CN1421496A - 基体上自洁净、超亲水性光催化薄膜的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基体上自洁净、超亲水性光催化薄膜的制备方法，它依次包括如下步骤：(a)用洗液或溶剂将基体材料清洗干净；(b)基体材料放入反应器中，在100～500℃温度下加热5－60分钟；(c)分别通载气或抽真空、通镀膜原材气体、通载气或抽真空、通水蒸汽各2－100分钟，并重复多次。基体上形成的薄膜具有自洁净、超亲水性、稳定性、均匀性、耐磨性；防霉杀菌、该表面被污染后可以自洁净，或容易被清洗；该方法操作方便，低成本。本方法的用途很广，基体可以是玻璃、陶瓷、不锈钢。

Description

基体上自洁净、超亲水性光催化薄膜的制备方法

技术领域

本发明涉及防雾、防霉技术领域，更具体地说，是涉及基体上自洁净、超亲水性光催化薄膜的制备方法。

技术背景

由于水、汽、温差、有机物及其它污物作用，车用玻璃、建筑物用的玻璃、眼镜镜片、仪表玻璃等透明基体的表面可能形成一层雾、污垢或发霉，不但大大降低透明度，增加清洗的费用和时间，而且也可能影响操作及操作者的安全。

已有大量的文献报道了二氧化钛等光催化剂在基体表面形成一层薄膜具有防雾与自洁净功能。如何在透明基体上镀一层均匀、透明的光催化保护薄膜是技术的关键。如中国发明专利1267644A已公开了一种磁控溅射法镀二氧化钛薄膜；日本真空技术株式会社申请的中国发明专利00101041提供了一种真空磁控溅射法镀光催化薄膜的方法，但磁控溅射法对镀膜仪器设备及其条件要求很高，应用不方便。中国发明专利1243029A已公开了一种旋转涂膜法涂敷半导体薄膜，但这种方法难以得到薄膜高度均匀的光催化薄膜，在汽车的挡风玻璃、窗户玻璃、后视镜片，眼镜的镜片等的镀膜难以应用。日本东陶机器株式会社申请的中国发明专利96193834提供了制备光催化薄膜的溶胶-凝胶法、溶胶法、涂敷法、磁控溅射法，这些方法均存在明显的缺点，或镀膜不均匀，或成本高。

技术内容

本发明的目的在于提供一种基体上自洁净、超亲水性光催化薄膜的制备方法，该方法操作方便，低成本；薄膜具有稳定性、均匀性、防霉杀菌、耐磨性；该表面被污染后可以自洁净，或容易被清洗。

本发明基体上自洁净、超亲水性光催化薄膜的制备方法，是采用气相沉积法，在一定的温度下，镀膜原材钛酸酯、硅酸酯，锆酸酯或铝酸酯挥发，并沉积在基体上。

一种基体上自洁净、超亲水性光催化薄膜的制备方法，依次包括如下步骤：

(a)用洗液或溶剂将基体材料清洗干净；

(b)基体材料放入反应器中，在100～500℃温度下加热5-60分钟；

(c)分别通载气或抽真空、通镀膜原材气体、通载气或抽真空、通水蒸汽各2-100分钟，并重复多次。

本发明的基体可以是玻璃、陶瓷、不锈钢。本发明所述的载气选自氩气、氦气、氮气、二氧化碳或空气中的一种或多种，优选为氮气。镀膜原材选自钛酸酯、硅酸酯，锆酸酯，铝酸酯中的一种或它们的组合，优选为钛酸丁酯或/和硅酸己酯；烷基含有3-10C，优选为4-6个C。第一层镀膜原材最好为硅酸酯。基体材料放入反应器中的加热温度优选为150～350℃；加热时间优选为10-30分钟。分别通载气或抽真空、通镀膜原材气体、通载气或抽真空、通水汽各2-100分钟的重复次数为5-100次，优选为10-50次，重复镀膜的次数太少可能影响薄膜的厚度，太多可能影响产品的成本。

本发明基体上自洁净、超亲水性光催化薄膜的制备方法，其化学反应过程为钛酸酯与基体的表面羟基反应形成化学吸附，化学吸附的钛酸酯水解形成钛醇，钛醇分子间脱水形成表面带羟基的二氧化钛晶体，表面带羟基的二氧化钛晶体再与钛酸酯反应，如此反复。其它硅酸酯、铝酸酯、锆酸酯的反应与此反应机理相同。其反应式：

式中，Me代表Ti、Si、Al、Zr，R代表烷基。

本发明的超亲水性薄膜在用足够强度的、其能量高于半导体光催化剂的带隙能级的波长的光激发足够长时间后，该光催化薄膜可以降解其表面吸附的有机物，还原其无机物表面的高表面能，从而具有超亲水性。一般地，当薄膜与水的接触角小于10度，优选为小于5度的高度亲水性，即为超亲水性。超亲水性薄膜的厚度可以为几个纳米，也可以为几千个纳米，以不影响薄膜的使用特性为宜。优选为10纳米-200纳米。一旦光催化薄膜由于受光激发而被高度亲水化后，该薄膜的亲水性即使将该基体放置于黑暗中也会持续一定的时间。随着时间的推移，薄膜的的超亲水性也会逐渐消失，但再次进行光激发时，又可以恢复其超亲水性。

本发明的自洁净、超亲水性薄膜在被高度亲水化到与水的接触角小于10度，优选为小于5度，特别是等于0度时，不仅含有大量亲油成份的有机污染物，而且无机的灰尘均很容易从该薄膜表面洗去。因此，超亲水薄膜表面可以自清洗，并在自然条件下保持高度清洁。这样可以消除或大大减少建筑物的窗户玻璃、车窗户玻璃的清洗工作。另一方面，这种超亲水化的薄膜可以防治污染物粘附其表面，因此，被有机物，特别是油脂污染的薄膜可以通过超亲水化处理，使其清洗变得十分容易，无需洗涤剂。同时，这种薄膜具有光催化氧化活性，可以将吸附在其表面的空气污染物彻底分解，具有空气净化和杀菌功能，由于破坏了表面吸附的有机物，细菌失去了赖以生存的环境而具有抗菌性。

本发明的光催化超亲水性薄膜所用的光催化剂实质上包括氧化锌、氧化锡、氧化钨、氧化铁、二氧化钛半导体材料及其用铁、锆、铝改性的材料，如二氧化钛的铁、锆、铝等掺杂改性，优选为二氧化钛与二氧化硅的复合。二氧化钛无毒，具有化学与生物学稳定性，廉价易得，而且，具有高带隙能级，需要紫外光来激发，这意味着光激发过程中不会发生可见光吸收，从而不会使薄膜出现着色问题。

本发明的应用非常广泛，可以包括各种车用玻璃、建筑物玻璃、仪表玻璃、眼镜镜片、高层建筑玻璃、卫生陶瓷、餐具等。

在以下实施例中将进一步说明本发明，但对本发明不构成限制：

实施例1

将玻璃用洗液清洗，用蒸馏水冲洗，放入反应器中，加热至300℃并保持恒温。反应器中通氮气清洗2钟。用水浴将装有试剂硅酸己酯的容器加热并保温在50℃左右，将其蒸汽通入反应器中5分钟。通氮气清洗一段时间。通水蒸汽5分钟。重复通氮气、通硅酸己酯蒸汽、通氮气、通水蒸汽操作5次。用钛酸丁酯替代硅酸己酯重复上述操作20次。玻璃基体上形成的薄膜具有自洁净、超亲水性、稳定性、均匀性、耐磨性；防霉杀菌、该表面被污染后可以自洁净，或容易被清洗；该方法操作方便，低成本。

实施例2

按照上述实施例1的方法步骤，所用的镀膜原材先用硅酸己酯5次，次用钛酸丁酯5次，重复上述操作3次，制备硅、钛相间的光催化剂薄膜。玻璃基体上形成的薄膜具有自洁净、超亲水性、稳定性、均匀性、耐磨性，防霉杀菌，该表面被污染后可以自洁净，或容易被清洗。该方法操作方便，低成本。

Claims (13)

1.一种基体上自洁净、超亲水性光催化薄膜的制备方法，依次包括如下步骤：(a)用洗液或溶剂将基体材料清洗干净；(b)基体材料放入反应器中，在100～500℃温度下加热5-60分钟；(c)分别通载气或抽真空、通镀膜原材气体、通载气或抽真空、通水蒸汽各2-100分钟，并重复多次。

2.根据权利要求1中所述的基体上自洁净、超亲水性光催化薄膜的制备方法，其特征是基体可以是玻璃、陶瓷、不锈钢。

3.根据权利要求1中所述的基体上自洁净、超亲水性光催化薄膜的制备方法，其特征是载气选自氩气、氦气、氮气、二氧化碳或空气中的一种或多种。

4.根据权利要求3中所述的基体上自洁净、超亲水性光催化薄膜的制备方法，其特征是载气优选氮气。

5.根据权利要求1中所述的基体上自洁净、超亲水性光催化薄膜的制备方法，其特征是镀膜原材选自钛酸酯、硅酸酯，锆酸酯，铝酸酯中的一种或它们的组合。

6.根据权利要求5中所述的基体上自洁净、超亲水性光催化薄膜的制备方法，其特征是镀膜原材优选为钛酸丁酯或/和硅酸己酯。

7.根据权利要求1中所述的基体上自洁净、超亲水性光催化薄膜的制备方法，其特征是镀膜原材中烷基含有3-10个C。

8.根据权利要求7中所述的基体上自洁净、超亲水性光催化薄膜的制备方法，其特征是镀膜原材中烷基优选为4-6个C。

9.根据权利要求1中所述的基体上自洁净、超亲水性光催化薄膜的制备方法，其特征是镀膜的第一层原材最好为硅酸酯。

10.根据权利要求1中所述的基体上自洁净、超亲水性光催化薄膜的制备方法，其特征是基体材料放入反应器中的加热温度优选为150～350℃。

11.根据权利要求1中所述的基体上自洁净、超亲水性光催化薄膜的制备方法，其特征是基体材料放入反应器中的加热时间优选为10-30分钟。

12.根据权利要求1中所述的基体上自洁净、超亲水性光催化薄膜的制备方法，其特征是分别通载气或抽真空、通镀膜原材气体、通载气或抽真空、通水汽各2-100分钟的重复次数为5-100次。

13.根据权利要求12中所述的基体上自洁净、超亲水性光催化薄膜的制备方法，其特征是分别通载气或抽真空、通镀膜原材气体、通载气或抽真空、通水汽各2-100分钟的重复次数优选为10-50次。