TW200422106A - Photo-catalyst-coated air-cleaning fluorescent lamp and method for producing the same - Google Patents

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Description

200422106 五、發明說明（1) [發明所屬之技術領域] ， 本發明是在日光燈管外塗佈具螢光劑功效之二氧化鈦 銳鈦礦（Ti02 Anatase)溶膠光觸媒材料，該日光燈點亮用 •丨 於照明時，並可清淨環境空氣，以達除臭消煙、殺菌抑 · 菌，因該二氧化鈦銳鈦礦（Ti02 Anatase)溶膠鍵膜具螢光 劑功效，可提高原曰光燈管照明亮度。日光燈有傳統直管 式、圓管式曰光燈，目前為使用方便有卷管式及U型管式 等，配合點燈器整體結構或立即點燈技術，使日光燈使用 更普遍且多元化。目前日光燈主要且唯一功能在照明，本 發明主要在開發二氧化鈦銳鈦礦（T i 02 Ana t a s e )溶膠，在 日光燈玻璃管外鍍膜，如此使得日光燈在使用時，可保持 _ 或提高原曰光燈管照明亮度之功效，同時具空氣清淨功 效，此功效包括除臭消煙，廢氣分解、殺菌抑菌、自清保 持照度等。 本發明將開發之二氧化鈦銳鈦礦（Ti〇2 Anatase)溶 膠’如酸性二氧化欽銳鈦礦（T i 0 2 A n a t a s e )及驗性二氧化 鈦銳鈦礦（Ti〇2 Anatase)溶膠及添加用中性H4Ti04溶膠，都 採用鈦醇鹽為原料製得。所用之日光燈有一般日光燈、三 波長日光燈及高頻日光燈等，在日光燈外型結構有直管 式、圓管式、U型管、卷管式及雙層管等。各式曰光燈二 氧化鈦銳鈦礦（T i 02 An a t a s e)溶膠鍍膜，採用浸鍍法製籲 作；直管式日光燈採用鍍膜架雙頭固定，其他外型日光燈 以單頭固定於鍍膜架上’以鍍膜機進行二氧化鈦銳鈦礦 -(Ti02 Anatase)溶膠鍍膜，再進行烘箱1 50〜2 5 0 °C烘烤製 -
第5頁 200422106
本發明製得之光觸媒鍍膜空氣清淨日光燈，進行光 媒鍍膜空氣清淨功效量測，較以往非結晶Ti〇2溶膠鍍膜， t ^0 :九？結製作之光觸媒鍍膜日光燈效率高，可有效清 >尹裱燒二氣，以達除臭消煙、殺菌抑菌之目地。且因本 明製作之燈管外二氧化鈦銳鈦礦（Ti〇2 Anatase)鍍膜且螢 光劑功效，吸收日光燈發出少量紫外線轉為可見光，不但 自清且因而增加原日光燈照明亮度。 [先前技術] 光觸媒材料用於空氣清淨及廢氣處理，在近年被重
視’早期有 Gregory B· Roupp & Lynette A· Dibble ，
Arizona State University 美國專利 5, 045, 288; Jeffrey G· Sczechowsk i et al., ^ University of Colorado，美國專利 5,439,6 52; Will i am A. Jacoby & 1)&11131%.81&1^，美國專利5，449，443;2116115^11211811运 & James R. Feblner， Inrad.，美國專利 5，468，699; Franz d* Oeste， Olga Dietrich Neeleye，美國專利5, 480 ,524等，上述專利原出自於廢氣處理，故基本上在一 密閉反應器内，不論是顆粒觸媒或鍍膜觸媒顆粒，在使用 或操作時都需要複雜之設備來處理。
上述光觸媒廢氣處理設備，無法有效處理生活環境之 廢氣，而 Michael K. Robertson & Robert Β·
Henderson, Nutech Energy System Inc· ’ 美國專利 4，9 8 2，7 1 2採用纖維為光觸媒載體，配合包覆於紫外燈管
第6頁 200422106 五、發明說明（3) 外，裝置於玻璃或金屬套筒反應器中，進行廢氣廢水處 理’因其反應器為密閉型，流體流動須借泵浦強迫對流， 4 故對生活環境使用時不方便。 / 因此開放式光觸媒紫外燈亦被開發，早期在螢光燈管 · 外直接進行光觸媒鍍膜用於空氣清淨有 Hiroshi Taoda and Watanabe 美國專利 5, 6 5 0, 1 26 及 5, 6 7 0, 2 0 6。而我們亦 開發在紫外燈管外，包覆光觸媒鍍膜玻璃纖維布或套管， 提高光觸媒清淨空氣效率1 〇倍獲得美國專利6，丨3 5，8 3 8及 6，3 3 6，9 9 8。因紫外燈非用於照明，故使用時不甚普遍。 因此開發在一般日光燈管外進行光觸媒鍍膜，使用光觸媒 鍍膜日光燈用於照明，同時可清淨空氣，由Ichikawa ®
Shinichi 、 Furukawa Yashinori 、 Azuhata Shigeru 美國 專利6，0 2 4，9 2 9 提出之在日光燈管外採用溶凝膠技術以 Ti〇2溶膠及Fe2〇3溶膠進行鍍膜後加溫烘烤至5 0 0。(：及6 0 0 °C 得AnataseTi02及α -Fe203鍍膜，具有可見光光觸媒功效， 但因該項技術是採用非結晶態T i 02溶膠鍍膜，因此需要經 過5 0 0 °C燒結才得到A n a t a s e T i 0 2結晶鍍膜，因5 0 〇 °C燒結 使得Anat ase T i 〇2結晶過於緊密，故鍍膜背面被燈管内部 之光照射產生電子洞對，無法有效遷移到光觸媒正面與空 氣中有機或無機廢氣作用，其光觸媒空氣清淨效果差。故 其添加- Fez。3，其目的是借Anatase Ti〇2光觸媒作用將 籲 a-Fe203之Fe3+還原成Feg+ ，再以Fez+進行空氣中有機或無 機氣體之氧化還原分解反應。 .
Akira Kawakatsu and Kanagawa-ken 美國專利
第7頁 200422106 五'發明說明（4) 6, 242, 8 62 B1，採用二氧化鈦銳鈦礦（Ti〇2 Anatase)奈米 微粒粉體分散於含醇類溶劑中，因其二氧化鈦銳鈦礦（T i 〇2 . Anatase)奈米微粉是經高溫燒結製得，雖經醇溶劑分散， 1 微粒表面-0 Η氳氧基很少，於螢光燈管表面鍍膜附著性差 -。故需再添加無機膠合劑如 Silane coupling Agent石夕 烷偶合劑、Si〇2溶膠、Ti〇2溶膠或Al2〇3溶膠等，製得之二 氧化鈇銳鈦礦（Ti02 Anatase)奈米微粉分散混成漿液或溶 膠，進行日光燈鍍膜。因添加各式無機膠合劑都會將光觸 媒表面部份或全部覆蓋，因而降低空氣、水氣及空氣中有 機氣體或無機氣體與光觸媒材料接觸機會，使得光觸媒鍍 膜日光燈空氣清淨之功效大幅降低。該專利為提高二氧化 _ 鈦銳鈦礦（Ti〇2 Anatase)奈米微粉鍍膜附著性，在日光燈 管表面進行複雜之非平滑或坎孔式覆膜前製程，再於坎孔 中以二氧化鈥銳鈦礦（Ti02 Anatase)奈米微粉之分散混成 漿液或溶膠填孔式覆膜，如此更降低光觸媒鍍膜日光燈空 氣清淨之功效。 [發明内容] 、 故本發明開發在溶液中製備A na t a s e T i 02結晶微粒溶 膠，該微粒粒經< 20nm。因 Anatase Ti02溶膠是在以水為 主之溶液中製得An a t a s e T i 02奈米結晶微粒，表面皆為 - 0H氫氧基，表面活性極高。使用 Anatase Ti〇2溶膠鍍⑩ 膜，祇需經低溫（1 0 0〜2 5 0 °C )烘烤，去除有機溶劑及有機 添加劑，即可得奈米多孔之Anatase Ti02堅固鍍膜。 因Anatase T i 02溶膠粒徑<2 Onm，其初級粒子達1 · 〇nm等級
第8頁 200422106 五、發明說明（5) 咖=ΐ 1米材料之特性’使得Anatase Ti〇2在可見光範圍 八光觸媒效果。且因不需高溫燒結，得奈米多孔之 T102鍍膜，可供空氣及有機或無機氣體擴散到光 =媒鍍，内部，更接近光源照射光觸媒鍍膜背面；或使燈 1内"卩i ί照射產生電子洞對，可有效遷移到光觸媒鍍膜 表面，提高光觸媒分解廢氣、清淨空氣及殺菌抑菌之功 效。 上項開發之Anatase Ti〇2溶膠鍍膜日光燈，基本是靠 Anatase Τι〇2粒徑進入奈米等級後，光觸媒作用產生量子 化、，降低導電能階與反應物能階間活化能，此活化能最高 可達0· 8eV，因粒徑小其活化能可小於〇· 5eV，如此減低〇· 3eV活化能，使原38 5]1111紫外線才可作用之光觸媒在425nm 可見光下即可產生光觸媒作用，預期最低可在512nm可見 光下產生光觸媒作用。 本發明開發之T i 02 A n a t a s e結晶微粒溶膠，於各式日 光燈管表面進行二氧化鈦銳鈦礦（Ti〇2 Anatase)結晶微粒 溶膠鍍膜，發現該日光燈在點燈使用時，較未進行T i 〇 Anatase結晶微粒溶膠鍍膜前原日光燈管照明亮度提高約 1 · 0%。故研判本發明開發之T i 〇2 Anatase結晶微粒溶膠於 日光燈管鍍膜後具螢光劑之功效。因大部份日光燈採用之 螢光劑在真空燈管内壁，受水銀蒸汽及惰性氣體因自由電 子激發產生高能階紫外線，照射於燈管内壁螢光劑後，激 發之螢光中含有少量近紫外線（U V A );或水銀蒸汽及惰性 氣體因自由電子激發產生少量之低能階紫外線（UV A)，盔 $\%\
200422106 五、發明說明（6) 法被螢光劑吸收。此近紫外線（UVA)透過玻璃燈管照射出 來，如第四圖所示為一般日光燈螢光光譜，第五圖所示 為三波長日光燈螢光光譜圖，在UV365nm(UVA)皆有少量紫 外線螢光發出，而此少量近紫外線（UVA)被Ti02 Anatase結 晶微粒溶膠鍍膜吸收，產生光觸媒作用。此時若光觸媒^ 用無足夠之有機氣體或無機氣體供光觸媒反應，消化吸 收之近紫外線（UVA)能量，既可能產生螢光現象放出可見 光螢光，以致提高Ti〇2 Anatase結晶微粒溶膠鍍膜日光燈 之照明亮度。
光觸媒鍵膜空氣清淨日光燈，採用二氧化鈦銳鈦礦 (Ti〇2 Anatase)溶膠，於各式日光燈管表面進行溶膠鍍膜 製作，不但可供照明，亦可處理環境空氣中廢氣，且除 臭、有機及無機廢氣之分解，並具殺菌抑菌、燈管表^自 清、提高照明保持亮度之功效。 [實施方式] 本發明採用溶凝膠技術製備含酒精溶液之二氧化鈦半 ，體銳鈦礦奈米結晶微粒（Ti〇2 Anatase)溶膠，簡稱為二 軋化鈦銳鈦礦（Ti 02 Anatase)溶膠於玻璃、陶瓷、碳材、 於，膠及纺織品等表面進行光觸媒鍍膜，經室溫空 t 溫a(1〇〇-25〇t)烘烤，即可得光觸媒鍍膜材 力之貴金…過渡金屬，，二氧化鈦銳廣 sm:可用於鍍⑱，亦可在二氧化鈦銳鈦礦 (2 nataseh谷膠鍍膜後，再含浸或塗佈含貴金屬鹽或
200422106 五、發明說明（7) 過渡金屬鹽之溶液，在1 0 〇 〇c以上烘乾即可。 照明用日光燈鍍光觸媒時，為保持照度，需要有最高 之可見光透率，添加貴金屬或過渡金屬氧化物之量為二氧 化鈦銳鈦礦（T i 〇2 Anat ase )之0 · 1 wt %以下，否則會產生明 顯奈米金屬在可見光具吸收現象，降低日光燈照明效果。 本發明所開發之二氧化鈦銳鈦礦（Ti〇2 Anatase)因粒徑 小，鍍膜為奈米多孔結構，產生之量子效應，故在可見光 戶、?'射下亦有光觸媒效果。故不需添加貴金屬或過渡金屬氧 化物，對可見光可充分發揮照明效果，亦可產生可見光觸 媒效果。 (一）Anatase溶膠製備 本專利開發之二氧化鈦銳鈦礦（Ti 02 Anatase)微粒溶 膠製備技術，採用鈦醇鹽T i ( 0 R ) 4為原料，可用之鈥醇鹽 有甲醇鈥、乙醇鈥 '正丙醇鈥、異丙醇鈦、丁醇鈦、2 - 丁 醇鈦等。因二氧化鈦銳鈦礦（Ti02 Anatase )微粒在酸性 ΡΗ<2· 5及鹼性PH > 7· 0穩定性良好，故有酸性二氧化鈦 銳鈥礦（Ti02 Anatase )溶膠及鹼性二氧化鈦銳鈦礦 （ Ti02 Anatase )被開發成功。因二氧化鈦銳鈦礦（T i 02 Anatase)微粒溶膠，粒徑要小於2〇nm在製備時需配合螫合 劑’使二氧化鈦銳欽礦（T i 0 2 A n a t a s e )微粒溶膠，粒徑可 至少80%控制於l〇〇nm以下。常採用無機酸及無機鹼調整 PH，進行水解後膠體解膠，為控制溶膠微粒形成之粒徑常 採用有機酸及有機鹼調整PH 。有機酸為RC00H，有機鹼有 R4N0H四級銨、NR3三級胺兩類，亦常採用強螫合劑如：CH3 200422106 發明說明（8) coch2cor有機酸丙酮 、rch(nh2)cooh 胺基酸 、 H00CCH(R)C00H琥珀酸及rc6H3(0CH3)0H香醇。其用量為 Ti (0R)4摩爾比0· 01〜1· 0。使用時機在Ti (〇{〇4未水解時 與之反應，大都產生反應生成Ti (OR)4-SCA，SCA為強螯 合劑（Strong Che 1 ate Agent )之簡稱，再加入水中 或含醇之水溶液中水解得—SCA，因螯合劑添 加量小於Ti(OR)4摩爾量，水解後所得^^⑷心…與！^ Ti〇[(3-x)/2ix] -SCA 混合成膠體。亦可直接將Ti (0R)4加入水 中得HyTiO[(4_y)/2+y]膠體，再添加螯合劑，形成HyTi〇[(4… - SCA膠體。 y + 上述不論是 HyTiO[(4_y)my]與 HxTiO[(3_x)/2+x]-SCA 混合膠體 _ 或HyTiO[(4_y)/2+y「SCA膠體，簡稱為Ti02-SCA膠體。為配合二 氧化鈦銳鈦礦（Ti〇2 Anatase)微粒溶膠製備，先以酸或鹼 調整PH，採用之酸有HNO3、HC1、HF等水溶液，調整膠體聚 液ΡΗ<2·5 。採用之驗有NH3或NH4〇H等水溶液，使其 ΡΗ>7· 0。部份Ti〇2膠體調整PH後都開始解膠，但大部份需 經加溫後快速解膠，解膠後Ti02膠體會產生結晶態微粒。 為得二氧化鈦銳鈦礦（T i 〇2 An a t a s e )微粒結晶需在解膠 後’繼續昇高溫度達l〇〇°C以上，熱浴得二氧化鈦銳鈦礦 (Ti02 Anatase )微粒溶膠。所得二氧化鈦銳鈦礦（Ti〇2 Anatase)粒徑大小與螯合劑種類及用量有關，亦與解膠及籲 熱 >合時攪拌分散技術有關，採用高效率之攪；拌技術可降低 二氧化鈦銳鈦礦（Ti 〇2 Anatase)微粒溶膠之粒徑。熱浴時 度及時間都與二氧化欽銳欽礦（T i 0 2 A n a t a s e )產率有
第12頁 200422106 五、發明說明（9) 關，溫度愈高或時間愈長二氧化鈦銳 晶結構愈^。熱浴溫度最高可達25代（ 愈南或時間愈長，結晶成長愈大，其 -7度 。各種螯合劑及其用量盥ΡΗ條侔右關 ^ 1會大於l〇〇nm 埶、、序，推…丨'與”條件有關，可選擇適當之PH及 …/口飢度進仃1小時至7天之熱浴， (Ti02 Anatase)溶膠。 乳化鈦銳鈦礦 二氧化鈦銳鈦礦（Ti〇2 Anatase)溶膠一般 在日光燈玻璃管外浸鍍法铲膜日丰，田t K 液 盎搵主κ m a丄 鍍膜時因水在玻璃表面揮發速 舰又 义 ^ ，故二氧化鈦銳鈦礦（T i 〇2 Ana t ase )溶 二不易均勻附著於燈管表面。本發明採用之二氧化鈦銳鈦 礦（JiO2 Anatase)溶膠，不論為酸性或鹼性製程所得，因 一 ^化欽銳鈦礦（Ti 〇2 Anatase)粒徑<20 nm，其表面積大， 故提高二氧化鈥銳鈦礦（Ti〇2 Anatase)溶膠之鍍膜性，在 浸鍍時y均勻塗佈於燈管表面。本專利亦採用醇溶劑，添 加於=氧化献銳欽礦（Ti〇2 Anatase)溶膠；或含醇之水溶 液^得二氧化鈦銳鈦礦（Ti〇2 Anatase)溶膠，醇含量與水 重量比小於5 0 wt% ，用以改進二氧化鈦銳鈦礦（T i 〇2 A n a t a s e )溶膠鍍膜性及附著性。 ^ 同時本專利開發Ujih溶膠製備技術，H4Ti〇4溶膠製備 採用欽醇鹽Ti (OR)4為原料，可用之鈦醇鹽有甲醇鈦、乙醇 欽、正丙醉鈦、異丙醇鈦、丁醇鈦、2 _ 丁醇鈦等，緩緩加 入水中，用水量與鈦醇鹽摩爾比為1 〇 〇〜1 〇 〇 〇倍，攪拌水 解’如前所述得HyTiO[(4_y)/2+y]膠體漿液。上述漿液經過濾水 洗’再過濾得HyTiO[(4_y)/2+y]膠體，再將HyTi〇[(4_y)/2+y]膠體加
第13頁 200422106 五、發明說明（ίο) 入水中攪拌分散，用水量與鈦醇鹽摩爾比為1 〇 〇〜1 〇 〇 〇 倍’此HyTiOtAM+y]膠體毅液以冰水冷卻低於4.0°C，緩緩 加入H2〇2(3 3 wt%)水溶液，H202用量與鈦醇鹽摩爾比為4. 0 ’使 HyT i 0[(4_y)/2+y]水洛液丨皿度不超過 6 ，待 HyT i 0[(4-y)/2+y] 於水中完全溶解為HJiO4溶膠，呈土黃色透明水膠。為實 用需要可將H4Ti04濃度調整為1· 〇wt% ，以pp塑膠桶透氣貯 存於4 °C冰箱内備用，簡稱為H4T i 04溶膠。 採用H4T i 04溶膠加入二氧化鈦銳鈥礦（τ i 02 Ana t as e ) 溶膠時，H4Ti04添加量與二氧化鈦銳鈦礦（Ti〇2 Anatase)重 量比為0〜10%，添加時二氧化鈦銳鈦礦（Ti〇2 Anatase)溶 膠需用冰水冷卻低於4 °C，授拌均勻後亦貯存於4 °C 冰箱 内備用，在二氧化鈦銳鈦礦（Ti02 Anatase)膠中摻配中性Η 4Ti04溶膠因黏度提高，在曰光燈玻璃管外鍍膜，經1〇〇〜 2 5 0 °C烘烤，不會降低二氧化鈦銳鈦礦（Ti02 Anatase)鍍 膜孔隙度，但可提高二氧化鈦銳鈦礦（T i 〇 2 A n a t a s e )鍍膜 厚度、附著性及堅固度。 經過上述方法製得之二氧化鈦銳鈦礦（Ti02 Anatase) 溶膠，在FT-Raman分析其Raman shift光譜如第二圖所 示。以二氧化鈦銳鈦礦（Ti02 Anatase)20wt%溶膠液體直接 量測，1060 nm 雷射 750mW照射，得 Raman shift 204 cjiT1、3 9 8 cnf1、5 1 5 cjiT1 及 6 3 8 cjiT1 有分離性高，強度大的 波峰，幾乎與固體二氧化鈦銳鈦礦（Ti02 Anatase)粉末之 Raman shift光譜圖第一圖一致。且在DLS雷射粒徑分析其
第14頁 200422106 五、發明說明（11) 粒徑分佈在ΙΟηιη左右，如第三圖所示，至少8〇%為2〇奈米 以下之二氧化鈦銳鈦礦（T i 〇2 An a t a s e )結晶粒。以目前所 付各式二氧化鈦銳鈦礦（T i 〇2 A n a t a s e )溶膠，品質佳光觸 媒功能強之二氧化鈦銳鈦礦（Ti〇2 Anatase)溶膠，用在相 同曰光燈管外鍍膜，鍍膜厚度相同時，可見光光觸媒分解 廢氣能力最強。 、 (二）日光燈光觸媒鍍膜 本發明所開發之二氧化鈦銳鈦礦（Til Anatase )溶 膠，不論其為酸性或鹼性，其粒徑皆小於2 〇ηιη，配合含$ 類〉谷液製備之一氧化欽銳敛礦（T i 0 2 A n a t a s e )或製備二氧 化鈥銳鈦礦（Ti〇2 Anatase)水溶膠添加適量之醇類溶膠， 使二氧化鈇銳欽礦（Ti〇2 Anatase)溶膠於玻璃鍍膜對玻璃 之濕潤性良好，可得均勻之二氧化鈦銳鈦礦\ Ti〇 Anatase)鍵膜’因此更利用此性質，對二氧化鈦銳鈦礦2 (Ti〇2 Anatase)溶膠日光燈管外進行光學等級鍍膜，提高 光觸媒鍍膜品質。為提高光觸媒鍍膜厚度、附著性及堅固 度，可在二氧化鈦銳鈦礦（Ti〇2 Anatase )溶膠中添加H 4Ti04溶膠。 曰光燈管玻璃折射率約ι·52，二氧化鈦銳鈦礦（Ti〇2 Anatase )折射率約2·2 ，因在二氧化鈦銳鈦礦（T i 〇2
Anatase )在溶膠中為完整之結晶結構，因此在鍍膜堆疊之 孔隙度大，且烘烤不致降低太多孔隙度及孔徑，以粒狀微 粒自然堆疊其空隙度約3 7 · 5 %〜5 0 % ，因而二氧化鈦銳鈦 礦（TiO2 Anatase)溶膠鍍膜膜層折射率約} 6〜工75，甚
第15頁 200422106 五、發明說明（12) 至與玻璃折射率相當。 日光燈進行二氧化鈦銳鈦礦（Ti〇2 Anatase)溶膠鍍膜 · 程序’可在日光燈管製作程序前清玻璃管或日光燈成品製， 作:採用日光燈之清玻璃管製作，是在玻璃管完成切割熔 ， 邊後’兩端封套，以夾具垂直浸鍍於溶膠令，再等速拉升 出溶膠槽，鍍膜後玻璃管退出兩端封套，進行1 5 〇〜2 5 0 °C 烘烤1 0〜6 0分鐘，烘烤可利用日光燈製作程序之烘烤設備 烘烤，若需避免鍍膜機械磨損，可在玻璃管兩端為夾具或 高溫傳輸輪接觸處。採用成品日光燈鍍膜，可在日光燈 兩端紹帽上加封套，以夾具垂直浸鍍於溶膠中，再等速拉 升出溶膠槽’進行1〇〇〜250 °C烘烤，30〜60分鐘，烘烤可_ 採用批式或連績洪箱供烤。 二乳化鈦銳鈦礦（T i Ο〗 Ana t ase )溶膠於日光燈玻璃管 外鍍膜，其鍍膜厚度控制及鍍膜均勻性掌握，除需控制浸 錢機等速拉升不可振動，空氣溫濕度及清淨度控制亦需掌 握。鍍膜速度控制若在30cm/min，可調整二氧化鈦銳鈦礦 (Ti〇2 Anatase)溶膠濃度，使其鍍膜厚度達所需厚度，鐘 膜厚度控制由完成烘烤之鍍膜厚度為依據。進行鍍臈升$ 速度之彳政5周。製付一氧化欽銳鈦礦（T i 〇2 A n a t a s e )溶膠鐘 膜日光燈’其結構如第七圖A所示’包括二氧化鈦銳鈦礦 (Τί02 Anatase)溶膠鍍膜10，日光燈玻璃管2〇 ，螢光劑鍵· 膜3 0等等。第七圖B為光觸媒鍍空氣清淨日光燈工作原^ 示意圖。 大部份日光燈採用螢光劑在真空燈管内壁塗佈，當日
第16頁 200422106 五、發明說明（13)
光燈點時，受熱電極在真空狀態產生電子雲，該電子雲受 兩電極間電壓與頻率震盪，與日光燈真空管内水銀蒸氣或 惰性氣體碰撞激發紫外線及少量可見光，主要紫外線有 365nm(UVA) 、 315nm(UVB) 、 254nm(UVC) 、 184nm(UVD)，可 見光有 400〜500nm(藍光）、500〜600nn(綠光）、600〜 6 5 Onm (紅光），水銀蒸氣及惰性氣體因自由電子激發產生 之紫外線強度以UVA、UVB、UVC、UVD表示，激發產生之可 見光強度以V i s B、V i s G、V i s R表示。當紫外線與可見光照 在管内壁上螢光劑，不同螢光劑吸收UVA ' UVB、UVC或UBD 後產生不同螢光，主要為可見光VisB、VisG及VisR。其中 可見光部份及未能被螢光劑吸收之紫外線，透過日光燈管 玻璃時再被玻璃吸收，紫外線強度大量降低為UVA，及 UVB’，其中UVB’強度幾近於無。因螢光劑產生大量可見光 螢光與原水銀蒸氣或惰性氣體碰撞激發之少量可見光螢光 混合，透過日光燈管玻璃，可見光強度大量提高為 VisB’、VisG’、及 VisR’ ，用於照明。因 VisB’、VisG，及 VisR’光譜與強度關係，產生色溫與亮度之不同。visg，、 VisG’及VisR’可見光與極少量UVA，近紫外線透過日光燈管 玻璃’照在二氧化鈦銳鈦礦（T i 〇2 An a t a s e )艘膜上被二氧 化鈦銳鈦礦（Ti〇2 Anatase)吸收，視二氧化鈦銳鈦礦（Ti〇 Anatase)結構及光觸媒能力，部份少量之UVA’近紫外線及2 可見光V i sB’被吸收產生光觸媒作用及螢光作用。因此光 觸媒鍍膜空氣清淨曰光燈，發出可見光強度為v i sBn、 V i s Gπ及V i s R ’’ ，剩餘少量UV A ’’近紫外線。其螢光作用因
第17頁 200422106 五、發明說明（14) 二氧化鈦銳鈦礦（Ti02 Anatase)光觸媒作用，產生電子洞 對進行空氣清淨氧化還原反應’若吸收之紫外線產生之電 子洞對若無法即時與有機氣體或無機氣體產生光觸媒作 ’， 用，電子洞對再結合時產生可見光螢光。 ， (三）光觸媒鍍膜空氣清淨日光燈製作程序與設備 曰光燈製作目前採用鈉鈣玻璃，經熱熔抽管後切割固 定長度，供曰光燈製作，曰光燈製程是將玻璃管經清洗' 烘乾，上螢光劑塗裝機，螢光劑配料除無機螢光劑，尚添 加無機結合劑及有機分散劑等，配合有機溶劑，製備成螢 光劑漿液，自塗裝機上端注入玻璃管内部，流乾後在玻璃 管内塗裝一層螢光劑。塗佈螢光劑之玻璃管置入連續燧道 ® 爐燒烤，4 0 0〜6 0 0 °C，將有機物及水份去除，並使螢光劑 穩定附著在燈管内壁，形成不透明白色螢光劑塗層。 再將此塗佈螢光劑玻璃管進行兩端熔接電極，此電極 是以導線夾鎢絲與熔接玻璃製成，留下玻璃抽氣玻璃管， 利用抽氣玻璃管抽真空，注入定量水銀及惰性氣體（A r 或He等），以熱熔法封口， 組裝燈帽完成製作。目前曰光 燈種類繁多，除直管型日光燈外，從外型而言就具有圓型 曰光燈、U管型日光燈、卷管型日光燈及泡管型日光燈， 因此採用二氧化钦銳鈦礦（T i 02 An a t a s e )溶膠鍍膜最恰當 方法為浸鍍法。對直管或圓型管日光燈成品或半成品（祇 _ 完成燈管製作，未進行燈帽及燈腳安裝。），對燈腳及燈 帽金屬部份可採用保護套或保護膠膜套封再進行溶膠鍍 膜，完成浸鍍後可去除保護套或保護膠膜後進行烘烤；或
第18頁 200422106 五、發明說明（15) 直接進行烘烤。對單端燈腳與燈帽之各式日光燈採浸鍍 法’祇將成品以燈座固定法，半成品以夾具固定法，倒掛 浸鍍與烘烤即可。 採用浸鍍法製作二氧化鈦銳鈦礦（Ti〇2 Anatase)溶膠 鑛膜’其鐘膜均勻具光學等級，非其他喷塗、刷塗、滚 塗、淋塗等方法可達。浸鍍法可將日光燈管固定在鍍膜架 上，鍍膜架可以多支固定一起浸鍍，為求二氧化鈦銳鈦礦 (Ti〇2 Anatase )溶膠鍍膜品質良好，鍍膜速度需低於 3 0(：111/111丨11，一支4(^日光燈全長約12〇(：：111，每支燈管浸鍍最 少需時4分鐘，若鍍膜架可同時固定1〇〇支日光燈時，完 成浸鍍每支不即3秒，對工業化大量製作亦非常容易。 本發明對直管兩端燈腳燈帽型日光燈管及其他單端燈 腳燈帽型日光燈，提出二氧化鈦銳鈦礦（Ti02 Anatase)溶 膠浸鍍方法與技術。直管兩端燈腳燈帽型日光燈，採用兩 端保護套或熱收縮膠膜將金屬燈腳及燈帽保護，避免二氧 化鈦銳鈦礦（Ti02 Anatase)溶膠沾覆，如第六圖A所示。 為直管日光燈4 0、可以兩端燈腳與燈帽使用保護套封套、 亦可為熱縮收套管封套。再將兩端保護之直管日光燈垂直 夾於鍍膜架，鍍膜架示意圖，如第八圖所示。鍍膜架採用 不銹鋼製作，頂部有掛鉤，上下為衝孔板，日光燈管可使 用保護套，亦可使用熱收縮保護膜，上板在孔上有固定燈 腳與燈帽夾具，兩板距離調整為日光燈可進出固定夾具之 距離，如此日光燈管排列固定於鍍膜架，依第八圖所示， 直管日光燈鍍膜架60可垂直裝 7x7 = 49支日光燈，亦可
200422106 五、發明說明（16) 以1 0 X1 0 = 1 0 0支方式安裝製作。
直管日光燈溶膠鍍膜，是將日光燈成品經清洗機洗 淨，去除表面油污及無機驗，因日光燈成品兩端具有燈腳 及燈帽屬金屬部份，不宜用酸鹼清洗，因此以非離子界面 活性劑水溶液刷洗，再以去離子水刷洗，最後烘烤乾燥， 此曰光燈清洗機在日光燈製作廠内之玻璃管清洗設備亦可 適用。清洗後之直管日光燈進行兩端封套，進行鍍膜架日 光燈定位排列，再將此日光燈定位之鍍膜架結合在鍍膜機
接鉤上’起動鍍膜機將整架日光燈浸入二氧化鈦銳鈦礦 (Ti〇2 Anatase)溶膠中，以穩定定速緩緩拉升，拉升速度 約3 0cm/min，在日光燈管外塗佈一層厚度均勻之二氧化鈦 銳鈦礦（Ti02 Anatase)，將底端多餘之溶膠沾除或淋乾， 送入烘箱烘烤，烘烤溫度150〜25 0 °C，烘烤時間30〜60分 鐘’即70成日光燈光觸媒鍍膜。若為提高二氧化鈦銳鈦 礦（T i 02 Ana t ase)堅固耐刮性，可採用s i 〇溶膠或hj i 0a溶 膠$曰，燈管外先行溶膠浸鍵法鍍膜，在室溫7乾"燥4後，4再 進行一氧化鈦銳鈦礦（Ti〇2 Anatase)溶膠鍍膜烘烤。各 式溶膠鍍膜厚度控制，需調整溶膠濃度及鍍膜以得 較佳鍍膜光學品質。、
單端燈腳燈帽型日光燈二氧化鈦銳鈦礦（Ti〇2 natase)溶膠鍍膜，因單端燈腳燈帽型日光燈為目前日光 ϋ品Λ勢，其外型如第六圖B、c、D之所示，第六圖8為 型曰光燈管又有單管、雙管及參管式，第 八圖C為卷管曰光燈，第六圖1)為特殊雙層曰光燈等。在二
第20頁 200422106 五、發明說明（17) 氧化鈦銳鈦礦（Ti02 Anatase)溶膠鍍膜，鍍膜架如第九圖 A、B所示，衹需在單端燈帽型日光燈鍍膜架70上固定相對 燈座且鍍膜架高度L’且其工作深度L， 將單端燈帽型日光 燈5 0，旋轉或夾入固定於燈座後，以燈管向下垂直浸泡酒 精一分鐘，去除油污與雜質，取出風乾後，再浸錢二氧 化鈦銳鈦礦（Ti02 Anatase)溶膠，送入烘箱烘烤150〜250 °C即可。因單端燈腳燈帽日光燈管長度不長，且燈管彎曲 度大’故採用浸鍍拉升速度為10〜15cm/min，使單端燈腳 燈帽型日光燈進行二氧化鈦銳鈦礦（Ti〇2 Anatase)溶膠鍍 膜，以得較佳鍍膜光學品質。 (四）發明製作實例 本發明光觸媒鍍膜空氣清淨日光燈製作技術，包括二 氧化欽銳鈥礦（Ti〇2 Anatase)溶膠製備技術及光觸媒鍍膜 曰光燈製作技術。光觸媒鍍膜日光燈製作程序，目前採用 將日光燈成，進行一乳化鈦銳鈦礦（T丨〇 2 a n a t a s e )溶狀 鍍膜，以溶膠浸鍍法於日光燈管外依二氧化鈦銳鈦礦（T& Anatase)鍍膜所需厚度進行鍍膜，經i5〇〜25(pc烘烤，/ 效。 實例 成光觸媒鍍膜空氣清淨曰光燈製作。但不排除以玻璃管1 接於管外進行二氧化鈦銳鈦礦（Ti〇2 Anatase)溶膠鍍獏， 1膜後之日光燈進行空氣中有機氣體、無機氣體分解速声 夏測，用於証明本發明光觸媒鍍膜空氣清淨日光燈之二 以鈦醇鹽為原料1 . 〇 m 〇 1 e 可用之鈦醇鹽有乙醇鈦
第21頁 200422106 五、發明說明（18) 丙龄鈦 '異丙醇鈦、丁醇鈦或甲醇鈦，加入螯合劑，螫合 劑種類有醋酸丙酮CH3C0CH2C0R、胺基酸RCH(NH2)C00H、號 拍酸H00CCH(R)C00H或香醇RCeMOCHOOH等，用量為鈦醇鹽 摩爾比0.01〜2.0，較適合摩爾0.1〜1.0，為使螯合劑^ 欽醇鹽可均勻混合反應，螯合劑可先與醇溶劑混合，可/用 之醇溶劑有乙醇、丙醇、異丙醇'丁醇、異丁醇或甲醇， 其用量與螯合劑摩爾比為1〜100倍，較適合摩爾比為^倍 稀釋’再緩緩加入鈦醇鹽中反應得Ti (〇r)3_SCa，SCA為強 螯合劑簡稱（strong chelating agen t)，再加入水中水 解，水用量與鈦醇鹽摩爾比為40〜40 0倍，較適合摩爾比 為1 0 0，水解得白色漿液，再使用無機酸滴定，所使用之 無機酸有硝酸、鹽酸、氫氟酸等，滴定後之PH於leQ〜 2. 0 ’較適合之無機酸為硝酸，在常壓下攪拌加埶，溫产 大於80°C進行解膠呈透明態，再提高熱浴溫度，高壓下^ 於2 5 0 t ，避免沸騰。熱浴溫度愈高，二氧化鈦銳鈦礦 (Ti〇2 Anatase)結晶態愈完整，但二氧化鈦銳鈦礦（τ丨 Anatase)粒徑愈大，為使二氧化鈦銳鈦礦（Ti〇2 Anatase) 溶膠艘膜具有良好之透明性及平整性，二氧化鈦銳鈦礦 (Ti02 Anatase)溶膠粒徑需控制為1〇〜1〇〇nm，而實際二氧 化鈦銳鈦礦（Ti02 Anatase)單粒徑為i〜1〇nm 。所得二氧 化鈦銳鈦礦（Ti〇2 Anatase)溶膠粒徑控制因素，除熱^條 件之控制’包括，廉度、熱冷時間、攪拌及P Η等，尚包括螯 合劑種類及用量，鈦醇鹽種類及用量。所得酸性二氧化 鈦銳鈦礦（Ti02 Anatase)溶膠含量在〇· 2〜20wt%，色澤為
200422106 五、發明說明（19) 淡黃色透明液體。 本實例採用酸性4wt%二氧化鈦銳鈦礦（Ti02 Anatase) 溶膠如上述方法製備，進行各式4 0 W日光燈溶膠浸鍵鍵 膜，所用之日光燈有FL-40-W、FL-40-D、FL-40-WEX及 FL-40-DEX 等。FL-40-W (晝光色）及 FL-40-D (日光色） 曰光燈，採用單劑型可見光螢光劑製作之日光燈，使用Ca 10(P04)6FC1 ·_ (Sb，Mn) (Nichia NP10、NP20)可見光螢光 劑。FL-40-WEX (強晝光色）及FL-40-DEX (強日光色）日 光燈，採用三波長螢光劑：例如 Sr5(P04)3Cl : Eu (Nishia NP-103)藍光螢光劑，LaP04: (Ce， Tb) (Nishia NP-2 2 0 )綠光螢光劑及Y2〇3 : Eu (Nishia NP-340)紅光螢光 劑混合為三波長螢光劑，亦可採用混合型三波長螢光劑 (Nishia NP-93或NP-96)，製作之日光燈。上述各式曰 光燈經二氧化鈦銳鈦礦（Ti02 Anatase)溶膠鍍膜後烘烤 1 5 0 °C，再進行有機氣體乙酸丁酯分解速率量測。在5公升 反應系統中注入5 · 0 m 1乙酸丁酯，採用F T I R量測反應系 統，量測空氣中乙酸丁酯氣體濃度變化，40W曰光燈光觸 媒鍍膜燈管點燈時對乙酸丁醋分解速率量測，如表（1 ) 所示。 表（1) : 4 0 W日光燈管酸性4 w t % 二氧化鈦銳鈦礦（T i 02 Anatase)溶膠鍍膜 光觸媒功能量測結果
第23頁 200422106 五、發明說明（20) UV356mi 強度 (mW/cmz) 乙酸丁酯分解速 率 速率常數(ιηίηΗ) FL-40-WA 0.144 0. 0324 FL - 40 - Μ 0.119 0. 0309 FL-40-WEXA 0.110 0. 0434 FL - 4G-DEM 0. 071 0- 0253 曰光燈經光觸媒鍍膜前後，進行色溫及照明亮度 (L m )量測，如表（2 )所示。 表（2) : 40W日光燈管酸性4 wt°/。二氧化鈦銳鈦礦 （Ti02 Anatase)溶膠 鍍膜照明功能量測結果 色溫（°Κ) 光亮度(Lm) 鍍膜前 鍍膜後 嫉膜前 鍍膜後 FL-40-WA 4213 4196 3037 3059 FL-40-DA 6099 6104 2792 2803 FL - 40-WEM 3929 3893 3500 3524 FL-40-DEXA 6860 6875 3309 3319
第24頁 200422106 五、發明說明（21) 本實驗註明二氧化鈦銳鈦礦（Ti02 Anatase)光觸媒鍍 膜日光燈在照明功能未減，但對有機氣體分解能力非常顯 著，乙酸丁酯之分解速率常數為 0.025〜0.043 min—。即 每分鐘可分解日光燈週圍有機氣體2·5〜4.3 %。 實例2 : 以鈦醇鹽為原料1 · 〇 m ο 1 e， 加入水中水解，水用量與 鈦醇鹽摩爾比為1 〇 〇倍，水解白色漿液，經過濾水洗得 HxTiO[(4_x)/2+x] · ηΗ20，將此膠體加水稀釋，用水量為膠體重 量比0.1〜1·0 ， 再以鹼性溶液調整pH ， 使用ΝΗ40Η、 N(R)4〇H或N(R)3鹼性物質，使其PH大於9. 〇，使用鹼性物質 用篁與鈦醇鹽摩爾比為〇 · 〇 5〜〇 · 5 ，繼續攪:拌加熱，在耐 壓反應器中熱浴1〜2 4小時，熱浴溫度大於1 〇 〇 °c、小於 2 5 0 °C ’避免沸騰，所得鹼性二氧化鈦銳鈦礦（Ti02 Anatase)溶膠含量在2〜20wt%，色澤為黃色透明液體。本 實例所付驗性一氧化鈦銳鈦礦（τ i 〇 2 A n a t a s e )溶膠 經FT-RAMAN分析光譜圖，如第一圖所示，其二氧化鈦銳 鈦礦（Ti02 Anatase)溶膠粒徑至少8〇%小於2〇nm，DLS粒 徑分析如第三圖所示。 本實例採用驗性20wt%二氧化鈦銳鈦礦（Ti〇2 Anatase) 溶膠，於各式日光燈（如實例1 )進行該二氧化鈦銳鈦礦 (Ti〇2 Anatase)溶膠浸鍍後烘烤15〇〇c，進行有機氣體乙酸 丁酯分解速率量測，在5公升反應系統中，注入5 # 1乙酸 丁醋’ 4 0 W日光燈光觸媒鍍膜燈管，點燈時對乙酸丁酯分
200422106 五、發明說明（22) 解速率及照明功能量測如表（3 )所示。 表（3) : 40W日光燈管鹼性20 wt%二氧化鈦銳鈦礦（Ti02 Anatase)溶膠鍍膜光觸媒功能及照明功能量測結果 乙酸丁酯分解 速率常數 (ιπίπ'1) 光亮度(Lm) 鍍膜前 鍍膜後 FL-40-WB 0.1036 3016 3042 FL - 40 - DB 0.1885 2741 2771 FL-4G-WEXB 0.269 3476 3504 FL~40-DEX6 0.1646 3315 3326 本實驗註明驗性2 0 w t %二氧化鈇銳鈦礦（T i 0 2 A n a t a s e ) 光觸媒鍍膜日光燈對照明功能不減，若將二氧化鈦銳鈦礦 (Ti02 Anatase)鍍膜厚度提高，可等比率提高對乙酸丁酯 之分解速率。以驗性20wt%二氧化鈦銳鈦礦（Ti02 Anatase) 溶膠鍍膜較酸性4wt%二氧化鈦銳鈦礦（Ti02 Anatase)溶膠 鍍膜厚度約提高5倍，較實例1提高對乙酸丁酯分解速率約 5倍。 實例1與實例2光觸媒鍍膜空氣清淨日光燈製作，証明 在曰光燈或三波長日光燈，進行二氧化鈦銳鈦礦（ T i 02 An a t a s e)溶膠鍵膜後，光觸媒功能變化與照明亮度增 加，比較如表（4)所示。
200422106 五、發明說明（23) 表（4):各式日光燈光觸媒鍍膜後光觸媒功能與照明功 能量測結果 乙酸丁酯 分解速率 常數 Cmin1) UV356njn 強度 (mW/cm2) 光亮度(Lm) 相對亮 度比单 (¾•一） 鍍膜前 鍍膜後 FL - 4M-0A 0. 0309 0.144 3037 3059 L 0072 FL-40+Οβ 0.1036 0.144 3016 3042 L 0086 FL-40-D-0A 0. 0324 0·119 2792 2803 L 0039 FL-40-D-0B 0.1885 0.119 2741 2771 L0109 FL-40-^£X-0A 0. 0434 0.110 3500 3524 L 0068 FL - 40韻 - 〇β 0. 2690 0. 110 3476 3504 L 0080 FL-40-DEX-0A 0. 0253 0.071 3309 3319 L 0030 FL-4G-DEX-〇β 0.1646 0. 071 3315 3326 L 0033 註一：相對亮度比率：二氧化鈦銳鈦礦（T i 02 Ana t ase )溶 膠鍍膜日光燈亮度（Lm a) /未經二氧化鈦銳鈦礦（Ti02
200422106 五、發明說明（24)
Anatase)溶膠鍍膜日光燈亮度（Lm b)。 從表（4)實驗結果顯示，在日光燈上錢二氧化鈦銳鈥 礦（Ti〇2 Anatase)溶膠，採用酸性4wt%二氧化鈦銳鈦礦 (Ti〇2 Anatase)溶膠鑛膜對三波長日光燈FL-40-WEX產生之 光觸媒效果最好’其乙酸丁醋分解速率常數達〇 0434 MrT。此現象在採用鹼性20 wt%二氧化鈦銳鈦礦（Ti〇2 Anatase )溶膠鍍膜，亦以三波長日光燈FL-40WEX效果最 好，分解速率常數達0.269 miff1。在各式日光燈上進行二 氧化鈦銳鈦礦（T i 02 An a t a s e )光觸媒不會降低照明度，大 部份日光燈都可增加照明亮度，以FL-40-D及FL-40-WEX照 明亮度平均可提高〇· 74%可證。 ^ 實例3 : 本實驗採用螺旋日光燈單端燈腳燈帽，進行二氧化鈦 銳鈦礦（Ti02 Anatase)溶膠浸鍍，製作光觸媒鍍膜空氣清 淨日光燈，在8公升反應系統中，注入2 // 1乙酸丁酯，點 燈進行其光觸媒空氣清淨能力量測結果如表（5)所示。 表（5) ·螺旋日光燈一氧化欽銳欽礦（Ti〇2 Anatase)鍵膜光 觸媒空氣清淨能力量測結果
200422106 五、發明說明（25) 燈管種類 溶膠種類 乙酸丁酯 氣體濃度 ppm 乙酸丁酯 分解速率 常數 Oniif1) 紫外線 強度 mW/cm2 螺旋燈管 23W， D-type 實例1用 53 0.027 0.189 實例2用 53 0. 0676 0. 254 螺旋燈管 21W， D-type 實例1用 53 0. 004 0-217 實例2用 53 0·0718 0.215 螺旋燈管 21 W? L-type 實例1用 53 0. 021 0. 476 實例2用 53 0.1474 0. 583 本實驗証明採用不同螺旋管型日光燈，進行二氧化鈦 銳鈦礦（Ti02 Anatase)溶膠浸鍍法鍍膜，其光觸媒空氣清 淨能力，與日光燈中紫外線強度成正比，與二氧化鈦銳鈦 礦（Ti02 Anatase)鍍膜厚度亦成正比，其中以螺旋燈管 21 W， L-type進行實例2用之鹼性20 wt%二氧化鈦銳鈦礦 (Ti02 Anatase)溶膠鍍膜，對乙酸丁酯氣體分解速率可達 〇· 1 474 min-1 最有效。
200422106 五、發明說明（26) 實例4 : 本實驗為提高光觸媒鍍膜厚度、附著性及堅固度，在 ， 二氧化鈦銳鈦礦（Ti02 Anatase)溶膠中添加H4Ti04溶膠， H4T i 04添加量與二氧化鈦銳鈦礦（T i 02 Ana t ase )重量比為 1 0%。採用螺旋日光燈單端燈腳燈帽，進行二氧化鈦銳鈦 礦（Ti02 Anatase)溶膠浸鍍，製作光觸媒鍍膜空氣清淨曰 光燈，在8公升反應系統中，注入2 // 1乙酸丁酯，點燈進 行其光觸媒空氣清淨能力量測結果如表（6 )所示。 表（6 ):螺旋日光燈二氧化鈦銳鈦礦（T i 02 Ana t ase )鍵膜光 觸媒空氣清淨能力量測 燈管種類 二氣化欽銳 鈦礦(Τί02 Anatase)浪 膠種類 MW 二氡化鈥銳 鈦礦(Τί02 Anatase) m 乙酸丁酯 氣體濃度 ppm 乙酸丁酯 分解速率 常數OnirT) 螺旋燈管 實例1用 1 53 0- 0201 21W， 實例2用 1 53 0.1286 L~type 實例1用 5 53 0. 0204 實例2用 5 53 0. 0971 實例1用 10 53 0.0193 實例2用 10 53 0. 0462
第30頁 200422106 五、發明說明（27) 實例3與實例4註明，在二氧化鈦銳鈦礦（Ti〇 Anatase)溶膠中添加HJiO4溶膠，製備二氧化鈦銳鈦礦2 (Tl()2 Anatase)/ ^〇4混成溶膠，進行日光燈鍍膜，為提 高光觸媒鍍膜厚度 '附著性及堅固度。以螺旋燈管21W， L-type為例’在酸性4 wt%二氧化鈦銳鈦礦（n〇2 Anatase) 溶膠中添加HJ i 〇4溶膠’其添加量i O4/二氧化鈦銳鈦礦 (Ti02 Anatase)為1-10 Wt°/。，進行日光燈浸錢法鍍膜，其 光觸媒空氣清淨能力不減。但驗性2 0 w t %二氧化鈥銳鈦 礦（Ti02 Anatase )溶膠中添加H4T i 〇4溶膠，其添加量 H4Ti04/二氧化鈦銳鈦礦（Ti02 Anatase)為 1-1〇 wt%，進行 曰光燈浸鍍法鍍膜，其光觸媒空氣清淨能力受H4Ti04溶膠 添加量影響，H4T i04/二氧化鈦銳鈦礦（Ti02 Anatase)用量 愈高，乙酸丁酯氣體分解速率愈低。採用H4Ti〇d#膠製備 二氧化鈦銳鈦礦（Ti02 Anatase)/ H4Ti04混成溶膠，進行光 觸媒鍍膜空氣清淨日光燈製作，其光觸媒空氣清淨能力量 測結果顯示，較適合於酸性二氧化鈦銳鈦礦 （T i 02 Anatase )溶膠，添加量H4T i 04/二氧化鈦銳鈦礦（τ i 02 Anatase)低於 10 Wt%。 實例5 : 本實驗採用螺旋日光燈單端燈腳燈帽’進行二氧化鈦 _ 銳鈦礦（Ti02 Anatase)溶膠浸鍵，以多次一氧化鈦銳鈥礦 (T i 02 Anatase )溶膠鍍膜製作光觸媒鑛膜空氣清淨日光 -燈，在8公升反應系統中，注入2 // 1乙酸丁醋，點燈進行
第31頁 200422106 五、發明說明（28) 其光觸媒空氣清淨能力量測結果如表（7 )所示。 表（7):螺旋日光燈多次二氧化鈦銳鈦礦（Ti02 Anatase)鍍 膜光觸媒空氣清淨能力量測 燈管種類 溶膠種類 鍍膜次數 乙酸丁酯 氣體濃度 ppm 乙酸丁酯 分解速率 常數 OnirT1) 螺旋日光 燈 FSL-23W EXL-Type 實例1用 1 53 0. 0127 實例1用 2 53 0. 0704 實例1用 3 53 0-1075 實例1用 4 53 0.1495 實例2用 丄 53 0. 0676 實例2用 2 53 0.1988 實例2用 3 53 0. 3049 實例2用 4 53 0. 3089 本實例証明採用23W EXL-Type螺旋管型日光燈，以實 例1酸性一氧化欽銳鈦礦（T i 〇2 ana t a s e )溶膠及實例2驗性 二氧化缺銳钦礦（Τι 〇2 Anatase)溶膠，進行多次溶膠浸鍍 法鐘膜’其光觸媒空氣清淨能力與二氧化鈦銳鈦礦（T i 〇2 An a t a s e )鍵膜厚度成正比。採用實例1酸性二氧化鈦銳鈦 礦（Ti〇2 Anatase)、/谷膠濃度為4 wt%，鐘膜厚度與艘膜次數
200422106 五、發明說明（29) 成正比，對乙酸丁酯氣體分解速率亦成正比增加，由 0 · 0 1 2 7 mirf1增至〇 · 1 4 9 5 min 1，顯示繼續增加鑛膜次數可 * 繼續提高乙酸丁酯氣體分解速率，表示該酸性二氧化鈦銳 ’ 鈦礦（Ti02 Anatase)溶膠鍍膜尚未達鍍膜最佳厚度，亦表 示該二氧化鈦銳鈦礦（T i 〇2 A na t as e )溶膠鐘膜空氣清淨能 力尚可增加。 採用實例2鹼性二氧化鈦銳鈦礦（Ti〇2 Anatase)溶膠濃 度為20 wt%’鑛膜厚度與鐘膜次數亦成正比增加，三次鍵 膜後對乙酸丁酯氣體分解速率增加，由0 · 0 6 7 6 mirf1增至 0 · 3 04 9 min 1 ， 但第四次鍍膜後顯示乙酸丁酯氣體分解速 率僅增至0 · 3 0 8 9 Jnin_l 。表示該鹼性二氧化鈦銳鈦礦（τ i 〇2 Anatase)溶膠三次鍍膜既達鍍膜最佳厚度，亦表示空氣及 该有機氣體在二氧化鈦銳鈦礦（Ti02 Anatase)溶膠鍵膜擴 散速率與光觸媒反應速率已達平衡，該鹼性二氧化鈦銳鈦 礦（Ti〇2 Anatase)溶膠三次鍍膜厚度約1〇// ，視為本專利 開發之二氧化鈦銳鈇礦（Ti〇2 Anatase)溶膠鑛膜較適厚 度。 上述實例顯示奈米半導體結晶微粒二氧化鈦銳鈦礦（T i 02 Anatase)溶膠製備，在各式日光燈管表面浸鍍鍍膜，經烘 烤製得之光觸媒鍍膜日光燈，點燈時可提高曰光燈原有照 明免度及功能，因二氧化鈦銳鈦礦（T i 〇2 An a t a s e )溶膠鍍攀 膜孔隙度大’且具可見光光觸媒之功能，吸收日光燈發出 之少量近紫外線（UVA)及可見光，既可產生良好空氣清
第33頁 200422106 五、發明說明（30) 淨之功效。本發明專利所開發之鹼性二氧化鈦銳鈦礦（T i 02 Anat ase )奈米結晶微粒溶膠，濃度可達2 0 wt%，三次鑛膜 後對乙酸丁酯氣體分解速率可達〇· 3049 aiiiT ， 較以往採 用T i 02溶膠鍍膜日光燈對乙酸丁酯氣體分解速率提高 10-100倍，是目前最佳之光觸媒鍍膜曰光燈。且該二氧化 鈦銳鈦礦（T i 02 Anatase )奈米結晶微粒溶膠錢膜，具有顯 著之螢光劑性能，在日光燈管外進行鍍膜，僅需低溫烘烤 即可製得該光觸媒鍍膜日光燈。該鍍膜可提高原日光燈發 光亮度，是前所未有之發現，對未來日光燈及螢光劑之改 進與開發，必為重大之貢獻，故提出本發明之申請。 其他各式螢光燈亦可採用本專利敘述及提供之方法， 不論採用螢光燈製作前於燈管玻璃先進行二氧化鈦銳鈦礦 (T i 02 Anat ase )溶膠鍍膜或於成品完成後再進行二氧化鈦 銳鈦礦（Ti02 Anatase)溶膠鍍膜，製得光觸媒鍍膜空氣清 淨曰光燈。包括增加二氧化鈦銳鈦礦（T i 0 2 A n a t a s e )溶膠 濃度或以添加有機增稠劑提高粘度，提高二氧化鈦銳鈦礦 (Ti02 Anatase)溶膠鍍膜厚度，以達提高光觸媒鍍膜曰光 燈空氣清淨之功效。雖未詳述備及，皆為本專利所及。 _
第34頁 200422106
[圖式簡單說明]
一氧化鈦銳鈥礦（Ti〇2 Anatase)粉末Raman光譜圖 —氧化鈦銳鈦礦（Ti〇2 Anatase)溶膠Raman光譜圖 二氧化鈦銳鈦礦（Ti〇2 Anatase)溶膠DLS粒徑分佈 圖
，四圖：傳統日光燈光源光譜圖 第五圖：三波長日光燈光源光譜圖 第六圖A ··直管曰光燈管外形說明圖 第六圖B ' C、D :單端燈帽形日光燈管外形說明圖 第七圖A ··日光燈管表面二氧化鈦銳鈦礦（Ti〇2 Anatase)溶 膠鍍膜示意圖 第七圖B :日光燈管表面二氧化鈦銳鈦礦（Ti02 Anatase)溶 膠鍍膜化學反應示意圖 第八圖：直管日光燈管表面二氧化鈦銳鈦礦 （T i 02 Anatase)溶膠浸鍍製具示意圖 第九圖A:單端燈腳燈帽日光燈管表面二氧化鈦銳鈦礦 (Ti02 Anatase)溶膠浸鍵製具示意圖 第九圖B:固定單端燈腳燈帽日光燈管構造示意圖 元件符號說明
二氧化鈦銳鈦礦鍍膜 10日光燈玻璃管 20 曰光燈螢光劑鍍膜 30 直管曰光燈 40 單端燈帽型日光燈 50 直管日光燈鍵膜架 6 〇
單端燈帽型日光燈鍍膜架 70 工作深度 L
第35頁 200422106 L， 圖式簡單說明 鍍膜架高度 第36頁

Claims (1)

  1. 200422106
    1. 一種光觸媒鍍膜空氣清淨 包括下列步驟： 尤燈I作方法，至少 以鈦醇鹽Ti(0R)4為原料，使用螯合劑， 體奈米結晶微粒二氧化鈦銳鈦礦結]丨谷液製備丰導 膠； mVii〇2Anatase)溶 改鍍該二氧化鈦銳鈦礦（τ i 〇 將日光燈管表面 Anatase) 溶膠以鍍臈 經烘烤製得光觸媒鍍膜空氣清淨日光燈； 係 其中經烘烤製得光觸媒鍍膜空氣清^光 以低溫1 0 0〜2 5 0 t：烘烤； ^ ^ y
    藉由點亮該光觸媒鍍膜空氣清淨日光燈 營光性提高日光燈原有照明亮度，且因二氧化鈇二 (Τ〗02 Anatase)鉍膠鍍膜孔隙度大，具可見光光觸媒之; 能，吸收日光燈發出之少量近紫外線（UVA)及可見光，即 可產生良好空氣清淨之功效。 2 ·如申請專利範圍第1項所述之光觸媒鍍膜空氣清淨 日光燈製作方法，其中以具螯合劑水溶液製備半導體結晶 微粒二氧化鈦銳鈦礦（T i Ο〗 An a t a s e )溶膠步驟，係包括下 列步驟： 採用酸性法以製備各式二氧化鈦銳鈦礦 （τ i 〇f Anatase)溶膠； 1 添加HJiO4溶膠，添加量為H4Ti〇4 /二氧化鈦銳鈦礦 (Ti02 Anatase) = 0〜1〇 wt%，以提高光觸媒鍍膜厚度: 附著性及堅固度。 &
    第37頁 200422106 六、申請專利範圍 3.如申請專利範圍第1項所述之光觸媒鍍膜空氣清淨 曰光燈製作方法，其中以具螯合劑水溶液製備半導體結晶 微粒二氧化鈦銳鈦礦（Ti02 Anatase)溶膠步驟，係包括下 列步驟： 採用鹼性法製備之各式二氧化鈦銳鈦礦 （T i 〇2 Anatase)溶朦； 添加H4Ti〇4溶膠，添加量為HJ i 04 /二氧化鈦銳鈦礦 (Ti02 Anatase) = 0〜10 wt%，以提高光觸媒鍍膜厚度、 附著性及堅固度。
    4 ·如申請專利範圍第1項所述之光觸媒鍍膜空氣清淨 日光燈製作方法，其中日光燈管表面浸鍍該二氧化鈦銳鈦 礦（Ti02 Anatase)溶膠之鍍膜程序，係包括下列步驟： 以鍍膜機將乾淨之已安置日光燈管或含鍍膜架浸入二 氧化鈦銳鈦礦（Ti02 Anatase)溶膠； 以浸鍍法等速拉升鍍膜架及日光燈管，拉升速度為1〇 〜30cm/rain，以鍍膜厚度需要及溶膠濃度調整決定^ · 且其中該烘烤製得光觸媒鍍膜空氣清淨日光燈之 係進一步包含下列步驟·· ~ 經烘烤製得光觸媒鍍月莫 其中詳細烘烤製程條件 與烘烤時間為10〜30分_ Anatase)溶膠製備之種類、 將二氧化欽銳鈇礦（Ti〇2 Anatase)溶膠鍍膜後 燈管與鍍膜架置入烘烤設備中；
    空氣清淨日光燈； ’包括烘烤溫度為1 5 0〜2 5 〇。(3 ’係依二氧化鈦銳鈦礦（τ i 〇2 曰光燈管财溫性、及二氧化鈦
    第38頁 200422106 六、申請專利範圍 銳鈦礦（Ti〇2 Anatase )鍍膜耐刮性及製程產能設計需求 等，決定烘烤條件。 5·如申請專利範圍第1項所述之光觸媒鍍膜空氣清淨 日光燈製作方法，其中將日光燈管表面浸鍍該二氧化鈦銳 鈦礦（Ti 〇2 Anatase)溶膠之鍍臈程序，係包括下列步驟： 以鍍膜機將乾淨之已安置日光燈管或含鍍膜架浸入 Si02溶膠或H4TiO“S膠中； 以浸鍍法等速拉升鍍膜架及日光燈管，拉升速度為1〇 〜3〇Cra/min，以鍍膜厚度需要及溶膠濃度調整決定； 將Si 〇2溶膠或HJiO4溶膠浸鍍後之日光燈管與鍍膜架置 入烘烤没備中，經烘烤製程條件，烘烤溫度5 〇〜丨〇 〇它， ” =10:30分鐘，先進行Si〇2溶膠或H4Ti〇4溶膠鍍膜以 ^南後續二氧化鈦銳鈦礦（Ti〇2 Anatase )溶膠錄膜光學 性、附著性及堅固度； ^ ^ TO f 以鍍膜機將Sl0〗溶膠或HjiO4溶膠鍍膜後之日光燈管或 s鍍膜架浸入二氧化鈦銳鈦礦（Ti〇2 Anatase)溶膠· 以浸鍍法等速拉升鍍獏架及日光燈管，拉速度 〜3〇Cm/min，以鍍膜厚度需要及溶膠濃度調整決定 孫、隹且Ϊ t 3烘烤製得光觸媒鍍膜空氣清淨日光燈之步驟 係進一步包含下列步驟： ^ ^ ^ 將一氧化鈦銳鈦礦（T丨q A n a t a s e )溶膠浸_彳&日光 燈管與鍍膜架置入烘烤設備中； 7 4鍍後之日九 =$製得光觸媒鍍膜空氣清淨曰光燈； ”砰細烘烤製程條件，包刮烘烤溫度為15〇〜25〇t：
    第39頁 200422106 六、申請專利範圍 · 與烘烤時間為10〜30分鐘，係，依二氧化鈦銳鈦礦（Ti02 A n a t a s e )溶膠製備之種類、日光燈管耐溫性、二氧化鈦銳 · 鈦礦（T i 0 2 A n a t a s e )鍵膜财刮性及製程產能設計需求等， 決定烘烤條件。 6. 如申請專利範圍第1項所述之光觸媒鍍膜空氣清淨 日光燈製作方法，其中採用之日光燈包括一般日光燈、三 波長曰光燈、高頻日光燈等，以製得各式光觸媒鍍膜日光 燈。 7. 如申請專利範圍第1項所述之光觸媒鍍膜空氣清淨 曰光燈製作方法，其中曰光燈外型包括直管、圓管、U型 管、卷管及特殊雙層管等各型日光燈，且浸鍍時之曰光燈 ® 固定法包括日光燈雙頭固定法與日光燈單頭固定法。 8. 如申請專利範圍第1項所述之光觸媒鍍膜空氣清淨 日光燈製作方法，其中將日光燈管表面浸鍍該二氧化鈦銳 鈦礦（Ti02 An at ase)溶膠以鍍膜步驟之前，係包括下列步 驟： 各式日光燈安置於鍍膜架； 清洗已安置之各式日光燈與鍍膜架； 烘乾已清洗之安置各式日光燈與鍍膜架。 9. 如申請專利範圍第8項所述之光觸媒鍍膜空氣清淨 曰光燈製作方法，其中直管雙頭日光燈係採用雙頭固定 _ 法，且各式日光燈之安置於鍍膜架之步驟，係包括下列步 驟： - 以保護套或熱收縮套管封著該直管雙頭日光燈兩端金
    第40頁 200422106 六、申請專利範圍 屬部份； 該直管日光燈兩端安置於鍍膜架上下孔板之夾具與槽 · 孔中，可排列同式日光燈支數，依鍍膜架大小及間距，安 ‘ 置1〜100支同式直管日光燈，完成直管日光燈之安置於鍍 膜架。 1 0.如申請專利範圍第9項所述之光觸媒鍍膜空氣清 淨曰光燈製作方法，其中直管雙頭日光燈係採用雙頭固定 法，且清洗已安置之同式直管日光燈與鍍膜架，係將已安 置同式直管日光燈之鍍膜架置入清洗製程設備，以界面活 性劑水溶液清洗去除油污，再以去離子水清洗去除界面活 _ 性劑。 ® 11.如申請專利範圍第1 〇項所述之光觸媒鍍膜空氣清 淨曰光燈製作方法，其中直管雙頭日光燈係採用雙頭固定 法，且烘乾已清洗之安置同式直管日光燈與鍍膜架，係將 清洗後之安置同式直管日光燈與鍍膜架置入乾躁設備，以 熱風烘乾技術，獲得乾淨之已安置同式直管日光燈與鍍膜 架。 1 2.如申請專利範圍第1 1項所述之光觸媒鍍膜空氣清 淨日光燈製作方法，其中直管雙頭日光燈係採用雙頭固定 法，且將乾淨之已安置同式直管日光燈與鍍膜架以浸鍍 法，進行該二氧化鈦銳鈥礦（T i 02 Ana t ase )溶膠鍵膜。 1 3.如申請專利範圍第1 2項所述之光觸媒鍍膜空氣清 淨日光燈製作方法，其中直管雙頭日光燈係採用雙頭固定 法，且將乾淨之已安置同式直管日光燈與鍍膜架以浸鍍
    第41頁 200422106 六、申請專利範圍 法，依申請專利範圍第4項所述，進行該二氧化 (Ti02 Anatase)溶膠鑛膜。 1 4.如申請專利範圍第1 2項所述之光觸媒鍍 淨曰光燈製作方法，其中直管雙頭曰光燈係採用 法，將乾淨之已安置同式直管日光燈與鍍膜架以 依申請專利範圍第5項所述，先進行S i 02溶膠或H4 鑛膜，再進行該二氧化鈦銳鈦礦（T i 0 2 A n a t a s e ) 膜。 1 5 .如申請專利範圍第8項所述之光觸媒鍍膜 曰光燈製作方法，其中單頭各式曰光燈係採用 法，且各式單頭日光燈之安置於鍍膜架之步驟， 下步驟： 選用各式單端燈腳燈帽日光燈及特製日光燈 將單端燈腳燈帽安置於鍍膜架之夾具上； 其中單端燈腳燈帽安置於夾具之方式可排列 日光燈支數，依鍍膜架大小及間距，安置1〜1 0 0 頭日光燈，以完成單頭日光燈之安置於鍍膜架。 1 6 .如申請專利範圍第1 5項所述之光觸媒鍍 淨曰光燈製作方法，其中單頭各式日光燈係採用 法，且清洗安置之單頭日光燈與鍍膜架之步驟， 下步驟： 將已安置同式單頭日光燈之鍍膜架置入清 備； 以界面活性劑水溶液清洗去除油污， 欽銳欽礦 膜空氣清 雙頭固定 浸鑛法， Ti04溶膠 溶膠鍍 空氣清淨 單頭固定 係包括以 同式單頭 支同式單 膜空氣清 單頭固定 係包括以 洗製程設
    第42頁 200422106 六、申請專利範圍 再以去離子水清洗去除界面活性劑。 ^ 1 7 ·如申請專利範圍第1 6項所述之光觸媒鍍膜空氣清 淨曰光燈製作方法，其中單頭各式日光燈係採用單頭固定 法’且烘乾已清洗之安置單頭日光燈與鍍膜架之步驟，係 包括以下步驟： 將清洗後之安置同式單頭日光燈之鍍膜架置入乾躁設 備； 以熱風烘乾技術，獲得乾淨之已安置同式單頭日光燈 與鍍膜架。 1 8 ·如申請專利範圍第1 7項所述之光觸媒鍍膜空氣清 2，將ί ^作方法’其中單頭各式日光燈係採用單頭固定 / —兮f之已安置同式單頭日光燈與鍍膜架以浸鍍法， ^ 氧化鈦銳鈦礦（T i 02 Ana t ase )溶膠鍍膜。 •如申請專利範圍第1 8項所述之光觸媒鍍膜空氣清 ‘，了 i，作方法，其中單頭各式曰光燈係採用單頭固定 / 爭之已安置同式單頭日光燈與鍍膜架以浸鍍法， 依申清專利範圍第4項所述，進行該二氧化鈦銳鈦礦（τ i 〇2 Anatase)溶膠錢膜。 、〇 2〇申請專利範圍第1 8項所述之光觸媒鍍膜空氣清 淨日光$，作方法，其中單頭各式日光燈係採用單頭固定 法’ f乾淨=已安置同式單頭日光燈與鍍膜架以浸鍍法， 依申請專利範圍第5項所述，先進行Si02溶膠或H4Ti04溶膠 It膜再進行§亥二氧化鈦銳鈦礦（T i 02 Ana t a s e )溶膠鑛 膜0
    第43頁 200422106 六、申請專利範圍 21· —種光觸媒鍍膜空氣清淨日光燈，係以如申請專 利範圍1中所述之方法所製作，其構造至少包含： 一燈管，其上具有二氧化鈦銳鈦礦（Ti〇2 Anatase)鍍 膜，該二氧化鈦銳鈦礦（τ i 〇2 An a t a s e )鍍膜係以二氧化鈦 銳鈦礦（Ti〇2 Anatase)半導體奈米結晶微粒堆積而成； 藉由點焭s亥光觸媒鍵膜空氣清淨日光燈，可因該鐘膜 其螢光性知南日光燈原有照明亮度，且因二氧化鈦銳鈦石廣 (Ti〇2 Anatase)溶膠為半導體奈米結晶微粒，鍍膜孔隙度 大，具可見光光觸媒之功能，吸收日光燈發出之少量近紫 外線（UVA)及可見光，即可產生良好空氣清淨之功效。
    2 2 ·如申請專利範圍第2 1項所述之光觸媒鍍膜空氣清 淨曰光燈’其中遠一氧化鈦銳鈦礦（T i 0 2 A n a t a s e )溶膠中 係二氧化鈦銳鈦礦（Ti〇2 Anatase)半導體奈米結晶微粒凝 集而成，且凝集之粒徑至少8 0 %為2 0奈米以下之。
    2 3 ·如申請專利範圍第2 1項所述之光觸媒鍍膜空氣清 淨曰光燈，其中該二氧化鈦銳鈦礦（Ti02 Anatase)鍍膜底 層進一步以溶膠浸鍍法先包一層基底鍍膜，該基底鍍膜係 由Si 02溶膠或H4Ti〇4溶膠鍵膜所構成，藉由該基底鍍膜，可 以降低日光燈玻璃管表面鹼金屬離子受熱擴散至二氧化鈦 銳鈦礦（Ti02 Anatase)奈米結晶微粒溶膠鑛膜，以致降低 光觸媒鍍膜之功效，並可提高二氧化鈥銳鈦礦（T i 02 Anatase)溶膠鍍膜光學性、附著性及堅固度。
    第44頁
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