一種透明介孔二氧化鈦疏水/超親水功能薄膜的制備方法技術

本發明專利技術涉及一種透明介孔二氧化鈦疏水/超親水功能薄膜的制備方法，包括如下步驟：1)前軀體溶膠的制備：將鈦酸酯用醇溶液稀釋后，加入穩定劑乙酰丙酮，制得溶液A；表面活性劑溶于所述醇溶液或醇和水的混合液后，制得溶液B；將所述溶液B滴加至溶液A中，得混合液，調節所述混合液pH2～5，攪拌至形成穩定溶膠；2)溶膠涂覆：將所述溶膠噴涂于基底表面，經過熱處理，得到具有疏水或超親水性能的二氧化鈦薄膜。本發明專利技術通過選擇不同的表面活性劑，采用同樣工藝即在同一生產線上便可得到具有超親或強疏水功能的不同薄膜，更適應大規模工業生產中對產品的不同需求，且本發明專利技術薄膜可達到真正的超親/強疏水(接觸角<5°或>130°)。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于功能性薄膜領域，具體涉及一種二氧化鈦疏水/超親水功能薄膜及其制備方法。
技術介紹
近年來，受“荷葉效應”的啟發而發展起來的超親/疏水性材料在自清潔、微流體系統和生物相容性等方面的潛在應用激發了學術界和工業界的廣泛興趣。超疏水材料是一種對水具有排斥性的材料，材料表面與水的接觸角大于150°，水滴在其表面無法滑動鋪展而保持球型滾動狀，從而達到滾動自清潔的效果。超親水材料則是指材料表面與水的接觸角小于5°的材料，使水滴在基底表面形成水膜，從而抑制靜電，防霧防污。由于超親/疏水性材料的特殊浸潤性，使得其在自清潔、防腐蝕、防霧、流體減阻、油水分離、增加載重、防霧防冰凍、微流體控制等領域有著廣泛的潛在應用。研究發現，材料表面的粗糙度和自由能是實現其超親/疏水性的兩個關鍵條件。據此，科研人員已采取多種方法來構建超疏水表面，如：溶膠凝膠法、等離子體刻蝕法、化學浴法、靜電噴涂法、逐層吸附法等等，但能用于大規模應用生產的制備方法較少。納米級二氧化鈦，有優異的紫外線吸收、光催化殺菌、分解有機污染物等性能，在抗菌防霉、排氣凈化、脫臭、水處理、防污、耐候抗老化、汽車面漆等領域有著廣泛的應用。引入介孔微結構，將納米二氧化鈦的光催化能力與超親/疏水性能相結合，制備更具潛力的功能性薄膜，用于徹底自清潔、防污抗氧化、防霧殺菌等領域，同時采用便捷的制備方法以利于其大規模應用，已經成為環境催化領域非常重要的研究方向之一，對人們的日常生活也具有重大影響。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種疏水/超親水功能薄膜的制備方法，包括如下步驟：。1)前軀體溶膠的制備：將鈦酸酯用醇溶液稀釋后，加入穩定劑乙酰丙酮，制得溶液A；表面活性劑溶于所述醇溶液或醇和水的混合液后，制得溶液B；將所述溶液B滴加至溶液A中，得混合液，調節所述混合液pH2～5，攪拌至形成穩定溶膠；2)溶膠涂覆：將所述溶膠噴涂于基底表面，經過熱處理，得到具有疏水或超親水性能的二氧化鈦薄膜。本專利技術中，所述鈦酸酯為工業常用鈦酸酯，如鈦酸丁酯、鈦酸異丙酯中的一種或多種，選擇這種鈦酸酯可形成均一、穩定的溶膠。本專利技術中，所述醇溶液為乙醇、乙二醇、正丁醇中的一種或多種，且在同一個實施例中，溶液A、溶液B溶劑中均選用相同的醇。這三種醇類流動性較好，粘度適當，易于鍍膜；同時可以有效稀釋鈦酸酯前驅體，從而降低其水解速度，提高溶膠的均一性和穩定性。本專利技術中，所述溶液A中，鈦酸酯的質量分數為18％～43％，穩定劑用量為鈦酸酯的10％～20％。本專利技術中，所述溶液B中，表面活性劑的質量分數為4％～8％。本專利技術中，所述溶膠中水/鈦的摩爾比為0～2，醇/鈦的摩爾比為20～70。本專利技術中，所述表面活性劑為陽離子、陰離子、非離子型表面活性劑中的一種或多種；所述超親水薄膜的制備過程中，所述表面活性劑為十六烷基三甲基對甲苯磺氨或P123。所述疏水薄膜的制備過程中，所述表面活性劑為十六烷基三甲基溴化氨。本專利技術中，將所述膠液噴涂于所述基底表面的方法為壓縮空氣噴
霧或超聲噴霧。本專利技術中，所述薄膜的厚度為80nm～150nm，厚度100nm左右時，可保證薄膜透明且具有相當的功能性。本專利技術中，所述熱處理溫度為400～600℃，時間為1～2h。本專利技術所述的方法還可制備強疏水二氧化鈦薄膜，其步驟為：在所述疏水二氧化鈦薄膜表面涂覆含氟涂料，得到具有強疏水性能的二氧化鈦薄膜。所述含氟涂料為含氟硅烷偶聯劑或含氟樹脂中的一種或多種；優選為三氟丙基硅烷、十七氟葵基甲基硅氧烷、十七氟葵基乙基硅氧烷或九氟己基硅氧烷；所述含氟涂料的使用濃度為0.05％～5％；所述含氟涂料的溶劑為與溶液A和溶液B中相同種類的醇溶液。優選的，所述超親水薄膜的制備方法包括如下步驟：1)前軀體溶膠的制備：將鈦酸酯用醇溶液稀釋后，加入穩定劑乙酰丙酮，制得溶液A；表面活性劑溶于所述醇溶液或醇和水的混合液后，制得溶液B；將所述溶液B滴加至溶液A中，得混合液，調節所述混合液pH2～5，攪拌至形成穩定溶膠；2)溶膠涂覆：將所述溶膠噴涂于基底表面，經過熱處理，得到具有超親水性能的二氧化鈦薄膜；所述鈦酸酯為工業常用鈦酸酯，如鈦酸丁酯、鈦酸異丙酯中的一種或多種，選擇這種鈦酸酯可形成均一、穩定的溶膠；所述醇溶液為乙醇、乙二醇、正丁醇中的一種或多種；所述溶膠中水/鈦的摩爾比為0～2，醇/鈦的摩爾比為20～70；所述表面活性劑為十六烷基三甲基對甲苯磺氨或P123；將所述膠液噴涂于所述基底表面的方法為壓縮空氣噴霧或超聲噴霧；所述薄膜的厚度為80nm～150nm；所述熱處理溫度為400～600℃，時間為1～2h。優選的，所述疏水薄膜的制備方法包括如下步驟：1)前軀體溶膠的制備：將鈦酸酯用醇溶液稀釋后，加入穩定劑乙酰丙酮，制得溶液A；表面活性劑溶于所述醇溶液或醇和水的混合液后，制得溶液B；將所述溶液B滴加至溶液A中，得混合液，調節所述混合液pH2～5，攪拌至形成穩定溶膠；2)溶膠涂覆：將所述溶膠噴涂于基底表面，經過熱處理，得到具有疏水性能的二氧化鈦薄膜；所述鈦酸酯為工業常用鈦酸酯，如鈦酸丁酯、鈦酸異丙酯中的一種或多種，選擇這種鈦酸酯可形成均一、穩定的溶膠；所述醇溶液為乙醇、乙二醇、正丁醇中的一種或多種；所述溶膠中水/鈦的摩爾比為0～2，醇/鈦的摩爾比為20～70；所述表面活性劑為十六烷基三甲基溴化氨；將所述膠液噴涂于所述基底表面的方法為壓縮空氣噴霧或超聲噴霧；所述薄膜的厚度為80nm～150nm；所述熱處理溫度為400～600℃，時間為1～2h。優選的，所述強疏水薄膜的制備方法包括如下步驟：1)前軀體溶膠的制備：將鈦酸酯用醇溶液稀釋后，加入穩定劑乙酰丙酮，制得溶液A；表面活性劑溶于所述醇溶液或醇和水的混合液后，制得溶液B；將所述溶液B滴加至溶液A中，得混合液，調節所述混合液pH2～5，攪拌至形成穩定溶膠；2)溶膠涂覆：將所述溶膠噴涂于基底表面，經過熱處理，得到具有疏水性能的二氧化鈦薄膜；3)采用壓縮空氣噴霧方法將含氟硅烷偶聯劑或含氟樹脂噴涂于所述二氧化鈦薄膜的表面；4)在120～170℃條件下固化1～3h，得到具有強疏水功能的薄膜。所述鈦酸酯為工業常用鈦酸酯，如鈦酸丁酯、鈦酸異丙酯中的一
種或多種，選擇這種鈦酸酯可形成均一、穩定的溶膠；所述醇溶液為乙醇、乙二醇、正丁醇中的一種或多種；所述溶膠中水/鈦的摩爾比為0～2，醇/鈦的摩爾比為20～70；所述表面活性劑為十六烷基三甲基溴化氨；將所述膠液噴涂于所述基底表面的方法為壓縮空氣噴霧或超聲噴霧；所述薄膜的厚度為80nm～150nm；所述熱處理溫度為400～600℃，時間為1～2h。所述含氟硅烷偶聯劑或含氟樹脂優選為三氟丙基硅烷、十七氟葵基甲基硅氧烷、十七氟葵基乙基硅氧烷或九氟己基硅氧烷中的一種或幾種；所述含氟硅烷偶聯劑或含氟樹脂的使用濃度為0.05％～5％。本專利技術的另一目的是保護利用本專利技術所述方法制備的二氧化鈦疏水、強疏水和超親水功能薄膜。本專利技術所述的制備方法，具有如下有益效果：1)本專利技術通過選擇不同的表面活性劑，采用同樣工藝即在同一生產線上便可得到具有超親或強疏水功能的不同薄膜，更適應大規模工業生產中對產品的不同需求。2)本專利技術薄膜可達到真正的超親/強疏水(接觸角<5°或>1本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種透明介孔二氧化鈦疏水/超親水功能薄膜的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：1)前軀體溶膠的制備：將鈦酸酯用醇溶液稀釋后，加入穩定劑乙酰丙酮，制得溶液A；表面活性劑溶于所述醇溶液或醇和水的混合液后，制得溶液B；將所述溶液B滴加至溶液A中，得混合液，調節所述混合液pH2～5，攪拌至形成穩定溶膠；2)溶膠涂覆：將所述溶膠噴涂于基底表面，經過熱處理，得到具有疏水或超親水性能的二氧化鈦薄膜。

【技術特征摘要】
1.一種透明介孔二氧化鈦疏水/超親水功能薄膜的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：1)前軀體溶膠的制備：將鈦酸酯用醇溶液稀釋后，加入穩定劑乙酰丙酮，制得溶液A；表面活性劑溶于所述醇溶液或醇和水的混合液后，制得溶液B；將所述溶液B滴加至溶液A中，得混合液，調節所述混合液pH2～5，攪拌至形成穩定溶膠；2)溶膠涂覆：將所述溶膠噴涂于基底表面，經過熱處理，得到具有疏水或超親水性能的二氧化鈦薄膜。2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述鈦酸酯類為鈦酸丁酯、鈦酸異丙酯中的一種或多種。3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述醇溶液為乙醇、乙二醇、正丁醇中的一種或多種。4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述溶膠中水/鈦的摩爾比為0～2，醇/鈦的摩爾比為20～70。5.根據權利要求1～4任一項所述的方法，其特征在于，所述表面活性劑為陽離子、陰離子、非離子型表...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張世英，劉芳，張向超，
申請(專利權)人：長沙學院，
類型：發明
國別省市：湖南;43