一种低成本二氧化钛成膜液的制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种低成本二氧化钛成膜液的制备方法。其具体步骤如下：先制备二氧化钛溶胶，将钛酸四丁酯和无水乙醇依次滴加到硝酸水溶液中，加热搅拌得到蓝色乳光的半透明溶胶；然后配制粘结剂水溶液；最后将粘结剂溶液、二氧化钛溶胶和加入增塑剂和流平剂，即获得二氧化钛成膜液。该发明的成膜液具有优异的超亲水性、透光性，所成二氧化钛薄膜展现出良好的力学性能，且制备成本低。
【专利说明】
一种低成本二氧化钛成膜液的制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种低成本功能薄膜的成膜液，尤其涉及一种低成本二氧化钛成膜液 的制备方法。
【背景技术】
[0002] 二氧化钛(TiO2)具有优良的光学性能和接点性质，如高折射率、宽透射光谱范围、 化学稳定性好等，因此被作为光催化剂、自清洁材料、半导体和介电材料等用于气体净化、 废水处理、抗菌防腐、传感器等领域。近年来，TiO 2的光致亲水性和催化活性引起了人们的 关注。TiO2超亲水膜的出现，将对人们生产和生活的自清洁物质，如自清洁玻璃、自清洁塑 料等，这一独特性能的应用展现了诱人的前景。而流平剂可以促使涂膜液在成膜过程中形 成一个平整、光滑、均匀的涂膜，已被广泛用于工业的各行各业。但传统制备二氧化钛薄膜 浸涂法固化需要高温、热处理、周期性长，亲水性、透光性和力学性能不稳，且制备成本高。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是为了改进现有技术的不足而提供一种低成本二氧化钛成膜液的 制备方法。
[0004] 本发明的技术方案为:一种低成本二氧化钛成膜液的制备方法，其具体步骤如下：
[0005] (1)将钛酸四丁酯和无水乙醇依次滴加到浓度质量浓度为0.05%~0.5%的硝酸 水溶液中，搅拌后，生成白色悬浮液;然后在50°C~95°C下搅拌该白色悬浮液至得到蓝色乳 光的半透明溶胶（即锐钛矿晶型的TiO 2溶胶）；其中钛酸四丁酯和无水乙醇的体积比为(6~ 12): 1;钛酸四丁酯和硝酸水溶液的体积比为1: (8~10);
[0006] (2)将粘结剂与去离子水按质量比（1~3): 100混合，溶胀后，并于60~95°C搅拌至 得到无色透明溶液；
[0007] (3)将步骤(1)得到的半透明溶胶按体积稀释6~15倍，然后将其与步骤(2)得到的 无色透明溶液按体积比（50~150):1配比，将步骤(2)得到的无色透明溶液加入，并在超声 的作用下处理，得到乳白色均匀溶液，为原始膜液；
[0008] (4)在步骤(3)得到的原始膜液中加入增塑剂和流平剂，即获得二氧化钛成膜液。
[0009] 优选上述的粘结剂为聚乙烯醇(PVA)、羧甲基纤维素、聚乙烯醇缩醛、聚碳酸醋或 聚丙烯酸酯。
[0010] 优选上述增塑剂为乙二醇、丙二醇、丙三醇或邻苯二甲酸二辛酯。
[0011]优选上述的流平剂为聚醚改性二甲基硅氧烷流平剂或HTK-3020流平剂。
[0012] 优选增塑剂的用量为原始膜液与增塑剂的体积比为(50~135) :1。
[0013] 优选流平剂的用量为原始膜液与流平剂的体积比为(50~100) :1。
[0014]优选步骤(1)中的搅拌时间为1 -3小时;步骤(2)中的溶胀时间为1 -3小时;步骤(2) 中的搅拌时间为1-3小时。
[0015]将交联剂添加到纯净水中，配制交联剂过饱和溶液，采用沉浸法或喷涂法涂在成 膜样品表面，当采用沉浸法时，在含有交联剂的过饱和溶液中浸泡5-40分钟，用于获取成品 膜。
[0016] 有益效果：
[0017] 1.本发明提供超亲水性成膜液，由TiO2晶粒与粘结剂、交联剂、增塑剂组成，通过 阳光照射具有超亲水和光催化特性。
[0018] 2.本发明所述的超亲水成液膜可以用于玻璃、钢材、木材、塑料、大棚、护栏等多种 材料表面，起到光催化、自清洁作用。
[0019] 3.本发明所述二氧化钛成膜液的制备方法，工艺简单，避免了传统制备二氧化钛 薄膜浸涂法固化需要高温、热处理、周期性长等不足。该法具有成膜快、温度低、工艺简单等 特点，为其在亲水性薄膜工业领域应用提供了条件。
【附图说明】
[0020] 图1是实例5没有涂覆透明TiO2薄膜的超亲水性测试图，其中（a)为初始和（b)为 IOmin后的状态。
[0021] 图2是实例5涂覆有透明TiO2薄膜的超亲水性测试图；其中（a)为初始和（b)为 IOmin后的状态。
【具体实施方式】
[0022] 下面结合实施例对本发明作进一步说明，但发明的保护范围并不限与此。
[0023] 实施例1:本发明二氧化钛成膜液的一种实施例，本实施例所述二氧化钛薄膜的制 备方法具体包括以下步骤：
[0024] (1)将IOml钛酸四丁酯和1.5ml无水乙醇的混合液滴加到88.5ml浓度为0.07wt. % 的硝酸水溶液中，剧烈搅拌3h，得到白色悬浮液。然后将悬浮液在65°C加热，同时剧烈搅拌， 约5h后得到蓝色乳光的半透明溶胶。然后，取一小部分溶胶分散于大蒸发皿中，将其在室温 干燥得到相应的粉体，可用于作SEM扫描测试，来表征本发明所制备TiO 2溶胶的晶型。
[0025] (2)称取Ig聚乙烯醇(PVA)加入到100mL蒸馏水中，溶胀lh，加热升温到85°C并磁力 搅拌2h，得到无色透明PVA水溶液。取IOml由步骤(a)制得的溶胶并稀释至80ml，搅拌均匀， 然后加入I m 1滴所制得的P VA水溶液并在超声的作用下处理，得到乳白色均匀溶液，为原始 膜液。在原始成膜液的基础上，加入乙二醇lml，聚醚改性聚二甲基硅氧烷水性流平剂 0.5ml，得到最终二氧化钛成膜液。
[0026]实施例2:本发明二氧化钛成膜液的一种实施例，本实施例所述二氧化钛薄膜的制 备方法具体包括以下步骤：
[0027] (1)将IOml钛酸四丁酯和1.5ml无水乙醇的混合液滴加到88.5ml浓度为0.2wt. % 的硝酸水溶液中，剧烈搅拌2h，得到白色悬浮液。然后将悬浮液在70°C加热，同时剧烈搅拌， 约5h后得到蓝色乳光的半透明溶胶。
[0028] (2)称取2g聚乙烯醇(PVA)加入到100mL蒸馏水中，溶胀2h，加热升温到80°C并磁力 搅拌lh，得到无色透明PVA水溶液。取IOml由步骤(a)制得的溶胶并稀释至100ml，搅拌均匀， 然后加入2m 1滴所制得的P VA水溶液并在超声的作用下处理，得到乳白色均匀溶液，为原始 膜液。在原始成膜液的基础上，加入丙二醇2ml，HTK-3020流平剂lml，得到最终二氧化钛成 膜液。
[0029] 实施例3:本发明二氧化钛成膜液的一种实施例，本实施例所述二氧化钛薄膜的制 备方法具体包括以下步骤：
[0030] (1)将IOml钛酸四丁酯和Iml无水乙醇的混合液滴加到90ml浓度为0.4wt. %的硝 酸水溶液中，剧烈搅拌2h，得到白色悬浮液。然后将悬浮液在80°C加热，同时剧烈搅拌，约5h 后得到蓝色乳光的半透明溶胶。
[0031] (2)称取Ig聚乙烯醇(PVA)加入到100mL蒸馏水中，溶胀lh，加热升温到70°C并磁力 搅拌2h，得到无色透明PVA水溶液。取IOml由步骤(a)制得的溶胶并稀释至100ml，搅拌均匀， 然后加入I m 1滴所制得的P VA水溶液并在超声的作用下处理，得到乳白色均匀溶液，为原始 膜液。在原始成膜液的基础上，加入丙三醇2ml，聚醚改性聚二甲基硅氧烷水性流平剂2ml， 得到最终二氧化钛成膜液。
[0032] 实施例4:本发明二氧化钛成膜液的一种实施例，本实施例所述二氧化钛薄膜的制 备方法具体包括以下步骤：
[0033] (1)将9ml钛酸四丁酯和Iml无水乙醇的混合液滴加到90ml浓度为0.1 wt. %的硝酸 水溶液中，剧烈搅拌Ih，得到白色悬浮液。然后将悬浮液在90°C加热，同时剧烈搅拌，约5h后 得到蓝色乳光的半透明溶胶。
[0034] (2)称取Ig聚丙烯酸酯加入到100mL蒸馏水中，加热升温到60°C并磁力搅拌3h，得 到无色透明PVA水溶液。取IOml由步骤(a)制得的溶胶并稀释至130ml，搅拌均匀，然后加入 Iml滴所制得的PVA水溶液并在超声的作用下处理，得到乳白色均匀溶液，为原始膜液。在原 始成膜液的基础上，加入乙二醇Iml，HTK-3020流平剂2ml，得到最终二氧化钛成膜液。
[0035]实施例5:彩钢板表面TiO2薄膜的制备和超亲水性测试
[0036] (1)将实施例1中制备的成膜液均匀涂在未作任何处理的彩钢板16 X 25cm上，即得 表面涂覆有透明TiO2薄膜的彩钢板，或者采用提拉法在彩钢板表面形成薄膜，提拉速度为 10cm/min，并在室温干燥，即得表面涂3覆有透明Ti〇2薄膜的彩钢板。
[0037]将涂覆有透明TiO2薄膜的彩钢板置于过饱和的乙二醛水溶液中，保持20~30分 钟，取出并室温干燥，即得交联的TiO2薄膜。交联之后的薄膜附着力有明显的提高，通过用 砂纸磨擦脱落状况，以及划格法测得的附着力均比未交联前有很大改善，而且划痕边缘完 全平滑，无丝毫脱落，说明已经形成网状三维结构，使TiO 2薄膜作为一个整体具有良好的附 着力。
[0038] (2)取自来水分别滴在覆有透明TiO2薄膜的彩钢板和未处理的彩钢板上（大小均 为25cm 2左右），并观察其接触角的大小，获得详细结果见图1和图2。说明本发明所制备的 TiO2薄膜有很好的超亲水性，可用来作为防雾滴、自清洁等材料。
[0039] 实施例6:本发明所述二氧化钛成膜液性能测试方法
[0040] 测试本发明实例1 -4所得的二氧化钛成膜液的接触角、硬度、黏粘度、透光度和光 催化活性，测试方法分别为:接触角采用接触角测试仪测定;薄膜硬度（即抗刮、抗磨损等） 采用铅笔硬度测试方法;黏粘度直接用肉眼观察;透光度采用透光率测试仪测定;催化活性 采用紫外吸收光谱仪测定。
[0041] 测试结果见表1所示。
[0042] 表1二氧化钛薄膜的性能
[0045]由表1可以看出，采用本发明所述的方法得到的二氧化钛薄膜具有较高的亲水性、 透明性和耐磨性。
[0046]最后，应当指出的是，以上视力仅说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围 和限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可 以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
【主权项】
1. 一种低成本二氧化钛成膜液的制备方法，其具体步骤如下： (1) 将钛酸四丁酯和无水乙醇依次滴加到浓度质量浓度为0.05 %~0.5 %的硝酸水溶 液中，搅拌后，生成白色悬浮液;然后在50°C~95°C下搅拌该白色悬浮液至得到蓝色乳光的 半透明溶胶;其中钛酸四丁酯和无水乙醇的体积比为(6~12):1;钛酸四丁酯和硝酸水溶液 的体积比为1: (8~10); (2) 将粘结剂与去离子水按质量比（1~3): 100混合，溶胀后，并于60~95°C搅拌至得到 无色透明溶液； (3) 将步骤（1)得到的半透明溶胶按体积稀释6~15倍，然后将其与步骤(2)得到的无色 透明溶液按体积比（50~150):1配比，将步骤(2)得到的无色透明溶液加入，并在超声的作 用下处理，得到乳白色均匀溶液，为原始膜液； (4) 在步骤(3)得到的原始膜液中加入增塑剂和流平剂，即获得二氧化钛成膜液。2. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的粘结剂为聚乙烯醇、羧甲基纤维 素、聚乙烯醇缩醛、聚碳酸醋或聚丙烯酸酯。3. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述增塑剂为乙二醇、丙二醇、丙三醇 或邻苯二甲酸二辛酯。4. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的流平剂为聚醚改性二甲基硅氧 烷流平剂或HTK-3020流平剂。5. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于增塑剂的用量为原始膜液与增塑剂的 体积比为(50~135): 1。6. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于流平剂的用量为原始膜液与流平剂的 体积比为(50~100): 1。7. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(1)中的搅拌时间为1-3小时;步骤 (2)中的溶胀时间为1-3小时;步骤(2)中的搅拌时间为1-3小时。
【文档编号】C09D1/00GK105860597SQ201610177137
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年3月25日
【发明人】崔升, 余数温, 林本兰, 沈晓冬
【申请人】南京工业大学