TW201417878A - 二氧化矽－二氧化鈦溶膠之製法及其在去汙、自潔、超親水性及抗反射的應用 - Google Patents

Abstract

本發明揭示一種製造二氧化矽-二氧化鈦溶膠的方法，可用於作為塗佈於玻璃上的塗料，本發明並揭示其在去汙、自潔、超親水性及抗反射上的應用。本發明揭示以四氯化鈦為原料，先將四氯化鈦在冰浴中加入鹽酸水溶液，再加入氨水鹼性溶液製成氫氧化鈦，經過多次離心、水洗後，完全去除氯離子，再加入二氧化矽水溶膠和雙氧水，此時二氧化鈦的固體重量與水的比例為0.01%至1.5%，二氧化矽與二氧化鈦的重量比為0.5比1至4比1之間；雙氧水與鈦的莫耳比為2比1至5比1之間；此溶液在70至100℃間，煮一段時間後，即可形成穩定透明的二氧化矽-二氧化鈦溶膠，其係奈米級固體粒懸浮在水中，且水溶液為中性，其可浸鍍在玻璃載體上，此透明的二氧化矽-二氧化鈦薄膜在玻璃載體上可用噴鍍或浸鍍方法達成，二氧化矽可以增加薄膜厚度並增加其透光率，二氧化鈦可以破壞於玻璃上的汙垢，因此可以於長時間的使用後增加其透光率，此二氧化矽-二氧化鈦薄膜在玻璃上具有強的去汙、自潔、超親水性及抗反射的功效。

Description

二氧化矽-二氧化鈦溶膠之製法及其在去汙、自潔、超親水性及抗反射的 應用

本發明所屬之技術領域為一種製造二氧化矽-二氧化鈦溶膠的方法，可用於作為塗佈於玻璃上的塗料，本發明並揭示其在去汙、自潔、超親水性 及抗反射上的應用。

本發明揭示一種製造二氧化矽-二氧化鈦溶膠的方法，可用於作為塗佈於玻璃上的塗料，本發明並揭示其在去汙、自潔及抗反射上的應用。本發明揭示以四氯化鈦為原料，先將四氯化鈦在冰浴中(0-5℃)加入鹽酸水溶液，再加入氨水鹼性溶液製成氫氧化鈦，經過多次離心、水洗後，完全去除氯離子，再加入二氧化矽水溶膠和雙氧水，此時二氧化鈦的固體重量與水的比例為0.01%至1.5%，二氧化矽與二氧化鈦的重量比為0.5比1至4比1之間；雙氧水與鈦的莫耳比為2比1至5比1之間；此溶液在70至100℃間，煮一段時間後，即可形成穩定透明的二氧化矽-二氧化鈦溶膠，其係奈米級固體粒懸浮在水中，且水溶液為中性，其可浸鍍在玻璃載體上，此透明的二氧化矽-二氧化鈦薄膜在玻璃載體上可用噴鍍或浸鍍方法達成，二氧化矽可以增加薄膜厚度並增加其透光率，二氧化鈦可以破壞於玻璃上的汙垢，因此可以於長時間的使用後增加其透光率，此二氧化矽-二氧化鈦薄膜在玻璃上具有強的去汙、自潔及抗反射的功效，且具有超親水性。

為了製作二氧化鈦薄膜，近年來發展出幾種主要的製備方法。表面積大的基材，通常會採用化學氣相沈積法來製作薄膜，其原理利用化學反應，將氣體反應物在反應區域內生成固態物種，並進一步沈積於載體表面的一種製備技術，基材吸附力要強，必須要有高溫設備，過程複雜。

中華民國專利申請號第9212203號揭示製備結晶型二氧化鈦光觸媒的合成方法，其係利用四氯化鈦或硫酸鈦經稀釋以氨水調整pH值加入適當的氧化劑與無機酸配合操作條件生成二氧化鈦光觸媒溶膠使申請案未明白揭示以雙氧水為氧化劑而且光觸媒含量為0.5-10%之間與本發明不同

中華民國專利申請號第96142648號揭示一種不降低透明基材可見光和日光穿透率的透明水基奈米溶膠凝膠塗料組成物及其塗佈方法，其係以沸石溶膠為主體，此沸石溶膠為以烷氧化物製備，其製程複雜，且與本案所使用之二氧化鈦不同。

中華民國專利申請號第95129291號為一種「低溫程序製備奈米薄膜的方法」，其係揭示用於二氧化鈦之方法。

中華民國專利申請號第92128954其揭示製備二氧化鈦奈米粉體之方法，其係以過氯酸等氧化物或無機酸，並加入改質劑及界面活性劑等來改質，與本發明所使用之雙氧水(亦稱過氧化氫)不同，且本發明不須使用任何改質劑與界面活性劑，即可使所製成的二氧化鈦穩定懸浮於水中，且此懸浮液保持在中性(pH值為7)的水中，經過二年仍穩定懸浮，不會聚集成大粒子而沉澱下來。

本發明以四氯化鈦為原料，研究製作透明的奈米二氧化鈦光觸媒穩定懸浮劑的方法，二氧化鈦為銳鈦礦結晶，顆粒為奈米級。四氯化鈦水溶液先加入氨水，變成氫氧化鈦，再加入二氧化矽水溶膠(Aldrich chemistry，型號：SM-30)和過氧化氫，再在攝氏70-100度下煮若干時間，即可得到透明奈米二氧化矽-二氧化鈦結晶懸浮劑。將此二氧化矽-二氧化鈦粒子溶液以浸漬覆膜方式鍍於玻璃載體上，可得透明且牢固的二氧化矽-二氧化鈦薄 膜。

本發明以較便宜的四氯化鈦為原料，於低溫下製作二氧化矽-二氧化鈦水溶液。並採用奈米粒子懸浮液覆膜法，製備二氧化矽-二氧化鈦薄膜，製作透明二氧化矽-二氧化鈦奈米結晶粒子薄膜。本發明主要適用於自潔、去汚與抗反射，藉二氧化鈦具光催化的性質，利用其特殊的反應機制，來分解汚染物，而本發明的重點就在於揭示製作奈米級二氧化矽-二氧化鈦的複合溶膠，它有高自潔、去汚和抗反射，且具有超親水性。

本發明主要適用於自潔、去汚和抗反射，藉二氧化鈦具光催化的性質，利用其特殊的反應機制，來分解汚染物，而本發明的重點就在於揭示製作奈米級二氧化矽-二氧化鈦的複合溶膠，它有高自潔、去汚和抗反射，且具有超親水性。

本發明採用奈米結晶粒子懸浮液覆膜法製備二氧化矽-二氧化鈦薄膜，製作出透明，穩定懸浮且具光催化活性的二氧化矽-二氧化鈦奈米結晶粒子溶液。本發明係以價格較便宜的四氯化鈦為原料，製作奈米級二氧化矽-二氧化鈦粒子的水溶液，以做為塗佈的原料，並使塗布後具光催化效果，它有高自潔、去汚和抗反射，且具有超親水性。此懸浮溶液很穩定，奈米粒子超過一年也不會聚集、產生沈澱。此溶液是中性，不會對載體有腐蝕的現象。

首先將四氯化鈦於0-5℃下緩慢加入水中，配成水溶液，再加入氨水，變成氫氧化鈦膠體溶液。此膠體溶液經離心過濾後，再水洗數次，直 到沒有氯離子為止；氫氧化鈦膠體溶液再加入二氧化矽水溶膠與過氧化氫，此時二氧化鈦的固體重量與水的比例為0.01%至1.5%，二氧化矽與二氧化鈦的重量比為0.5比1至4比1之間；雙氧水與鈦的莫耳比為2比1至5比1之間；再以三頸燒瓶上接冷凝管於攝氏70度至100度C間煮一段時間，即可得到奈米二氧化矽-二氧化鈦懸浮劑。透明的二氧化矽-二氧化鈦溶液可覆膜於玻璃上，會產生相當高的催化活性，具有去汚與自潔的作用，且具有超親水性和抗反射性。

實施方式1：

一種製備二氧化矽-二氧化鈦溶膠之方法，其步驟包含：1.四氯化鈦，在0-5℃下加入水中，形成溶液，再加入氨水，使其形成氫氧化鈦膠體，其pH值在8到12的範圍；2.加入二氧化矽水溶膠與雙氧水，形成一水溶液，此時二氧化鈦的固體重量與水的比例為0.01%至1.5%，二氧化矽與二氧化鈦的重量比為0.5比1至4比1之間；雙氧水與鈦的莫耳比為2比1至5比1之間；3.此溶液再在70至100℃的範圍內加熱，直到膠體完全消失，即形成二氧化矽-二氧化鈦溶膠，二氧化矽-二氧化鈦以奈米級分散，穩定懸浮於水中。

本發明所製備的二氧化矽-二氧化鈦溶膠可用於塗佈在玻璃基材上。

實施例1

在0℃下的冰浴中，將四氯化鈦緩慢滴入蒸餾水中，製成5摩耳濃度(5M)，再以30%的氨水，緩慢加入前述溶液，並不斷攪拌直到溶液的pH值為7，經過數次離心、水洗，直到氯的濃度低於10 ppm，此時再將其加到蒸餾水中，並加入二氧化矽水溶膠(Aldrich Chemistry Company,型號SM-30)與雙氧水，二氧化矽與二氧化鈦的莫耳比為0.5，TiO₂/H₂O₂/H₂O的重量比比例為1/2/97，此溶液在三頸圓錐瓶內，上接冷凝管於95℃下煮2小時，即可得到奈米級二氧化鈦溶膠。

實施例2

同實施例1，惟其中SiO₂/TiO₂之莫耳比為1。

實施例3

同實施例1，惟其中SiO₂/TiO₂之莫耳比為2。

實施例4

同實施例1，惟其中SiO₂/TiO₂之莫耳比為3。

實施例5

同實施例1，惟其中SiO₂/TiO₂之莫耳比為4。

實施方式2：

製作玻璃上塗佈有透明二氧化矽-二氧化鈦之方法：

一、清洗基材

未經清洗的玻璃基材表面可能有油性物質或其它不潔物，會導致鍍膜不均勻和鍛燒時發生剝落的現象；清洗玻璃基材是為了使二氧化鈦奈米粒子能夠更牢固地附著在玻璃基材上。清洗玻璃基材程序如下：

1.將基材靜置於中性清潔劑中，以超音波震盪清洗一至五小時。

2.以去離子水清洗基材表面殘留的清潔劑，並以超音波震盪清洗一至五小時。

3.將玻璃基材置於氫氧化鈉溶液中，以超音波震盪清洗一至五小時。

4.以去離子水清洗淺留於基材表面上的氫氧化鈉溶液，並以超音波震盪清洗一至五小時。

5.將玻璃基材置入烘箱中乾燥並保存，以備鍍膜用。

二、鍍膜方法

可採用浸漬覆膜法或噴灑覆膜法，其中浸漬鍍膜進行的步驟如下：1.將覆膜液置於拉昇機台上，2.將玻璃基材固定於拉昇機上，3.將玻璃基材浸入覆膜液中，下降速率為5-10 cm/min，4.開始拉昇玻璃基材，上昇速率為5-10 cm/min，5.將二氧化矽-二氧化鈦玻璃基材置於烘箱中，於60-160℃下乾燥，即完成一次覆膜工作，6.製作多層覆膜時，須重複上述各項步驟。

本發明所製備塗佈二氧化矽-二氧化鈦的玻璃，經光照射後會產生光催化活性，具有去汚與自潔的作用，且具有超親水性和抗反射。

實施例6

使用實施例1所製備的溶膠，製作塗佈透明二氧化矽-二氧化鈦的玻璃的方法：

1.將玻璃基材靜置於中性清潔劑中，以超音波震盪清洗2小時。

2.以去離子水清洗基材表面殘留的清潔劑，並以超音波震盪清洗2小時。

3.將玻璃基材置於氫氧化鈉溶液中，以超音波震盪清洗2小時。

4.以去離子水清洗淺留於基材表面上的氫氧化鈉溶液，並以超音波震盪清洗1小時。

5.將玻璃基材置入烘箱中乾燥，

採用浸漬覆膜法，其步驟如下：1.將覆膜液置於拉昇機台上，2.將玻璃基材固定於拉昇機上，3.將玻璃基材浸入覆膜液中，下降速率為5 cm/min，4.開始拉昇玻璃基材，上昇速率為5 cm/min，5.將二氧化矽-二氧化鈦玻璃基材置於烘箱中，於100℃下乾燥，即完成一次覆膜工作，6.製作5層覆膜，重複上述各項步驟。

塗佈二氧化矽-二氧化鈦於玻璃上，經測量後，其透光率達99%，並具有去汙、自潔及抗反射的作用。

實施例7

同實施例6，使用實施例2的溶膠，製作塗佈二氧化矽-二氧化鈦的玻璃，經測量後，其透光率達99%，並具有去汙、自潔及抗反射的作用。

實施例8

同實施例6，使用實施例3的溶膠，製作塗佈二氧化矽-二氧化鈦的玻璃，經測量後，其透光率達99%，並具有去汙、自潔及抗反射的作用。

實施例9

同實施例6，使用實施例4的溶膠，製作塗佈二氧化矽-二氧化鈦的玻璃，經測量後，其透光率達99%，並具有去汙、自潔及抗反射的作用。

實施例10

同實施例6，使用實施例5的溶膠，製作塗佈二氧化矽-二氧化鈦的玻璃，經測量後，其透光率達99%，並具有去汙、自潔及抗反射的作用。

圖一 製備二氧化矽-二氧化鈦溶膠的製程。

Claims (4)

1. 一種製備二氧化矽-二氧化鈦溶膠之方法，其步驟包含：以四氯化鈦，在0~5℃下加入鹽酸水溶液，形成溶液，再加入氨水溶液，使其形成氫氧化鈦膠體，其pH值在8到12的範圍；加入二氧化矽水溶膠與雙氧水，形成一水溶液，此時二氧化鈦的固體重量與水的比例為0.01%至2%，雙氧水與鈦的莫耳比為2比1至5比1之間；此溶液再在70至100℃的範圍內加熱，直到膠體完全水解消失，即可形成穩定透明的二氧化矽-二氧化鈦溶膠，其係奈米級固體粒懸浮在水中，且水溶液為中性。
2. 一種塗佈液，係含有使用申請專利範圍第1項製備二氧化矽-二氧化鈦溶膠觸媒之方法製得之二氧化矽-二氧化鈦溶膠所調製者。
3. 一種二氧化矽-二氧化鈦溶膠之利用方法，係將申請專利範圍第1項製備二氧化矽-二氧化鈦溶膠之方法製得之二氧化鈦溶膠，以噴灑或浸漬方法覆膜於玻璃載體上。
4. 一種申請專利範圍第1項之之鍍膜方法，其浸漬鍍膜進行的步驟為：1)將覆膜液置於拉昇機台上；2)將玻璃基材固定於拉昇機上；3)將玻璃基材浸入覆膜液中，下降速率為5~10 cm/min；4)開始拉昇覆膜，上昇速率為5~10 cm/min；5)將玻璃置於烘箱中，於100℃下乾燥1小時，即完成一次覆膜工作；6)製作多層覆膜時，須重複上述各項步驟2至6次。

   4.如申請專利範圍第3項之二氧化矽-二氧化鈦溶膠之利用方法，以使玻璃基材有自潔、去污、超親水性與抗反射的功效。