[发明专利]一种常温固化二氧化钛溶胶的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种常温固化二氧化钛溶胶的制备方法。

背景技术

二氧化钛(TiO₂)具有很强的光催化和亲水性能，且其化学性质稳定、无毒、成本低，是理想的光催化剂，因而二氧化钛自清洁材料具有广阔的应用前景。制备自清洁材料的方法有很多种，如液相制备法、溶胶凝胶(sol-gel)法、物理气相法、化学气相沉积(CVD)法、电化学法、喷雾热分解法、自组装法等等。

按照上述方法制备的自清洁材料都取得了一定的效果，但是绝大部分制备方法仍然停留在实验室阶段，难以推向市场，究其原因主要有：1.自清洁材料制备条件苛刻；2.对设备和操作工艺要求严格；3.成本很高；4.薄膜自清洁能力不成熟等。因此人们尝试在保证良好的自清洁性能条件下降低成本、简化镀膜工艺，作为一种改进的溶胶凝胶法，常温固化乳液就是在这种背景下提出的。

所谓常温固化技术是指在实验室或生产线上直接制备出具有锐钛矿晶型的二氧化钛溶胶配制工艺。在常温下用该溶胶对材料实施镀膜，镀膜样品无需热处理在适当的光照下即可产生自清洁、超亲水性。常温固化技术因为制备成本低廉、应用极其方便、工艺性能易于控制，成为未来自清洁技术大规模应用最有潜力方法之一。

但是目前常温固化乳液配制工艺还不成熟，存在一些缺陷，难以得到市场的广泛认可，主要表现1.二氧化钛颗粒团聚严重，粒径大小远超过纳米级别，造成了镀膜材料光催化能力低下；2.乳液的酸性较强，可能会腐蚀待镀膜材料，也可能对环境及人体造成危害；3.镀膜材料的可见光利用率低、无光照下亲水性差、薄膜与基体的结合力小。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备常温固化乳液的改进工艺，通过调整原料种类、溶液滴加节奏、添加提高光催化能力的掺杂离子和氧化物等措施，克服了现有常温固化乳液腐蚀性高，镀膜材料存在的二氧化钛粒子团聚、耐磨性差、透光率低、光谱响应范围窄和无光照下自清洁时效性差等众多难题。

具体来说，本发明的目的在于以高浓度酸作为反应抑制剂，以双氧水和分散剂替代传统的酸溶液，掺杂各类离子和氧化物提高薄膜自清洁性能，方案可以如下

1.水解无机钛，向无机态澄清液中加入碱液进行中和至完全沉淀；

2.向沉淀滤饼中加入中性溶解剂，然后依次添加有机溶剂、分散剂和掺杂离子，以适当温度和时间进行回流，制备透明钛溶胶；

3.水解有机硅制备出硅溶胶，陈化后以适当比例缓慢添加至钛溶胶内，搅拌均匀后得到常温固化乳液。

具体技术方案如下：

一种常温固化二氧化钛溶胶的制备方法，采用如下步骤：

(1)水解无机钛，向无机钛澄清液中加入碱液进行中和至完全沉淀；

(2)向上面步骤形成的沉淀滤饼中加入中性溶解剂，并依次添加有机溶剂、分散剂和掺杂离子，以适当的温度和时间进行回流，制备透明钛溶胶；

(3)水解有机硅制备出硅溶胶，陈化后以适当比例缓慢添加至钛溶胶内，搅拌均匀后得到常温固化乳液。

进一步地，步骤(2)中制备钛溶胶进一步包括如下步骤：

a.向5ml～15ml强酸溶液中添加1ml～4ml无机钛溶液，并在0℃～100℃环境下均匀搅拌5min～60min生成溶液A；

b.向溶液A中缓慢加入去离子水10ml～40ml并搅拌2min～30min，然后再次向溶液A中缓慢加入去离子水80ml～350ml并搅拌1min～10min生成澄清液B；

c.向溶液B中缓慢加入1mol/L～3mol/L碱液，使其PH值逐渐达到8～9，并在50～100℃环境下均匀搅拌5min～30min生成白色沉淀物C；

d.对沉淀物C实施离心、干燥后，依次加入0.1ml～0.5ml分散剂，0.01g～0.1g掺杂离子，0.5ml～4ml双氧水，15ml～50ml有机溶剂得到橙黄色的过氧钛酸溶胶D；

e.对溶胶D进行60℃～100℃回流4h～12h，最后得到无色半透明的钛溶胶。

进一步地，

步骤a中所述强酸溶液为浓盐酸、浓硝酸中的一种，和/或

步骤a中所述无机钛溶液为四氯化钛、硫酸钛、磷酸钛中的一种，和/或

步骤c中所述碱液为氨水、氢氧化钠、氢氧化钾中的一种，和/或

步骤d中所述分散剂为PEG400、PEG600中的一种，和/或

步骤d中所述掺杂离子为铁盐、铝盐、钨盐、锌盐、锡盐、银盐中的一种，和/或

步骤d中所述有机溶剂为无水乙醇、无水丙酮、无水甲醇中的一种，和/或

步骤d中所述双氧水为10％～100％双氧水。