CN107352579A - 一种超亲水自清洁二氧化钛溶胶的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种超亲水自清洁二氧化钛溶胶的制备方法。以乙醇、钛酸酯、去离子水、铁盐、浓盐酸以及有机胺为原料，混合制得二氧化钛溶胶。再通过喷涂或提拉的方法将二氧化钛溶胶均匀的喷在玻璃上，常温下可形成一层透明的纳米二氧化钛薄膜涂层。本发明二氧化钛纳米晶溶胶制备方法简单、室温成膜且膜层硬度可达到3H，光照前即具有超亲水性，亲水角小于3°，光照后亲水角则达到0°。通过本发明可以制备超亲水自清洁溶胶，涂覆于玻璃上，可以使得玻璃具有超亲水自清洁特性，玻璃上不易沾染油污，下雨天玻璃透光性保持不影响视线，且利用雨水将粉尘、油污冲洗干净。

Description

一种超亲水自清洁二氧化钛溶胶的制备方法
技术领域
本发明涉及一种超亲水自清洁二氧化钛溶胶。
背景技术
超亲水自清洁涂层的应用前景非常广阔，如可用于汽车窗户和后视镜、建筑玻璃幕墙、光伏玻璃等。汽车窗户和后视镜在下雨时会挂满水珠，严重阻碍司机的视线，给雨天驱车带来很大安全隐患。为了节约能源且增加采光效果，很多建筑大面积使用玻璃幕墙。而玻璃幕墙的清洗目前主要靠“蜘蛛人”来完成，存在一定危险性同时又耗费了人力成本。另外，光伏玻璃容易堆积大量的灰尘，造成光伏电池效率的降低。而在玻璃上做上一层超亲水自清洁涂层，可以减少灰尘的堆积，同时利用雨水可以将玻璃上灰尘冲刷带走又不影响视线。二氧化钛(TiO2)作为一类重要的超亲水无机涂层，具有持久性好、可降解涂层上油污的优点。但是，TiO2在玻璃上的附着力较差，往往需要高温退火，这就给实际应用带来了不便。如专利CN102718411A，采用溶胶凝胶法制备的自然超亲水多孔TiO2/SiO2复合薄膜，其成膜是需要在300-600℃下进行高温煅烧，对于已出厂的汽车、建筑幕墙、光伏玻璃等不适用。另外，在已公开的专利发明中，所制备的二氧化钛涂层在雨天或者无光照的情况下不具备超亲水性，或者其亲水性在无光条件下会逐渐衰减，性能不能保持，也给应用带来了很大不便。
发明内容
本发明提供了一种Fe3+掺杂的锐钛矿相TiO2纳米溶胶，可用于常温制备超亲水自清洁膜。利用提拉或者喷涂的工艺在玻璃衬底上形成一层致密TiO2膜层，膜层的硬度高达3H，且光照前亲水角小于3°，光照后亲水角接近于0°，且超亲水性能在无光照条件下可保持60天，弥补了现有技术的不足。
本发明采用的技术方案是：以乙醇、钛酸酯、去离子水、铁盐、浓盐酸以及有机胺为原料，混合得到二氧化钛溶胶。钛酸酯，可以为钛酸四乙酯、钛酸四丁酯的一种或多种。铁盐，可以为氯化铁、硝酸铁、硫酸铁的一种或多种。有机胺，可以是乙二胺，三乙胺中的一种或多种。其具体步骤如下：
(1)将钛酸酯加入无水乙醇中搅拌；
(2)将去离子水加入步骤1中混合均匀，搅拌；
(3)将铁盐加入的步骤2中搅拌；
(4)将盐酸滴入步骤3溶液中搅拌；
(5)将有机胺加入步骤4中混合均匀，加热回流；
(6)将步骤5的产品老化7-10天，得到最终产品。
其中，无水乙醇占总的质量百分含量50-95％，钛酸酯占总的质量百分含量1-10％，去离子水占总的质量百分含量1-30％，铁盐占总的质量百分含量1-5％，盐酸占总的质量百分含量 0.1-2％，有机胺占总的质量百分含量0.005-0.5％。
采用喷涂或者提拉法，在玻璃上形成一层Fe3+掺杂TiO2膜，自然干燥后进行测试。
接触角测试采用Drop shape Analysis system DSA20接触角测试仪测试，膜层硬度采用铅笔硬度测试法，XRD采用D8X射线光谱仪进行表征。
本发明提供一种Fe3+掺杂的锐钛矿TiO2纳米晶溶胶，制备方法简单，亲水性好，硬度高，持久性高，因加入有机胺最终的溶胶为中性，对玻璃的基底无害。该溶胶可直接喷涂于汽车玻璃或幕墙玻璃上，在室温下固化形成一层致密的超亲水自清洁膜层。
附图说明
图1是实施例1和2的浸润角测试数据。
图2是实施例2所得材料的XRD图片。
具体实施方式
以下通过特定的具体实施说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。
实施例1(质量百分含量wt％)：
(1)将钛酸四丁酯(2％)加入无水乙醇(90％)中搅拌半小时到两小时；
(2)将去离子水(4％)加入步骤1所得的溶液混合均匀，在50-120℃下搅拌；
(3)将六水合氯化铁(3％)加入的步骤2所得的溶液中搅拌一至两小时；
(4)将盐酸(0.5％)滴入步骤3所得的溶液中搅拌半小时到一小时；
(5)将三乙胺(0.5％)加入步骤4所得的溶液中混合均匀，60-100℃下回流；
(6)将步骤5的产品老化7-10天，即得到最终产品。
该膜层硬度为3H，光照前水接触角小于3°，紫外光照射后水接触角达到0°，且亲水性在无光条件下可保持60天，见图1实施例1。
实施例2：(质量百分含量wt％)
(1)将钛酸四乙酯(4％)加入无水乙醇(84％)中搅拌半小时到两小时；
(2)将去离子水(7％)加入步骤1所得的溶液中混合均匀，50-120℃下搅拌；
(3)将九水合硝酸铁(4％)加入的步骤2所得的溶液中搅拌半小时至两小时；
(4)将盐酸(0.8％)滴入步骤3所得的溶液中搅拌半小时到两小时；
(5)将三乙胺(0.2％)加入步骤4所得的溶液中混合均匀，60-100℃下回流；
(6)将步骤5的产品老化7-10天，得到最终产品。
该膜层硬度为3H，光照前水接触角小于5°，紫外光照射后水接触角达到0°，且亲水性在无光条件下可保持60天，见图1实施例2。
图2为实施例二氧化钛溶胶样品的XRD图，由图可以看出2θ衍射角分别25.4°，62.7°， 47.8°，54.1°，62.7°，与之对应的分别为(101),(004),(200),(105),(204)晶面(JCPDS No.12-1272)，为锐钛矿晶形。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，上述实施例仅示例性说明本发明的原理及其功效，而并非对本发明任何形式上和实质上的限制。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明得到实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (3)

1.一种超亲水自清洁二氧化钛溶胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将钛酸酯加入无水乙醇中，搅拌；
(2)将去离子水加入步骤1所得溶液后搅拌，混合均匀；
(3)将铁盐加入步骤2所得的溶液中搅拌；
(4)将盐酸滴入步骤3所得的溶液中搅拌；
(5)将有机胺加入步骤4所得的溶液中混合均匀，加热回流；
(6)将步骤5的产品老化7-10天，得到最终产品；
其中，无水乙醇占总的质量百分含量50-95％，钛酸酯占总的质量百分含量1-10％，去离子水占总的质量百分含量1-30％，铁盐占总的质量百分含量1-5％，盐酸占总的质量百分含量0.1-2％，有机胺占总的质量百分含量0.005-0.5％。
2.一种如权利要求1所述的超亲水自清洁二氧化钛溶胶的制备方法，其特征在于：钛酸酯是钛酸四乙酯、钛酸四丁酯中的一种或多种；铁盐是氯化铁、硝酸铁、硫酸铁中的一种或多种；有机胺是乙二胺，三乙胺中的一种或多种。
3.一种如权利要求1所述的超亲水自清洁二氧化钛溶胶的用途，其特征在于，通过提拉或喷涂的方法涂于玻璃的表面。
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