CN103664001A - 一种纳米TiO2涂层以及其制备方法和擦涂工具 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及纳米涂层技术领域,尤其涉及一种纳米TiO2涂层以及其制备方法和擦涂工具,包括以下步骤:步骤1:将基体表面进行抛光和清洗处理,所述基体为玻璃;制备纳米TiO2溶胶并将其增稠;步骤2:纳米TiO2溶胶涂覆至基体上;步骤3:纳米TiO2溶胶自然风干固化成纳米TiO2膜,即为纳米TiO2涂层。本发明对传统溶胶-凝胶法进行改进,开发研究一种纳米TiO2涂层的制备方法,操作简单,无需高价设备,无需高成本高耗能;以及提供一种此方法生产的纳米TiO2涂层,厚度极薄;本发明还提供一种纳米TiO2涂层的擦涂工具,结构简单,制作方便,成本低。
Description
技术领域
本发明涉及纳米涂层技术领域,尤其涉及一种纳米TiO2涂层以及其制备方法和擦涂工具。
背景技术
在日常生活中,为了保持建筑外墙玻璃表面的清洁和美观,人们常常采用表面活性剂、除垢剂等各种清洁剂,反复地洗擦其玷污表面。其主要的保洁原理是清洁剂的化学去污能力以及清洁刷的机械去垢力。这种清洁工作不但不轻松,清洗后的表面在短时间内又会被污染,且清理频率高,导致表面活性剂的大量使用,这给人类环境带来很大压力。
对于自清洁超亲水涂层的制备方法有很多:
溶胶-凝胶法是目前已经产业化和产品的自清洁效果最为有效、广为采用的自清洁薄膜的生产方法。优点是工艺过程温度低,方法简单,化学反应过程易控制;缺点是涂覆不均匀,透明性较差等。
化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition,CVD)制备的薄膜致密性好,纯度高,极易形成良好的结晶材料。但其成本高、设备要求高,灵活性差,初期投资大等不足也影响着进一步提高产品的质量。
物理气相沉积法(physical Vapor Deposition,PVD)是利用热蒸发或辉光放电等物理过程,在基材表面沉积所需涂层的技术,是制备硬质镀层(硬膜)的常用技术。与化学气相淀积法(CVD,沉积粒子来源于化合物的气相分解反应)相比,PVD的沉积温度较低,不会引起基底的变形与开裂以及镀层性能的下降。
电化学方法制备纳米TiO2薄膜分为阳极电沉积法、阴极电沉积法、电泳法等。电化学方法操作方便,所需设备相对简单,膜透明性好。电沉积制备薄层涂膜的适宜条件是导电基材表面,对负载基材有选择性,限制了使用的普适性。
水热反应依据反应类型的不同可分为水热氧化、水热还原、水热沉淀、水热合成、水热水解、水热结晶等,其中水热结晶用得最多。水热法制备薄膜的优点是在可以液相中一次完成,避免了薄膜在热处理过程中可能会导致的开裂、卷曲、晶粒粗化、薄膜与气氛反应等多种缺陷。
组装技术是构造纳米结构微粒膜的非常有效的方法。一般指原子、分子或纳米材料在底物上自发地排列成一维、二维甚至三维有序的空间结构。用自组装方法制备的纳米粒子薄膜,可以克服免膜的厚度不均匀及膜上有空洞的缺点,这项技术已经成为国内外新的研究热点。自组装的方法虽然可制得均匀、透明的TiO2薄膜,但得到的是单分子层膜,而TiO2薄膜的活性需要一定的厚度。
液相沉积法是利用水溶液中氟的金属配离子和金属氧化物之间的化学平衡反应,将金属氧化物沉积到浸渍在反应液中的底物上。此法的特点是室温下只要用普通的设备就可将TiO2膜沉积在大表面积和各种形状的底物上,TiO2薄膜厚度和晶相可控制,但不易得到纯的TiO2膜。
浸渍法从制备步骤上看与溶胶-凝胶法颇为类似,但它在溶液中不加入水使之聚合。除采用钛醇盐作前驱体制备浸渍溶液外,还可采用不同的前驱体制备浸渍溶液,有研究者利用TiO2的强氧化能力,将Ti粉中无定型的TiO2溶解,作为浸渍溶液制备TiO2膜。
水热法是指在密封的压力容器中,以水为溶剂,在高温高压的条件下进行的化学反应。水热法制备薄膜的优点是在可以液相中一次完成,免除了后期的晶化热处理的繁杂操作步骤,从而避免了薄膜在热处理过程中可能会导致的开裂、卷曲、晶粒粗化、薄膜与气氛反应等多种缺陷;但水热法需要高温高压的反应条件,限制了其使用范围。
TiO2粉末浆料法是以TiO2粉末为原料,分散在加有添加剂的水中制备成TiO2浆液,再负载在所试验基材表面上,并在一定温度下干燥后用蒸馏水洗去表面上附着不牢的TiO2粉末,则在该低温下成功负载在基材表面的TiO2膜层即可用于光催化反应。此法的优点是不需要高温焙烧过程,降低制备成本且可保持TiO2 粉体良好的光催化性能不被破坏,载体的选用可扩展到不耐高温的有机材料表面,但不足之处是该法制备的涂层厚度不易控制。
发明内容
本发明对传统溶胶-凝胶法进行改进,开发研究一种纳米TiO2涂层的制备方法,操作简单,无需高价设备,无需高成本高耗能。
本发明还提供一种纳米TiO2涂层的擦涂工具,结构简单,制作方便,成本低。
本发明还提供一种纳米TiO2涂层,厚度极薄。
为达此目的,本发明采用以下技术方案:
一种纳米TiO2涂层的制备方法,包括以下步骤:
步骤1:将基体表面进行抛光和清洗处理,所述基体为玻璃;制备纳米TiO2溶胶并将其增稠;
步骤2:纳米TiO2溶胶涂覆至基体上;
步骤3:纳米TiO2溶胶自然风干固化成纳米TiO2膜,即为纳米TiO2涂层。
进一步,所述纳米TiO2溶胶的制备方法为:将质量百分数为0.1%-10%阴离子型表面活性剂或非离子型表面活性剂加入至质量百分数为0.1%-10%的纳米TiO2复合溶液中形成混合液;然后将混合液分散于PH值为8-11的碱性水溶液中,形成透明稳定的分散体系,即制成所述纳米TiO2溶胶,所述碱性水溶液的将所述纳米TiO2溶胶的质量百分数补充为100%。
进一步,所述将纳米TiO2溶胶增稠的方法为:在纳米TiO2溶胶中加入聚乙二醇,所加聚乙二醇在纳米TiO2溶胶中的质量百分数为0.1%-1%,所述聚乙二醇的分子量为200-2000。
进一步,所述基体表面的抛光方法为:先使用抛光粉涂抹基体表面,再用 抛光机对基体表面进行抛光,然后使用洗涤剂对基体进行清洗,最后使用水冲洗。
进一步,将纳米TiO2溶胶涂覆至基体上的方法为:将使用纳米TiO2溶胶润湿的无尘布对所述基体涂覆,所述无尘布与所述基体形成的角度为20°-80°,涂覆速度为10m/s-40cm/s,涂覆力度为0.5N/cm2-5N/cm2。
进一步,所述纳米TiO2溶胶自然风干固化成纳米TiO2膜的温度为0℃-50℃,湿度为10%-90%。
所述纳米TiO2涂层的制备方法使用的擦涂工具,包括玻璃水刮和无尘布;所述玻璃水刮的长度为10cm-60cm;所述无尘布为一至六层,平整的包裹在所述玻璃水刮上。
进一步,所述无尘布为纤维布、仿超细布、超细涤纶或聚酯纤维,所述无尘布的纹理为直纹或斜纹,所述无尘布的表面光滑或有毛。
进一步,所述玻璃水刮不设有把手或者设有把手;所述把手垂直固定在所述玻璃水刮的中部,为橡胶或者塑胶材质。
所述纳米TiO2涂层的制备方法制作出来的涂层,所述纳米TiO2涂层的厚度为10纳米至10微米。
本发明对传统溶胶-凝胶法进行改进,开发研究一种纳米TiO2涂层的制备方法,操作简单,无需高价设备,无需高成本高耗能;以及提供一种此方法生产的纳米TiO2涂层,厚度极薄;本发明还提供一种纳米TiO2涂层的擦涂工具,结构简单,制作方便,成本低。
附图说明
图1是本发明一种实例中擦涂工具的立体结构示意图。
其中:1、玻璃水刮;2、无尘布;3、把手;4;金属夹。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
一种纳米TiO2涂层的制备方法,包括以下步骤:
步骤1:将基体表面进行抛光和清洗处理,所述基体为玻璃;制备纳米TiO2溶胶并将其增稠;
步骤2:纳米TiO2溶胶涂覆至基体上;
步骤3:纳米TiO2溶胶自然风干固化成纳米TiO2膜,即为纳米TiO2涂层。
进一步,所述纳米TiO2溶胶的制备方法为:将质量百分数为0.1%-10%阴离子型表面活性剂或非离子型表面活性剂加入至质量百分数为0.1%-10%的纳米TiO2复合溶液中形成混合液;然后将混合液分散于PH值为8-11的碱性水溶液中,形成透明稳定的分散体系,即制成所述纳米TiO2溶胶,所述碱性水溶液的将所述纳米TiO2溶胶的质量百分数补充为100%。
进一步,所述将纳米TiO2溶胶增稠的方法为:在纳米TiO2溶胶中加入聚乙二醇,所加聚乙二醇在纳米TiO2溶胶中的质量百分数为0.1%-1%,所述聚乙二醇的分子量为200-2000。
进一步,所述基体表面的抛光方法为:先使用抛光粉涂抹基体表面,再用抛光机对基体表面进行抛光,然后使用洗涤剂对基体进行清洗,最后使用水冲洗。
进一步,将纳米TiO2溶胶涂覆至基体上的方法为:将使用纳米TiO2溶胶润湿的无尘布对所述基体涂覆,所述无尘布与所述基体形成的角度为20°-80°,涂覆速度为10m/s-40cm/s,涂覆力度为0.5N/cm2-5N/cm2。
进一步,所述纳米TiO2溶胶自然风干固化成纳米TiO2膜的温度为0℃-50℃,湿度为10%-90%。
所述纳米TiO2涂层的制备方法使用的擦涂工具,包括玻璃水刮1和无尘布2;所述玻璃水刮1的长度为10cm-60cm;所述无尘布2为一至六层,平整的包裹在所述玻璃水刮1上。
进一步,所述无尘布2为纤维布、仿超细布、超细涤纶或聚酯纤维,所述无尘布2的纹理为直纹或斜纹,所述无尘布2的表面光滑或有毛。
进一步,所述玻璃水刮1不设有把手3或者设有把手3;所述把手3垂直固定在所述玻璃水刮1的中部,为橡胶或者塑胶材质。
所述纳米TiO2涂层的制备方法制作出来的涂层,所述纳米TiO2涂层的厚度为10纳米至10微米。
涂覆前的玻璃是第一次进行纳米TiO2溶胶的涂覆,或者多次进行过纳米TiO2溶胶的涂覆。涂覆前的抛光采用适量的氧化铈粉末进行抛光,抛光机可以用普通电钻换上直径为10cm至18cm的抛光砂轮,或者使用一般的抛光机或者砂光机。涂覆前的清洗和抛光过程包括:(1)将洗涤剂喷洒在玻璃表面,用洁净的海绵擦洗其表面,大量水冲洗干净;(2)用抛光粉和抛光机对已粗略洗净的玻璃进行全方位的抛光以提高其润湿性,接着边用水冲洗,边用海绵由上而下的擦拭;(3)接着用洗涤剂清洗载体玻璃,海绵来回擦洗;(4)最后用大量的水将玻璃上的洗涤剂灰尘等一并冲洗干净,用海绵由上而下的擦拭,以保证附着在玻璃表面的细微灰尘脱落,水在玻璃表面每一个点上的冲洗时间约为1分钟。(5)用所述无尘布2抹干玻璃表面的水分,以备涂覆。在纳米TiO2复合溶胶中添加不同分子量如(200,600,2000)的聚乙二醇以达到增稠的目的,所添加的比例为0.01%-0.5%。
擦涂过程,所用工具是所述玻璃水刮1和无尘布2,玻璃水刮1的刮水长度为10厘米至60厘米,有所述把手3或者没有所述把手3的且所述玻璃水刮1 为橡胶塑料的;而所使用的所述无尘布2是纤维布,仿超细布,超细涤纶或聚酯纤维的直纹或斜纹的。擦涂工具,即将一至六层的所述无尘布2整齐重叠着并将两端缝好,没有缝好的两端进行对折,紧包所述玻璃水刮1,并用金属夹4夹紧并固定所述无尘布2在所述玻璃水刮1上。擦涂过程是手持所述把柄3或者其他可掌控所述玻璃水刮1的地方,先用纳米二氧化钛溶胶润湿所述无尘布2,挤干至适合湿度,再以所述无尘布2面与玻璃面成25°至80°的角进行擦涂,擦涂速度为10厘米至40厘米每秒,擦涂力度为1N至5N,当玻璃表面上经过第一次擦涂后溶胶积水甚多时,应进行第二次擦涂,特别是玻璃表面的边缘和四个角。
涂覆后的成膜固化是在室外自然风干,施工环境最适宜温度为0℃至50℃,最适宜湿度在10%至90%,施工最好选择在阴天施工,施工后三天之内无雨水,所制备生成纳米二氧化钛涂层效果会更加,其厚度为10纳米至10微米之间。
本发明对传统溶胶-凝胶法进行改进,开发研究一种纳米TiO2涂层的制备方法,操作简单,无需高价设备,无需高成本高耗能;以及提供一种此方法生产的纳米TiO2涂层,厚度极薄;本发明还提供一种纳米TiO2涂层的擦涂工具,结构简单,制作方便,成本低。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理,而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释,本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式,这些方式都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种纳米TiO2涂层的制备方法,其特征在于包括以下步骤:
步骤1:将基体表面进行抛光和清洗处理,所述基体为玻璃;制备纳米TiO2溶胶并将其增稠;
步骤2:纳米TiO2溶胶涂覆至基体上;
步骤3:纳米TiO2溶胶自然风干固化成纳米TiO2膜,即为纳米TiO2涂层。
2.根据权利要求1所述的一种纳米TiO2涂层的制备方法,其特征在于:所述纳米TiO2溶胶的制备方法为:将质量百分数为0.1%-10%阴离子型表面活性剂或非离子型表面活性剂加入至质量百分数为0.1%-10%的纳米TiO2复合溶液中形成混合液;然后将混合液分散于PH值为8-11的碱性水溶液中,形成透明稳定的分散体系,即制成所述纳米TiO2溶胶,所述碱性水溶液的将所述纳米TiO2溶胶的质量百分数补充为100%。
3.根据权利要求2所述的一种纳米TiO2涂层的制备方法,其特征在于:所述将纳米TiO2溶胶增稠的方法为:在纳米TiO2溶胶中加入聚乙二醇,所加聚乙二醇在纳米TiO2溶胶中的质量百分数为0.1%-1%,所述聚乙二醇的分子量为200-2000。
4.根据权利要求1所述的一种纳米TiO2涂层的制备方法,其特征在于:所述基体表面的抛光方法为:先使用抛光粉涂抹基体表面,再用抛光机对基体表面进行抛光,然后使用洗涤剂对基体进行清洗,最后使用水冲洗。
5.根据权利要求1所述的一种纳米TiO2涂层的制备方法,其特征在于:将纳米TiO2溶胶涂覆至基体上的方法为:将使用纳米TiO2溶胶润湿的无尘布对所述基体涂覆,所述无尘布与所述基体形成的角度为20°-80°,涂覆速度为10m/s-40cm/s,涂覆力度为0.5N/cm2-5N/cm2。
6.根据权利要求1所述的一种纳米TiO2涂层的制备方法,其特征在于:所述纳米TiO2溶胶自然风干固化成纳米TiO2膜的温度为0℃-50℃,湿度为10%-90%。
7.用于权利要求1-6任意一项制备方法的纳米TiO2涂层的擦涂工具,其特征在于:包括玻璃水刮和无尘布;所述玻璃水刮的长度为10cm-60cm;所述无尘布为一至六层,平整的包裹在所述玻璃水刮上。
8.根据权利要求7所述的一种纳米TiO2涂层的擦涂工具,其特征在于:所述无尘布为纤维布、仿超细布、超细涤纶或聚酯纤维,所述无尘布的纹理为直纹或斜纹,所述无尘布的表面光滑或有毛。
9.根据权利要求7所述的一种纳米TiO2涂层的擦涂工具,其特征在于:所述玻璃水刮不设有把手或者设有把手;所述把手垂直固定在所述玻璃水刮的中部,为橡胶或者塑胶材质。
10.根据权利要求1-6任意一项的制备方法制成的纳米TiO2涂层,其特征在于:所述纳米TiO2涂层的厚度为10纳米至10微米。
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