[发明专利]纳米TiO2溶胶涂覆至陶瓷釉面上的方法、工具及生成的涂层

说明书

技术领域

本发明涉及纳米涂层技术领域，尤其涉及纳米TiO₂溶胶涂覆至陶瓷釉面上的方法、工具及生成的涂层。

背景技术

在日常生活中，为了保持建筑外墙玻璃表面的清洁和美观，人们常常采用表面活性剂、除垢剂等各种清洁剂，反复地洗擦其玷污表面。其主要的保洁原理是清洁剂的化学去污能力以及清洁刷的机械去垢力。这种清洁工作不但不轻松，清洗后的表面在短时间内又会被污染，且清理频率高，导致表面活性剂的大量使用，这给人类环境带来很大压力。

对于自清洁超亲水涂层的制备方法有很多：

溶胶-凝胶法是目前已经产业化和产品的自清洁效果最为有效、广为采用的自清洁薄膜的生产方法。优点是工艺过程温度低，方法简单，化学反应过程易控制；缺点是涂覆不均匀，透明性较差等。

化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)制备的薄膜致密性好，纯度高，极易形成良好的结晶材料。但其成本高、设备要求高，灵活性差，初期投资大等不足也影响着进一步提高产品的质量。

物理气相沉积法(physical Vapor Deposition，PVD)是利用热蒸发或辉光放电等物理过程，在基材表面沉积所需涂层的技术，是制备硬质镀层(硬膜)的常用技术。与化学气相淀积法(CVD，沉积粒子来源于化合物的气相分解反应)相比，PVD的沉积温度较低，不会引起基底的变形与开裂以及镀层性能的下降。

电化学方法制备纳米TiO₂薄膜分为阳极电沉积法、阴极电沉积法、电泳法等。电化学方法操作方便，所需设备相对简单，膜透明性好。电沉积制备薄层涂膜的适宜条件是导电基材表面，对负载基材有选择性，限制了使用的普适性。

水热反应依据反应类型的不同可分为水热氧化、水热还原、水热沉淀、水热合成、水热水解、水热结晶等，其中水热结晶用得最多。水热法制备薄膜的优点是在可以液相中一次完成，避免了薄膜在热处理过程中可能会导致的开裂、卷曲、晶粒粗化、薄膜与气氛反应等多种缺陷。

组装技术是构造纳米结构微粒膜的非常有效的方法。一般指原子、分子或纳米材料在底物上自发地排列成一维、二维甚至三维有序的空间结构。用自组装方法制备的纳米粒子薄膜，可以克服免膜的厚度不均匀及膜上有空洞的缺点，这项技术已经成为国内外新的研究热点。自组装的方法虽然可制得均匀、透明的TiO₂薄膜，但得到的是单分子层膜，而TiO₂薄膜的活性需要一定的厚度。

液相沉积法是利用水溶液中氟的金属配离子和金属氧化物之间的化学平衡反应，将金属氧化物沉积到浸渍在反应液中的底物上。此法的特点是室温下只要用普通的设备就可将TiO₂膜沉积在大表面积和各种形状的底物上，TiO₂薄膜厚度和晶相可控制，但不易得到纯的TiO₂膜。

浸渍法从制备步骤上看与溶胶-凝胶法颇为类似，但它在溶液中不加入水使之聚合。除采用钛醇盐作前驱体制备浸渍溶液外，还可采用不同的前驱体制备浸渍溶液，有研究者利用TiO₂的强氧化能力，将Ti粉中无定型的TiO₂溶解，作为浸渍溶液制备TiO₂膜。

水热法是指在密封的压力容器中，以水为溶剂，在高温高压的条件下进行的化学反应。水热法制备薄膜的优点是在可以液相中一次完成，免除了后期的晶化热处理的繁杂操作步骤，从而避免了薄膜在热处理过程中可能会导致的开裂、卷曲、晶粒粗化、薄膜与气氛反应等多种缺陷；但水热法需要高温高压的反应条件，限制了其使用范围。

TiO₂粉末浆料法是以TiO₂粉末为原料，分散在加有添加剂的水中制备成TiO₂浆液，再负载在所试验基材表面上，并在一定温度下干燥后用蒸馏水洗去表面上附着不牢的TiO₂粉末，则在该低温下成功负载在基材表面的TiO₂膜层即可用于光催化反应。此法的优点是不需要高温焙烧过程，降低制备成本且可保持TiO₂粉体良好的光催化性能不被破坏，载体的选用可扩展到不耐高温的有机材料表面，但不足之处是该法制备的涂层厚度不易控制。

发明内容

本发明对传统溶胶-凝胶法进行改进，开发研究纳米TiO₂溶胶涂覆至陶瓷釉面上的方法，操作简单，无需高价设备，无需高成本高耗能。