong New Materials Technology Co Ltd
Priority date: 2013-02-26
Filing date: 2013-02-26
Publication date: 2013-05-15
Anticipated expiration: 2033-02-26
Also published as: CN103102791B

Abstract

本发明公开了一种纳米二氧化钛自洁净透明涂层的制备方法，包括如下步骤：1）制备纳米TiO₂浆料，将纳米TiO₂粉末与分散剂按比例混合并充分搅拌，调节pH值，配制成纳米TiO₂浆料；2）制备纳米TiO₂自洁净涂料，将纳米TiO₂浆料与水性聚氨酯混合，调节pH值，加入流平剂、消泡剂、增稠剂进行分散制得纳米自洁净涂料；3）制备纳米TiO₂自洁净透明涂层，将清洗干净的玻璃基底浸没于前述所制备的纳米自洁净涂料液体中，利用旋涂法/提拉法/线棒涂膜法在玻璃基底上制备透明涂层。本发明方法制备的纳米TiO₂透明涂层具有较高的可见光透过率和自洁净作用，适用于抗菌涂层和门窗等建筑玻璃领域。

Description

一种纳米二氧化钛自洁净透明涂层的制备方法

技术领域

本发明属于功能玻璃技术领域，具体为一种纳米二氧化钛自洁净透明涂层的制备方法。

背景技术

二氧化钛是一种半导体材料，具有很强的氧化还原能力，在室温下对各种污染物进行氧化或分解，具有清除这些污染物的功能。材料进入纳米尺度，表面活性中心增多可提高其化学催化和光催化的反应能力，在紫外光和氧气的作用下使材料涂层具备自洁净的能力，表面活性中心与成膜物质的官能团可发生化学键合，大大增加涂层的刚性和强度，从而可进一步改进涂层的耐划伤性。一般来说纳米涂料必须满足两个条件：首先，涂料中至少有一相的粒径尺寸在1～100 nm的粒径范围；其次，纳米相的存在使涂料的性能要有明显的提高或具有新的功能。将二氧化钛纳米粒子应用于涂料中，由于其具有超细化和极大的表面活性，而具有传统体相材料所不具备的优良性能。

将含有二氧化钛纳米粒子的涂料应用到透明玻璃上意义重大。一方面，纳米TiO₂涂层对水具有超亲和作用，当水滴接触到其表面时，迅速铺展，形成均匀的水膜，将存在的无机物如灰尘、污垢漂浮起来，最后通过均匀水膜的重力作用将漂浮的灰尘、污垢带走；另一方面，纳米TiO₂作为一种高活性的光催化材料具有较强的讲解有机物的能力，大大增强了玻璃表面自洁净抗菌除污的能力，保证了玻璃表面洁净如新。目前自洁净涂料较少用作玻璃涂料，很大原因是制备出高透明性的涂层难度比较大。

现有技术中制备纳米TiO₂薄膜的方法有：磁控溅射法、化学气相沉积法以及溶胶凝胶法等，这些制备方法存在着设备要求高、薄膜颗粒尺度难以控制以及无法大面积均匀成膜等缺点，而将纳米TiO₂粉末直接应用于涂料中，通过球磨/超声/高速搅拌分散在水性溶剂中，制得TiO₂纳米涂料再在普通玻璃上进行涂膜，是一种简单便捷的制备具有与涂料性质一致的透明涂层的方法。在制备过程中，由于使用了水性溶剂，避免了有机溶剂对环境的污染，所制备的纳米TiO₂浆料与水性聚氨酯是一种自洁净透明涂料，具有成本低廉、制作工艺简单、施工方便等优点。利用旋涂法/提拉法/线棒涂膜法进行涂膜不仅能保证所制备的涂层粒径与原料一致、涂层厚度可控，而且设备简单、可大面积均匀成膜。此法制备的自洁净透明涂层具有很高的可见光透过率以及自洁净作用，可作太阳能窗口玻璃、防雾玻璃、汽车后视镜、挡风玻璃以及建筑物玻璃等用。

发明内容

本发明的目的在于提出一种简单易行、成本低、效率高的制备纳米二氧化钛自洁净透明涂层的方法。

本发明是一种纳米二氧化钛自洁净透明涂层的制备方法，具体步骤为：按一定分散剂(无水乙醇/去离子水/正丁醇)与纳米TiO₂粉末比混合，调节混合物的pH值在7～8偏碱性为宜，将混合物放入球磨机、超声发生器或磁力搅拌器中进行分散，同时加入稳定剂，得到分散好的纳米TiO₂浆料体系，其中球磨球为直径2～2.8 cm的玛瑙珠，转速为250r/min，球磨时间为4h以上，超声波发生器频率为20000Hz，磁力搅拌速度为100 r/min。将制得的纳米TiO₂浆料与水性聚氨酯混合，调节pH值7～8，再进行球磨/超声/磁力搅拌器充分分散，分散过程中将消泡剂、流平剂、增稠剂分别依次按照0.1wt%、4wt%、0.2wt%加入水性聚氨酯中，制得纳米TiO₂涂料。将用NaOH溶液浸泡过的普通载玻片分别在丙酮、无水乙醇和去离子水中超声清洗15 min，利用旋涂法、提拉法或线棒涂膜法，直接在洁净的玻璃基底上涂膜，控制一定厚度制备得纳米二氧化钛自洁净透明涂层。

本发明的有益效果：

本发明所制备的玻璃涂层具有高的可见光透过率和自洁净功能，制备过程工艺简单环保、成本低、可大面积均匀成膜，适用于功能玻璃领域。

本发明采用纳米TiO₂粉末与水性聚氨酯混合制备纳米TiO₂涂料，避免了传统涂料使用有机溶剂而造成污染。

本发明中所制备的涂层是室温下在洁净的玻璃基底上涂膜，不需要高温，设备简单易实施。

本发明中所制备的涂层可根据需要可以在自然环境形成干膜，也可控制温度从室温25^oC到80^oC在烘箱里烘干。

本发明中，所制备涂层的透明性，可通过控制不同纳米TiO₂浆料与水性聚氨酯的体积比以及涂膜时的厚度来调控。

试验结果表明，本发明的制备方法具有不需要高真空、高温加热、设备简单易行、可大面积均匀成膜、成本低等优点，所制备的纳米TiO₂透明涂层具有较高的可见光透过率和自洁净作用，在功能玻璃方面，具有很好的市场前景和应用价值。

附图说明

图1 为实施例1中纳米TiO₂浆料的制备流程图。

图2 为实施例1中纳米TiO₂涂料的制备流程图。

图3为实施例3制备出的纳米TiO₂透明涂层的可见-近红外透射谱。

具体实施方式

下面通过具体实施例进一步描述本发明：

实施例1，将纳米TiO₂粉末加入到分散剂无水乙醇中，调节pH值在7～8偏碱性，充分分散混合，将混合物放入球磨机中球磨24h，同时加入稳定剂，得到分散好的纳米TiO₂浆料体系，其中球磨球为直径2～2.8 cm的玛瑙珠，转速为250 r/min。将制得的纳米TiO₂浆料与水性聚氨酯按体积比为V_{纳米TiO2浆料}:V_{水性聚氨酯} = 1:6混合，控制pH值为7～8，再进行球磨分散，分散过程中将消泡剂、流平剂、增稠剂分别依次按照0.1wt%、4wt%、0.2wt%加入水性聚氨酯中，制得纳米TiO₂涂料。将用NaOH溶液浸泡过的普通载玻片分别在丙酮、无水乙醇和去离子水中超声清洗15 min，利用提拉法，在洁净的玻璃基底上提拉成膜，可改变提拉次数来控制涂层厚度，使用烘箱80^oC干燥3h，可得纳米TiO₂透明涂层。图1为纳米TiO₂浆料的制备流程图。图2为纳米TiO₂涂料的制备流程图。

实施例2，将纳米TiO₂粉末加入到分散剂正丁醇中，调节pH值在7～8偏碱性，充分分散混合，将混合物置入超声发生器中进行超声分散50 min，同时加入稳定剂，得到分散好的纳米TiO₂浆料体系，其中超声波发生器频率为20000Hz。将制得的纳米TiO₂浆料与水性聚氨酯按体积比为V_{纳米TiO2浆料}:V_{水性聚氨酯} = 1:10混合，控制pH值为7～8，再进行球磨分散，分散过程中将消泡剂、流平剂、增稠剂分别依次按照0.1wt%、4wt%、0.2wt%加入水性聚氨酯中，制得纳米TiO₂涂料。将用NaOH溶液浸泡过的普通载玻片分别在丙酮、无水乙醇和去离子水中超声清洗15 min，利用提拉法，在洁净的玻璃基底上提拉成膜，可改变提拉次数来控制涂层厚度，使用烘箱80^oC干燥3h，可得纳米TiO₂透明涂层，所制备的涂层厚度为300 nm。图3为制备出的纳米TiO₂涂层的可见-近红外透射谱，与同样方法制备的TIO2薄膜相比，具有很高的可见光透射率。

实施例3，将纳米TiO₂粉末加入到分散剂正丁醇中，调节pH值在7～8偏碱性，充分分散混合，将混合物放入球磨机中球磨48h，同时加入稳定剂，得到分散好的纳米TiO₂浆料体系，其中球磨球为直径2～2.8 cm的玛瑙珠，转速为250 r/min。将制得的纳米TiO₂浆料与水性聚氨酯分别按体积比为V_{纳米TiO2浆料}:V_{水性聚氨酯} = 1:6混合，控制pH值为7～8，再进行球磨分散，分散过程中将消泡剂、流平剂、增稠剂分别依次按照0.1wt%、4wt%、0.2wt%加入水性聚氨酯中，制得纳米TiO₂涂料。将用NaOH溶液浸泡过的普通载玻片分别在丙酮、无水乙醇和去离子水中超声清洗15 min，利用线棒涂膜法，在洁净的玻璃基底上镀膜，使用烘箱80^oC干燥3h，可得纳米TiO₂透明涂层。

实施例4，将纳米TiO₂粉末加入到分散剂去离子水中，调节pH值在7～8偏碱性，充分分散混合，在混合物中放入搅拌子进行60^oC磁力搅拌12h，同时加入稳定剂，得到分散好的纳米TiO₂浆料体系。将制得的纳米TiO₂浆料与水性聚氨酯按体积比为V_{纳米ATO浆料}:V_{水性聚氨酯} = 1:10混合，控制pH值为7～8，再进行磁力搅拌分散，分散过程中将消泡剂、流平剂、增稠剂分别依次按照0.1wt%、4wt%、0.2wt%加入水性聚氨酯中，制得纳米TiO₂涂料。将用NaOH溶液浸泡过的普通载玻片分别在丙酮、无水乙醇和去离子水中超声清洗15 min，利用旋涂法，在洁净的玻璃基底上镀膜，使用烘箱80^oC干燥3h，可得纳米二氧化钛透明涂层。

Claims

1. 一种纳米二氧化钛自洁净透明涂层的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

首先，将纳米TiO₂粉末与分散剂混合，调节pH值，使用球磨分散、超声分散或磁力搅拌器进行分散，得纳米TiO₂浆料；然后，将纳米TiO₂浆料与水性聚氨酯混合，加入流平剂、消泡剂、增稠剂再进行分散制得纳米TiO₂涂料液体；最后，将清洗干净的玻璃基底浸没于所制备的纳米TiO₂涂料液体中，利用旋涂法、提拉法或线棒涂膜法在玻璃基底上制备透明涂层。

2.根据权利要求1所述的一种纳米二氧化钛自洁净透明涂层的制备方法，其特征在于：纳米TiO₂粉末的颗粒粒径15～100 nm。

3.根据权利要求1所述的一种纳米二氧化钛自洁净透明涂层的制备方法，其特征在于：分散剂指无水乙醇、正丁醇或去离子水，分散过程中使用球磨分散、超声分散或磁力搅拌器进行分散，其中球磨球为直径2～2.8 cm的玛瑙珠，转速为250 r/min，超声波发生器频率为20000 Hz，磁力搅拌速度为100 r/min。

4.根据权利要求1所述的一种纳米二氧化钛自洁净透明涂层的制备方法，其特征在于：纳米TiO₂浆料的pH值控制在7～8。

5.根据权利要求1所述的一种纳米二氧化钛自洁净透明涂层的制备方法，其特征在于：纳米TiO₂涂料是将纳米TiO₂浆料与水性聚氨酯混合制备的涂料，浆料与水性聚氨酯的体积比在1:1～1:10之间可调。

6.根据权利要求1所述的一种纳米二氧化钛自洁净透明涂层的制备方法，其特征在于：在涂料分散过程中使用了流平剂、消泡剂和增稠剂, 分别依次按照0.1wt%、4wt%、0.2wt%加入水性聚氨酯中。

7.根据权利要求1所述的一种纳米二氧化钛自洁净透明涂层的制备方法，其特征在于：在涂料分散过程中控制pH值在7～8。

8.根据权利要求1所述的一种纳米二氧化钛自洁净透明涂层的制备方法，其特征在于：所制备的纳米TiO₂透明涂层基底是载玻片，先经过NaOH稀溶液浸泡，后分别用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗15min。

9.根据权利要求1所述的一种纳米二氧化钛自洁净透明涂层的制备方法，其特征在于：采用旋涂法、提拉法或线棒涂膜法制备涂层，涂层的厚度在100nm～100μm之间可调。

10.1根据权利要求1所述的一种纳米二氧化钛自洁净透明涂层的制备方法，其特征在于：所制备的纳米TiO₂涂层在可见光区透射率在80%以上，接触角测试表明涂层具有亲水性。