CN1854205A - 一种纳米二氧化钛涂层液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纳米二氧化钛涂层液及其制备方法,该涂层液为一种水溶性涂层液,pH范围为5~9,包含有粒径小于20nm的TiO2颗粒和无机水性黏附分散剂,其具有优良的透明性、黏附性和催化活性,可在各种基材表面形成的强固的薄膜,可用于抗菌自洁及除异味等多种用途。该涂层液的制备方法简单,制备成本低,产品的稳定性好。
Description
技术领域
本发明涉及一种纳米二氧化钛涂层液。更具体地说,本发明涉及一种在常温下就可以在金属、陶瓷、石材、玻璃、塑料、木材等基材表面形成含有纳米二氧化钛的透明、致密薄膜的水溶性涂层液。本发明还涉及该涂层液的制备方法。
背景技术
纳米二氧化钛由于具有很好的光催化活性从而在自清洁防污技术、杀菌、除臭、降解空气及水中的污染物、防雾及吸收紫外线等多个领域具有重要的应用价值。但是由于粉状的二氧化钛颗粒细,在水溶液中凝聚、难以回收,而且粉状的二氧化钛颗粒本身没有黏附力,需要与黏附剂配合使用才能附着在基材上,大量黏附剂的使用不仅引入了对环境或人体有害的有机物而且由于氧化钛颗粒完全被黏合剂覆盖,将大大降低二氧化钛的光催化活性。在实际应用中,如何将纳米二氧化钛附着在各种基材的表面并使其活性强,坚固耐用的问题是制约其推广应用的关键所在。而纳米二氧化钛薄膜既可以很好的附着在基材上,不存在回收和分离困难的问题,又具有很好的光催化活性,因此有着重要的应用价值。
现有的制备纳米二氧化钛薄膜的方法很多,如液相沉积法、溶胶-凝胶法、化学气相沉积法、热分解法、磁控溅射法等。但这些方法不仅制造成本昂贵,而且制成的薄膜光催化活性差,在生产及应用方面难以普及推广。目前,大多数商业用具有光催化性质的薄膜一般是采用溶胶-凝胶法制备的,但通过该法制备的纳米二氧化钛薄膜缺乏机械耐久力,且在大面积镀膜时,很难保证薄膜厚度的均一性;溶胶-凝胶法的另一个缺点是镀膜工艺中需要高温热分解有机物,使得大面积的镀膜受到限制。
由此可见,上述现有的纳米二氧化钛薄膜及其制备方法仍存在有诸多的缺陷,而亟待加以进一步解决。
发明内容
本发明的目的在于提供一种纳米二氧化钛涂层液,该涂层液具有很好的透明性和很强的黏附性,可以在常温下在各种基材的表面形成强固的纳米二氧化钛薄膜。
本发明的另一目的在于提供上述纳米二氧化钛涂层液的制备方法,该方法工艺简单,制备成本低,产品的稳定性好。
依据本发明提出的纳米二氧化钛涂层液,其为一种水溶性涂层液,pH范围为5~9,包含有粒径小于20nm的二氧化钛(TiO2)颗粒和无机水性黏附分散剂。TiO2含量为0.1~10%,无机水性黏附分散剂含量为0.1~10%。
前述的纳米二氧化钛涂层液,其中所述的无机水性黏附分散剂为过氧化钛的水合物,其化学分子式为TiO3·2H2O,该无机水性黏附分散剂能够使使涂层液具有更好的稳定性、黏附性、分散性和透明性,在长期贮存和长途运输的过程中不会变质。
前述的纳米二氧化钛涂层液,其中所述的TiO2的优选含量为0.5~2%,无机水性黏附分散剂的优选含量为0.3~2%,pH优选范围为6~8。
前述的纳米二氧化钛涂层液中,纳米TiO2颗粒具有很强的光催化活性,可以起到抗菌、自清洁及去除异味的作用,无机水性黏附分散剂能够使TiO2颗粒表面改性,从而使涂层液具有更好的稳定性、黏附性、分散性和透明性,在长期贮存和长途运输的过程中不会发生变化。
本发明所述的纳米二氧化钛涂层液的制备方法包括以下步骤:
1、将含钛的化合物与碱发生水解反应,制备氢氧化钛沉淀;
2、将氢氧化钛沉淀洗涤过滤除去其中的杂质离子;
3、在加热搅拌下将上述氢氧化钛沉淀与含有氧化剂的水溶液反应便可以得到本发明所述的纳米二氧化钛涂层液。
其中所述的含钛的化合物可以是硫酸钛、硝酸钛、硫酸氧钛、四氯化钛、氟钛酸铵和有机钛盐;所述的碱可以是氢氧化钠、氢氧化钾、氨水和尿素中的一种或几种;所述的氧化剂可以是臭氧、次氯酸、高氯酸和过氧化氢中的一种或几种。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案可知,本发明所述纳米二氧化钛涂层液的pH为中性,不含各种有机黏附剂,涂膜时不需要高温烧结,所形成的薄膜与基材的黏合性很好,具有优良的透明性和光催化活性,可用于抗菌自洁及去除异味等多种用途。而且该溶胶的制备方法简单,制备成本低,产品的稳定性好。
此外,本发明所述纳米二氧化钛涂层液可以与水和/或其它溶剂如乙醇配合使用,当本发明的纳米二氧化钛涂层液与醇类溶剂如甲醇或乙醇配合使用时成膜的效果会更好。
为了能够更清楚了解本发明,并可依照说明书的内容予以实施,以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。
具体实施例
下面结合实施例对本发明作进一步详细的阐述。
实施例1
称取硫酸钛10g溶解在800ml蒸馏水中,在不断搅拌下加入25%氨水50ml反应30分钟使氢氧化钛沉淀完全。将所得到的氢氧化钛沉淀洗涤过滤后用蒸馏水配制为800ml悬浮液,在90℃下加入30%的过氧化氢水溶液20ml反应6小时后便可获得TiO2含量0.2%,TiO3·2H2O含量0.2%涂层液。
实施例2
称取钛酸四丁酯28g在800ml蒸馏水中,在不断搅拌下加入25%氢氧化钠溶液100ml反应30分钟使氢氧化钛沉淀完全。将所得到的氢氧化钛沉淀洗涤过滤后用蒸馏水配制为800ml悬浮液,加入30%的次氯酸水溶液50ml在95℃加热5小时便可获得TiO2含量0.6%,TiO3·2H2O含量0.5%的涂层液。
实施例3
称取四氯化钛40g溶解在800ml蒸馏水中,在不断搅拌下加入25%氨水200ml反应30分钟使氢氧化钛沉淀完全。将所得到的氢氧化钛沉淀洗涤过滤后用蒸馏水配制为800ml悬浮液,加入30%的高氯酸水溶液100ml后在100℃加热4小时便可获得TiO2含量1.3%,TiO3·2H2O含量0.6%的涂层液。
实施例4
称取四氯化钛100g溶解在800ml蒸馏水中,在不断搅拌下加入20%氢氧化钾400ml反应30分钟使氢氧化钛沉淀完全。将所得到的氢氧化钛洗涤过滤后用蒸馏水配制为800ml悬浮液,加入30%的过氧化氢水溶液250ml,在115℃下加热反应2小时便可获得TiO2含量3.8%,TiO3·2H2O含量0.5%的涂层液。
实施例5
称取硝酸钛100g溶解在800ml蒸馏水中,在不断搅拌下加入25%氨水400ml反应30分钟使氢氧化钛沉淀完全。将所得到的氢氧化钛沉淀洗涤过滤后用蒸馏水配制为1000ml悬浮液,在80℃不断加热搅拌下通入臭氧反应2小时便可获得TiO2含量0.6%,TiO3·2H2O含量3.3%的涂层液。
实施例6
称取硫酸氧钛200g溶解在800ml蒸馏水中,在不断搅拌下加入25%氨水1000ml反应30分钟使氢氧化钛沉淀完全。将所得到的氢氧化钛沉淀洗涤后用蒸馏水配制为800ml悬浮液,在不断搅拌下加入30%的次氯酸水溶液1000ml和80g三聚焦磷酸作为稳定剂反应至氢氧化钛沉淀完全溶解得到透明溶液为止。最后将所得到的透明溶液在100℃加热浓缩至1000ml后便可获得TiO2含量8.0%,H4TiO5含量3.1%,稳定剂含量8%的涂层液。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制,任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或修饰为等同变化的等效实施例,但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (7)
1、一种纳米二氧化钛涂层液,其特征在于其为一种水溶性涂层液,pH范围为5~9,包含有粒径小于20nm的二氧化钛(TiO2)颗粒和无机水性黏附剂。
2、根据权利要求1所述的纳米二氧化钛涂层液,其特征在于其中所述的纳米TiO2含量为0.1~10%,无机水性黏附分散剂含量为0.1~5%。
3、根据权利要求1和2所述的纳米二氧化钛涂层液,其特征在于其中所述的无机水性黏附分散剂为过氧化钛的水合物,其化学分子式为TiO3·2H2O。
4、根据权利要求1~3所述的纳米二氧化钛涂层液,其特征在于其中所述的pH优选范围为6-8,纳米TiO2含量的优选范围为0.5~2%,无机水性黏附分散剂含量的优选范围为0.3~2%。
5、根据权利要求1所述的纳米二氧化钛涂层液,其特征在于该涂层液可以与水和/或醇类溶剂如甲醇或乙醇配合使用,当该涂层液与醇类溶剂如甲醇或乙醇配合使用时,成膜的效果会更好。
6、根据权利要求1所述的纳米二氧化钛涂层液的制备方法,其特征在于其包括如下步骤:
(1)将含钛的化合物与碱发生水解反应,生成氢氧化钛沉淀;
(2)将氢氧化钛沉淀洗涤过滤除去其中的杂质离子;
(3)在加热搅拌下将上述氢氧化钛沉淀与含有氧化剂的水溶液反应便可以得到本发明所述的纳米二氧化钛涂层液。
7、根据权利要求6所述的纳米二氧化钛涂层液的制备方法,其特征在于其中所述的含钛的化合物可以是硫酸钛、硝酸钛、硫酸氧钛、四氯化钛、氟钛酸铵和有机钛盐;所述的碱可以是氢氧化钠、氢氧化钾、氨水和尿素中的一种或几种;所述的氧化剂可以是臭氧、次氯酸、高氯酸和过氧化氢中的一种或几种。
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