CZ2010465A3

CZ2010465A3 - Zpusob vytvárení kompozitní soustavy s fotokatalytickou funkcí

Info

Publication number: CZ2010465A3
Application number: CZ20100465A
Authority: CZ
Inventors: Jirkovský@Jaromír; Lambrecht@Marc; Peterka@František; Šubrt@Jan
Original assignee: Eoxolit Sprl; Jirkovský@Jaromír; Peterka@František
Priority date: 2010-06-11
Filing date: 2010-06-11
Publication date: 2012-01-04
Also published as: BR112012031588A2; CZ307426B6; EP2603315A1; WO2011154560A1; US20130196845A1

Abstract

Zpusob vytvárení kompozitní soustavy s fotokatalytickou funkcí, sestávající z fotokatalyzátoru a pojiva, kde fotokatalyzátorem jsou neaglomerované nanocástice TiO.sub.2.n., nedopovaného nebo dopovaného, suspendované ve vode nebo ve smesi vody s organickými rozpouštedly, poprípade ve forme práškového materiálu a kde pojivem jsou nanocástice SiO.sub.2.n. ve forme stabilizované vodné suspenze. Syntéza této kompozitní soustavy je založena na rozdílu bodu nulového elektrického náboje (pH.sub.zpc.n.) nanocástic SiO.sub.2.n. a TiO.sub.2.n., kde prídavkem pufru do rozpouštedla se nastaví takové hodnoty pH, za nanocástice TiO.sub.2.n. jsou nabity kladne, zatímco nanocástice SiO.sub.2.n. záporne, a kde volbou pomeru koncentrací nanocástic obou druhu se po smíchání jejich suspenzí, prípadne vmícháním práškové formy nanocástic TiO.sub.2.n. do stabilizované vodné suspenze nanocástic SiO.sub.2.n., se pusobením rozdílných elektrických náboju nanocástic SiO.sub.2.n. a TiO.sub.2.n. nanocástice TiO.sub.2.n. obklopí stenou nanocástic SiO.sub.2.n., které po vzájemném kontaktu aglomerují do mechanicky stabilní obalové slupky výsledných kompozitních prostorových útvaru.

Description

Způsob vytváření kompozitní soustavy s fotokatalytickou funkcí

Oblast techniky

Předmětem vynálezu je způsob vytváření kompozitní soustavy s fotokatalytickou funkcí.

Dosavadní stav techniky

Fotokatalytická aktivita anatasu, jedné z krystalických forem oxidu titaničitého, umožňuje oxidativní rozklad téměř všech organických struktur, včetně mikroorganismů. Fotokatalytickou degradací dochází k postupné oxidaci organických látek až na konečné anorganické sloučeniny, jimiž jsou voda, oxid uhličitý a příslušné minerální kyseliny, například HNO₃, H₂SO4, H3PO4, HCI atd. Fotokatalytická mineralizace probíhá v mnoha následných krocích za přechodného vzniku četných organických meziproduktů. Heterogenní fotokatalýza je založena na pohlcování fotonů polovodičovou elektronovou strukturou anatasu, což vede ke vzniku dvojic kladných a záporných elektrických nábojů. Ty se na povrchu anatasu transformují na vysoce reaktivní nestálé radikály, které následně atakují organické molekuly a mikroorganismy, obsažené v okolním vodném roztoku, popřípadě plynné fázi (ve vzduchu). Tím je zahájen výše zmíněný sled jejich degradačních reakcí, vedoucí až ke konečným minerálním produktům.

Foto katalytický proces je využívám v různých technických oblastech, například při povrchových úpravách různých materiálů za účelem dosažení jejich samočisticích vlastností a hygienických účinků, které vykazují vrstvy tvořené nanočásticemi anatasu. Na nich dochází působením ultrafialového záření, které je součástí nejen přímého slunečního svitu, ale v menší míře i denního světla v interiérech budov, k fotokatalytické oxidativní degradaci nejen usazených organických látek a mikroorganismů, ale také molekul obsažených v okolním ovzduší, např. těkavých organických látek (pachů) a některých anorganických plynů (oxidů dusíku).

Nevýhodou dosavadních fotokatalytických materiálů je jejich nedostatečná přilnavost k některým druhům materiálů (např. plastům) a dále nežádoucí fotokatalytická degradace organických složek nátěrových systémů, vedoucí k jejich postupné destrukci (např. křídováni barev). Fotokatalytická degradace je totiž neselektivní

- 1 proces, který odbourává jak nežádoucí organické látky, tak i organické molekuly podkladů a pojiv nátěrových hmot. Cílem předloženého vynálezu je potlačit tyto nežádoucí jevy.

Podstata vynálezu

Předmětem vynálezu je způsob vytváření kompozitní soustavy s fotokatalytickou funkci, sestávající z fotokatalyzátoru a pojivá, kde fotokatalyzátorem jsou neaglomerované nanočástice TiO₂, nedopovaného nebo dopovaného, suspendované ve vodě nebo ve směsi vody s organickými rozpouštědly, popřípadě ve formě práškového materiálu, a kde pojivém jsou nanočástice S1O2 ve formě stabilizované vodné suspenze. Podstata vynálezu spočívá v tom, že syntéza této kompozitní soustavy je založena na rozdílu bodu nulového elektrického náboje (pHzpc) nanočástic SiO₂ a TiO₂, kde přídavkem pufru do rozpouštědla se nastaví takové hodnoty pH, že nanočástice TiO₂ jsou nabity kladně, zatímco nanočástice SiO₂ záporně, a kde volbou poměru koncentrací nanočástic obou druhů po smíchání jejich suspenzí, případně vmícháním práškové formy nanočástic TiO₂ do stabilizované vodné suspenze nanočástic SiO₂, se nanočástice TiO₂ působením rozdílných elektrických nábojů nanočástic SiO₂ a TiO₂ obklopí stěnou nanočástic SÍO₂, které po vzájemném kontaktu aglomerují do mechanicky stabilní obalové slupky výsledných kompozitních prostorových útvarů.

Do soustavy se dále mohou s výhodou přidat polyfluorované povrchově aktivní látky, s kationtovou, aniontovou či neiontovou povahou, nepodléhající fotokatalytické oxidativní degradaci.

Nanočástice TiO₂ mají střední velikosti v rozmezí od 5 do 3000 nm a koncentrace v rozmezí od 5 do 40 hmotn. %, s výhodou mezi 25 a 35 hmotn. % TiO₂, a nanočástice SiO₂ mají střední velikosti v rozmezí od 5 do 50 nm a koncentrace v rozmezí 10 až 55 hmotn. %, s výhodou od 30 do 45 hmotn. % SiO₂.

Neiontovými povrchově aktivními látkami jsou látky na bázi polytetrafluorethylenu s řetězci obsahujícími 5 až 8 atomů uhlíku, které se přidají v koncentračním rozmezí od 0,1 do 20 hmotn. %, s výhodou v intervalu mezi 1 a 10 hmotn. %.

- 2 Iontové, kationtové nebo aniontové povrchově aktivní látky se přidávají v nízkých koncentracích v rozmezí 0,001 až 2 hmotn. %, s výhodou mezi 0,005 a 1 hmotn. %. Umožňují tak i řízený průnik kompositních prostorových útvarů do porézního systému, aby bylo dosaženo optimální požadované funkce.

Jako pufry se používají soli silných kyselin a slabých zásad nebo slabých kyselin a silných zásad, přičemž přídavkem pufru se pH suspenze nastavuje mezi body nulového náboje pH_zpc použitých nanočástic SiO₂ a nanočástic TiO₂. Interval hodnot pH pro vznik kompozitních prostorových útvarů je v rozmezí (pH_zpc(SiO₂) + pH_zpc(TiO₂)) / 2 ± 1.

Kompozitní soustava, vytvořená podle tohoto vynálezu, se přidává do výrobků, vybraných ze skupiny, zahrnující nátěrové systémy, výrobky s tuhými minerálními povrchy zahrnující kámen, beton a keramiku, dále plasty, textilie a materiály na bázi celulózy zahrnující dřevo a papír.

Příklady provedení vynálezu

Částice fotokatalyzátoru, zpravidla anatasu nebo anatasu dopovaného kationty resp. anionty dalších prvků za účelem rozšíření jeho spektrální citlivosti do oblasti viditelného světla, případně polovodičové částice jiného chemického složení (např. ZnO, ZnS, WO₃, ZrTiOs), jsou umístěny v uzavřených prostorových útvarech zpravidla kulovitého či oválného tvaru, jejichž stěna je tvořena nanočásticemi SÍO₂. Tyto prostorové útvary jsou stabilizovány přídavkem povrchově aktivních látek, s výhodou sloučenin polyfluorovaných, jež nepodléhají fotokatalytické oxidativní degradaci. Povrchově aktivní látky se na těchto útvarech adsorbují. Tím na nich vytvářejí povrchovou ochrannou vrstvu, která zabraňuje jejich aglomeraci a vypadávání z vodné popř. směsné suspenze, tj. z média, v němž se kompozitní soustava syntetizuje a následně i aplikuje.

Nový kompozitní materiál je vícesložková soustava, sestávající z nanočástic fotokatalyzátoru (např. TiO₂) a nanočástic pojivá (např. SiO₂), suspendovaných ve vodě nebo ve směsi vody s organickými rozpouštědly, a dále obsahující povrchově aktivní látky (surfaktanty) a sloučeniny pro udržení stálé kyselosti resp. zásaditosti suspenze, tj. konstantní požadované hodnoty pH (pufry). Povrchově aktivní látky mohou mít jak iontovou (kationtovou nebo aniontovou), tak i neiontovou povahu. Jedinečnost takové kompozitní soustavy je dána použitím polyfluorovaných povrchově aktivních látek, které odolávají fotokatalytické oxidativní degradaci.

Fotokatalytické působení kompozitní soustavy zůstává zachováno, neboť primárně fotogenerované hydroxylové radikály (OH*) patrně pronikají stěnami uzavřených prostorových útvarů do okolního prostředí, v němž následně oxidativně atakuji jak přítomné organické látky, tak i oxidovatelné anorganické sloučeniny, například kyanidové ionty ve vodné fázi, oxidy dusíku v plynné fázi aj. Možnost průniku malých organických i anorganických molekul z plynné i kapalné fáze do vnitřního prostoru uzavřených kompozitních útvarů může vést ke zvýšení fotokatalytické účinnosti, a to díky prodlouženému kontaktu odbourávaných molekul s fotokatalyzátorem.

Reakcí OH radikálů s organickými molekulami vznikají příslušné organické radikály, které jsou díky svému nepárovému elektronu velmi reaktivní. Proto rychle adují vzdušný kyslík za vzniku příslušných peroxylových radikálů, které následně rekombinují nebo disproporcionují popř. eliminují hydroperoxylové radikály (O2H*) za vzniku relativně stálých organických sloučenin, jež jsou oproti výchozím látkám částečně oxidovány. Obdobné následné OH ataky postupně vedou ke vzniku stále více oxidovaných organických sloučenin, přičemž závěrečným stadiem je úplná mineralizace, tj. rozklad na konečné anorganické produkty, oxid uhličitý, vodu a příslušné minerální kyseliny.

Vznik prostorových kompozitních útvarů je založen na využití acidobazických vlastností povrchů tuhých oxidů kovů, které vykazují díky přítomnosti dvou různých typů povrchových atomů kyslíku, a to hydroxylových skupin a můstkových kyslíků, amfoterní charakter. Zatímco hydroxylové skupiny mohou do vodné fáze uvolňovat kladně nabité protony, můstkové atomy kyslíku je z ní naopak mohou vázat.

V závislosti na hodnotě pH vodného roztoku se pak ustaví termodynamické rovnováhy těchto procesů protonace a deprotonace, které určí celkový elektrický náboj nanočástic příslušných oxidů. Nanočástice nesoucí souhlasný elektrický náboj se vzájemně odpuzují, čímž je potlačena jejich obecná tendence aglomerovat a následně vypadnout z roztoku. K tomu naopak dochází v bodě nulového elektrického

-4náboje (pH_zpc), kdy se počet protonovaných a deprotonovaných povrchových skupin vyrovná a celkový elektrický náboj částic je pak nulový.

Syntéza kompozitního materiálu využívá skutečnosti, že hodnoty pH_zpc nanočástic SiO₂ a TiO₂ jsou rozdílné. Přídavkem pufru lze pak nastavit takovou hodnotu pH, aby nanočástice TiO₂ byly převážně proponovány a nabity kladně, zatímco nanočástice SiO₂ převážně deprotonovány a nabity záporně. Nastavením přesné hodnoty pH a volbou vhodného poměru koncentrací nanočástic obou druhů lze syntetizovat požadované kompozitní prostorové útvary, u nichž jsou jednotlivé nanočástice TiO₂obklopeny uzavřenou stěnou tvořenou nanočásticemi SiO₂. Dlouhodobá stabilita těchto útvarů ve vodné či směsné suspenzi se zajistí přídavkem vhodných povrchově aktivních látek.

Syntéza kompozitní soustavy

Jak bylo uvedeno výše, kompozitní soustava se obecně skládá z pěti složek, a to rozpouštědla, fotokatalyzátoru, pojivá, povrchové aktivních látek a pufru.

Jako rozpouštědlo se použije voda nebo směs vody s organickými rozpouštědly, mísitelnými s vodou, například alkoholy, ketony, apod.

Jako fotokatalyzátor se použijí neaglomerované nanočástice kysličníku titaničitého, buď nedopovaného, nebo dopovaného, ve formě práškového materiálu resp. koloidní suspenze. Použitelné nanočástice TiO₂ mohou mít střední velikosti v širokém rozmezí od 5 do 3000 nm, optimální hodnoty jsou mezi 10 a 500 nm. Kromě chemicky čistého TiO₂ jsou použitelné též jeho modifikované varianty s absorpci posunutou do viditelné spektrální oblasti. Vhodné jsou materiály na bázi TiO₂dopované aniony resp. kationy různých prvků (například C, N, S, Zr, V, Mo, Nb a W), směsné oxidy, např. typu TiO₂/SiO₂, a dále částice TiO₂ s povrchově deponovanými ostrůvky kovů, např. Ag, Au a Pt nebo jejich málo rozpustných solí.

Pojivém jsou neagregované nanočástice oxidu křemičitého SiO₂ ve formě stabilizované vodné suspenze. Jeho použitelné koncentrace jsou v rozmezí 10 až 55 hmotnostních procent SiO₂, zúžený interval optimálních koncentrací je od 30 do 45 hmotn. % SiO₂, vhodné je použít komerčně dostupné suspenze s obsahem 30, 40

- 5 nebo 45 hmotn. % SiO₂. Použitelné střední velikosti nanočástic SiO₂ jsou v rozmezí od 5 do 50 nm, optimální interval je mezi 9 a 30 nm, vhodné je použít komerčně dostupné suspenze obsahující nanočástice SiO₂ se středními velikostmi 9, 15 nebo 30 nm. Tyje možno rovněž kombinovat v libovolných vzájemných poměrech, což je pro některé aplikace vhodnější než použití nanočástic téže střední velikosti.

Poměr koncentrací oxidu křemičitého a oxidu titaničitého se voli s ohledem na použité střední velikosti částic obou druhů. Přitom se vychází ze geometrického modelu, kdy je idealizovaná kulovitá nanočástice TiO₂ těsně obklopena sférou vzájemně se dotýkajících nanočástic SiO₂. Případný vyšší podíl nanočástic SiO₂vede ke vzniku tlustějších stěn SiO₂ kolem nanočástic TiO₂ popr. ke změně kulovitého tvaru kompozitních prostorových útvarů na tvary oválné. Použitelné koncentrace TiO₂ jsou v rozmezí od 5 do 40 hmotn. %, zúžený interval optimálních koncentrací je mezi 25 a 35 hmotn. % TiO₂Jako neiontové povrchově aktivní látky (surfaktanty) se mohou použít látky na bázi polytetrafluorethylenu s řetězci obsahujícími 5 až 8 atomů uhlíku, které se přidají v koncentračním rozmezí od 0,1 do 20 hmotn. %, optimální hodnoty leží v intervalu mezi 1 a 10 hmotn. %. Iontové surfaktanty, kationtové nebo aniontové, se mohou přidávat v nízkých koncentracích v rozmezí 0,001 až 2 hmotn. %, optimální interval je mezi 0,005 a 1 hmotn. %.

Jako pufry se použijí soli silných kyselin a slabých zásad resp. slabých kyselin a silných zásad. Přídavkem pufru se pH suspenze může nastavit mezi body nulového náboje použitého oxidu křemičitého pH_zpc (SiO₂) a oxidu titaničitého pH_zpc(TiO₂). Optimální interval hodnot pH leží v rozmezí (pH_zpc (SiO₂) + pH_zpc (TiO₂)) / 2 ± 1.

Kromě míšeni koloidních suspenzí nanočástic TiO₂ a SiO₂ lze kompozitní soustavy připravit s použitím jejich práškových forem, např. vmícháním prášku tvořeného neaglomerovanými nanočásticemi TiO₂ do alkalicky stabilizované suspenze nanočástic SiO₂. Povrch neaglomerovaných nanočástic TiO₂ je totiž i v práškové formě zbytkově protonován, což nanočásticím TiO₂ dává celkový kladný náboj. Díky němu pak v prvotní fázi suspendování prášku dochází k asociaci uvolňovaných

-6kladně nabitých nanočástic TiO₂ se záporně nabitými nanočásticemi SiO₂ za vzniku požadovaných kompozitních prostorových útvarů.

Příklady aplikaci

Široké možnosti praktického použiti nové kompozitní soustavy budou ilustrovány třemi příklady jejích aplikaci v oblasti nátěrových hmot, ošetření textilii a povrchové úpravy tuhých materiálů s rozdílnou porózitou. Ve všech těchto případech jsou základem kompozitní suspenze obsahující nanočástice oxidu titaničitého a oxidu křemičitého. Při jejich přípravě se typicky vychází z vodné alkalicky stabilizované suspenze nanočástic SiO₂, do níž se vmíchají nanočástice TiO₂ ve formě prášku. Množství a vzájemné poměry obou komponent případně další přísady se volí podle zamýšlené aplikace. Při dlouhodobém skladování kompozitní suspenze může docházet k jejímu gelovatění, čemuž se zabrání přídavkem alkalického pufru, udržujícího hodnotu pH nad 8,2.

Připravenou kompozitní soustavu lze přidávat do různých nátěrových hmot za účelem zlepšení jejich užitných vlastností (potlačování pachů fotokatalytickou oxidativní degradací těkavých organických sloučenin, snižování koncentrace oxidů dusíku v ovzduší, získání desinfekčních účinků popř. též samočisticích schopností aj.) Aplikace je možná pro nátěrové systémy ředitelné jak vodou, tak i různými organickými rozpouštědly a týká se rovněž vosků popř. laků na bázi vyšších uhlovodíků (parafinů) či mastných kyselin (olejů).

Pro aplikaci do nátěrových hmot ředitelných vodou je typickým příkladem kompozitní soustavy vodná suspenze obsahující 10 g/l nanočástic TiO₂, 40 g/l nanočástic SiO₂(nejběžněji o střední velikosti 9 nm a měrném povrchu BET 300 m²/g) a 0,4-0,5 g/l vhodné neiontové polyfluorované povrchově aktivní látky. Následné přidání tohoto surfaktantu zvýší stabilitu připravené kompozitní suspenze, zlepší kompatibilitu vzniklých kompozitních prostorových útvarů s organickými pojivý nátěrových systémů, čímž zároveň potlačí jejich případnou fotokatalytickou degradaci, která by se projevila křídováním nátěru a vedla ke zkrácení jeho životnosti. Pro zvýšeni antibakteriálního účinku může být přidán rutil (5-20 g/l), tj. nefotoaktivní forma oxidu titaničitého, s povrchově deponovanými ostrůvky elementárního stříbra popř. nerozpustné stříbrné soli. Do nátěrové hmoty se typicky vmíchá 1 až 5 hmotn. % kompozitní suspenze, přičemž pro 3 hmotn. % se fotoaktivita nátěru, testovaná

- 7pomoci fotokatalytické oxidace oxidu dusnatého (norma ISO 22197-1), již zpravidla blíží maximální limitní hodnotě.

Za účelem ošetřeni textilií se používají koncentrovanější kompozitní suspenze s typickým obsahem 100 g/l nanočástic TiO₂, 200 g/l nanočástic SiO₂ a 4-5 g/l vhodné neiontové polyfluorované povrchově aktivní sloučeniny. Pro nanášení sprejováním je vhodné zlepšit mechanické vlastnosti suspenze přídavkem dalších složek typu emulgátoru (20 g/l), dispergátoru (40 g/l) popř. tužidla (80 g/l). Antibakteriální efekt lze docílit, podobně jako v případě nátěrových hmot, přídavkem rutilu (5-20 g/l) s povrchově deponovaným stříbrem nebo jeho nerozpustnou solí. Jeden litr kompozitní suspenze postačí k povrchovému ošetření cca 20 m² textilních materiálů.

Pro povrchovou úpravu tuhých materiálů (kámen, beton, keramika apod.) se v závislosti na stupni jejich porózity obecně používají dva typy kompozitních soustav. V případě málo porézních nevsákavých povrchů obsahuje typická kompozitní suspenze 10 g/l nanočástic TiO₂, 30 g/l nanočástic SiO₂ (nejvhodněji o střední velikosti 45 nm a měrném povrchu BET 100 m²/g) a 10 g/l vhodné neiontové polyfluorované povrchově aktivní látky. Jeden litr kompozitní suspenze postačí k povrchovému ošetření plochy přibližně 20-25 m². Pro porézní vsákavé povrchy jsou vhodnější koncentrovanější kompozitní suspenze, např. s obsahem 30 g/l nanočástic TiO₂, 120 g/l nanočástic SiO₂ (nejlépe o střední velikosti 30 nm a měrném povrchu BET 300 m²/g), 30 g/l vhodné neiontové polyfluorované povrchově aktivní látky a navíc též 1 g/l vhodné iontové polyfluorované povrchové aktivní látky, která usnadní průnik kompozitních prostorových útvarů do hloubky pórů. Jeden litr této kompozitní suspenze postačí k povrchovému ošetření plochy ca 6-10 m².

Průmyslová využitelnost

Hlavní využití tohoto vynálezu je při povrchových úpravách různých materiálů za účelem dosažení jejich samočisticích vlastnosti a hygienických účinků, které vykazují vrstvy tvořené nanočásticemi fotokatalyzátoru. Tyto materiály zahrnují nátěrové systémy, plasty, betonové zboží, textilie, materiály na bázi celulózy (dřevo, papír) apod. Vynález je využitelný nejenom k fotokatalytické oxidativní mineralizaci usazených organických látek a mikroorganismů, ale také molekul obsažených v okolním ovzduší, např. těkavých organických látek (pachů) a některých anorganických plynů (oxidů dusíku).

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob vytváření kompozitní soustavy s fotokatalytickou funkcí, sestávající z fotokatalyzátoru a pojivá, kde fotokatalyzátorem jsou neaglomerované nanočástice TiO₂, nedopovaného nebo dopovaného, suspendované ve vodě nebo ve směsi vody s organickými rozpouštědly, popřípadě ve formě práškového materiálu, a kde pojivém jsou nanočástice SiO₂ ve formě stabilizované vodné suspenze, vyznačující se tím, že syntéza této kompozitní soustavy je založena na rozdílu bodu nulového elektrického náboje (pH_zpc) nanočástic SiO₂ a TiO₂, kde přídavkem pufru do rozpouštědla se nastaví takové hodnoty pH, že nanočástice TiO₂ jsou nabity kladně, zatímco nanočástice SiO₂ záporně, a kde volbou poměru koncentrací nanočástic obou druhů po smícháni jejich suspenzí, případně vmícháním práškové formy nanočástic TÍO₂ do stabilizované vodné suspenze nanočástic SiO₂, se působením rozdílných elektrických nábojů nanočástic SiO₂ a TiO₂ nanočástice TÍO₂ obklopí stěnou nanočástic SiO₂, které po vzájemném kontaktu aglomeruji do mechanicky stabilní obalové slupky výsledných kompozitních prostorových útvarů.
2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že do soustavy se dále přidají polyfluorované povrchově aktivní látky, nepodléhající fotokatalytické oxidativní degradaci.
3. Způsob podle nároku 2, vyznačující se tím, že povrchově aktivní látky mají kationtovou, aniontovou či neiontovou povahu.
4. Způsob podle některého z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že nanočástice TiO₂mají střední velikosti v rozmezí od 5 do 3000 nm a koncentrace v rozmezí od 5 do 40 hmotn. %, s výhodou mezi 25 a 35 hmotn. % TiO₂, a nanočástice SiO₂ mají střední velikosti v rozmezí od 5 do 50 nm a koncentrace v rozmezí 10 až 55 hmotn. %, s výhodou od 30 do 45 hmotn. % SiO₂.
5. Způsob podle některého z nároků 3 až 4, vyznačující se tím, že neiontovými povrchově aktivními látkami jsou látky na bázi polytetrafluorethylenu s řetězci

-9obsahujícími 5 až 8 atomů uhlíku, které se přidají v koncentračním rozmezí od 0,1 do 20 hmotn. %, s výhodou v intervalu mezi 1 a 10 hmotn. %.
6. Způsob podle některého z nároků 3 až 4, vyznačující se tím, že iontové, kationtové nebo aniontové povrchové aktivní látky se přidávají v nízkých koncentracích v rozmezí 0,001 až 2 hmotn. %, s výhodou mezi 0,005 a 1 hmotn. %.
7. Způsob podle některého z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že jako pufry se používají soli silných kyselin a slabých zásad nebo slabých kyselin a silných zásad, přičemž přídavkem pufru se pH suspenze nastavuje mezi body nulového náboje pH_zpc použitých nanočástic SiO₂ a nanočástic TiO₂.
8. Způsob podle nároku 7, vyznačující se tím, že interval hodnot pH pro vznik kompozitních prostorových útvarů je v rozmezí (pH_zpc (SiO₂) + pH_zpc (TiO₂)) / 2 ± 1.
9. Kompozitní soustava, vytvořená podle některého z nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že se přidává do výrobků, vybraných ze skupiny, zahrnující nátěrové systémy, výrobky s tuhými minerálními povrchy zahrnující kámen, beton a keramiku, dále plasty, textilie a materiály na bázi celulózy zahrnující dřevo a papír.