[发明专利]氧化钛溶胶、薄膜及其制造方法

说明书

                 技术领域

本发明涉及氧化钛溶胶、使用该溶胶在陶瓷、塑料等基材表面上形成的氧化钛薄膜、和上述氧化钛溶胶的制造方法以及由该溶胶制备氧化钛粒子的制造方法。

这种氧化钛薄膜是透明的，具有优良的光催化作用，而且与基材的粘合性良好。

                 背景技术

二氧化钛(下文称“氧化钛”)已知一般以锐钛矿型、板钛矿型、金红石型三种结晶相存在。当通过使四氯化钛与氧等进行混合燃烧按气相法来制造氧化钛的情况下，在最低的温度段生成的稳定氧化钛是锐钛矿型的氧化钛。在对所获的氧化钛施加热处理进行煅烧时，在816～1040℃的温度段获得板钛矿型的氧化钛，在高于上述温度的温度段获得金红石型构造的氧化钛(理化学辞典第3版，P.514～515)。

另外，关于以液相法来制造氧化钛的方法，例如，舟木、好石卫门等详细地报导了有关在四氯化钛水溶液水解时生成的氧化钛所具有的结晶相的情况(工业化学，第59卷，第11号，P1295(1956))。按照他们的结论，采用此法时，在高浓度的溶液中主要生成金红石型的氧化钛，而在低浓度的溶液中则主要生成锐钛矿型的氧化钛。据其报导，在液相中不可能生成板钛矿型的而且呈微粒子状的氧化钛。由于原料是四氯化钛，因此在所获的氧化钛中当然共存有氯离子。

根据这些报告来判断，迄今为止，使用液相法难以稳定地制得板钛矿型的氧化钛。按照上述的气相法，虽然通过对氧化钛进行高温热处理能使其转变成板钛矿型氧化钛，但是在该方法中，由于热处理而使粒子生长，因此，向来都难以获得微细粒子状的板钛矿型结晶的氧化钛。

另一方面，氧化钛溶胶一般可按下述方法制备，即，将结晶态或非晶态的氧化钛粒子分散于分散介质中，或者将烷氧基钛、硫酸钛、四氯化钛等的氧化钛前体混入分散介质中，然后通过中和、水解等来形成溶胶。

氧化钛溶胶可用于制造氧化钛粉末，或者通过将溶胶涂布于玻璃或塑料等表面来使这些物品的表面上形成氧化钛薄膜。

已知氧化钛是一种光半导体，只要其粒径足够小，就能使其具有透明性并且能提高其光催化功能。对于氧化钛的光催化功能，近年来正积极地进行研究开发。作为利用这种光催化剂的方法，例如可通过除去有害物质来达到防污、脱除氨等恶臭气体、杀灭细菌等目的，为了达到这些目的而使用的氧化钛的形态，可以是松散粒子、薄膜、溶胶等各种形态。在要求所说利用光催化功能的氧化钛制品具有透明性时，多数情况下都是使用氧化钛的薄膜。为此，可以把溶胶形式的氧化钛作为生产薄膜的生产原料使用。

关于氧化钛的光催化能力，已知锐钛矿型氧化钛的能力强于金红石型氧化钛，这是由两者的能带宽度决定的，金红石型的能带宽度为3.02eV，锐钛矿型的能带宽度为3.23eV，二者之差约为0.2eV(陶瓷(セラミックス)31(1996),No.10,P.817)。从该能差的观点考虑，具有高能带宽度的锐钛矿型氧化钛很适合作为光半导体使用。然而，关于板钛矿型氧化钛，迄今为止仍然很少报导将其作为单体物质取得的例子，其中，由于板钛矿型氧化钛的制造向来都是在高温下进行的，因此导致其粒子烧结，从而不可能获得可作为光半导体(光催化剂)使用的具有高比表面积的微粒子，所以至今仍完全没有获得有关板钛矿型氧化钛用作光催化剂的知识。

近来，作为薄膜利用方式的照明器具，有人提出了如下方案，例如在荧光灯的玻璃管或其护罩上涂布氧化钛溶胶以形成薄膜，当在上述玻璃管或其护罩上有油烟等有机物粘附时，由于氧化钛的光催化作用而促使这些有机物分解，从而防止了玻璃管或其护罩的污染。然而，在使用按照上述方法获得的溶胶来形成薄膜的情况下，不大可能获得透明性高的薄膜，特别是有关使用板钛矿型氧化钛薄膜作为照明器具等的光催化剂的例子至今尚未见报导。

当在玻璃、塑料及其他基材上形成氧化钛薄膜并将其作为光催化剂利用时，要求该薄膜具有很高的催化活性。由于光催化作用是在粒子表面上的反应，因此，为了使粒子具有高活性，优选使用具有高比表面积的微粒子。另外，在照明器具等表面形成薄膜的情况下，要求该薄膜必须是透明的。为了提高透明度，在使用氧化钛作为催化剂时也同样希望使用微粒子而且优选是以一次粒子的形式分散的微粒子。作为针对这一问题的对策，迄今一直都是采用使锐钛矿型的氧化钛微细化的方法。

另外，当在基材上形成氧化钛薄膜时，要求薄膜与基材的粘合性足够好，以便保证薄膜不容易剥离。