專(zhuān)利名稱：納米功能膜的同步負(fù)載快速成膜方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及表面修飾、納米涂層和無(wú)機(jī)納米膜制備領(lǐng)域使用的納米膜的成膜方法。
背景技術(shù)：
在普通的載體表面涂上納米涂層，在表面修飾和改性上有廣闊的應(yīng)用前景，如在碳鋼上涂上納米涂層(MoSi2/SiC)，經(jīng)熱處理后，涂層的硬度提高了幾十倍，抗氧化和耐高溫性能也大大提高，在玻璃上鍍上納米氧化鈦膜層，玻璃具有自潔凈功能，在太陽(yáng)光或紫外光照射下能降解空氣中的VOC，具有光催化性能，在多孔載體上涂上納米膜形成的納濾、超濾膜在液體、氣體的凈化、分離等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用前景，所涂膜層的性能除了取決于膜的組成外，成膜的方法也起決定作用，能否在載體上穩(wěn)定快速地負(fù)載上均勻的膜層、膜層的性能都與成膜的方法有很大關(guān)系。
在無(wú)機(jī)膜領(lǐng)域，要對(duì)膜進(jìn)行修飾，制備納濾、超濾膜和其它功能膜，在這些膜的修飾、制備過(guò)程中，成膜方法是獲得均勻、無(wú)缺陷膜的關(guān)鍵，一般的成膜方法有涂布法、提涂法(dip-coating)、浸涂法、沉積法、噴涂法等，中國(guó)專(zhuān)利“涂膜制造方法”(CN1198106)提到用一種照像凹版輥在一種支撐體上連續(xù)涂布一種固形物濃度為0.05～40％(重量)的涂布液，形成一種干燥膜厚為0.005～1μm的薄膜，中國(guó)專(zhuān)利CN1359865用提拉涂膜法(dip-coating)在襯底上沉積得到無(wú)色透明的WO3氣致變色薄膜。涂布法、提涂法(dip-coating)、浸涂法、沉積法成膜的成膜過(guò)程和干燥過(guò)程都是分開(kāi)進(jìn)行的，有膜厚不均勻、干燥時(shí)間長(zhǎng)和在干燥過(guò)程中容易出現(xiàn)裂紋等缺陷，尤其是在多孔載體上成膜時(shí)，上述幾種方法形成的膜都容易出現(xiàn)裂紋、針眼等缺陷，需要反復(fù)涂膜，干燥時(shí)間長(zhǎng)。當(dāng)采用溶膠-凝膠法在載體上成膜時(shí)，成膜和干燥的周期長(zhǎng)達(dá)數(shù)天甚至更長(zhǎng)，而且要求多孔載體的孔結(jié)構(gòu)、孔徑大小要與溶膠的粒子大小相匹配，載體的孔徑太大，溶膠在成膜過(guò)程中將滲入載體孔道內(nèi)難以在表面成膜，載體的孔徑太小在載體表面成膜后，容易出現(xiàn)膜層剝離等現(xiàn)象，影響成膜的性能和使用穩(wěn)定性。
中國(guó)專(zhuān)利CN1384219，利用真空成膜裝置，用電子槍加熱膜的原料而進(jìn)行兩層以上的多層膜的成膜。中國(guó)專(zhuān)利CN 1336258利用包含許多小孔的內(nèi)部噴射單元—液體噴涂噴嘴在短時(shí)間內(nèi)制成薄的涂膜。中國(guó)專(zhuān)利CN1347137提供了一種成膜方法和成膜裝置，由可沿一定方向移動(dòng)的滴液噴嘴在被處理基板上形成涂膜，利用基板的移動(dòng)和與真空泵相連的吸嘴將溶劑氛圍氣吸走，以抑制涂膜的膜厚不均現(xiàn)象，縮短形成涂膜所需的時(shí)間。這些成膜方法和成膜裝置只適用與平板型的載體表面成膜，對(duì)管型或其它形狀的載體的成膜不適用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種既可在平板型又可在管型的載體上負(fù)載納米功能膜的同步負(fù)載快速成膜方法，這些載體可以是各種陶瓷、金屬的管或片，這些陶瓷、金屬的管或片可以是多孔的、致密的、光滑和粗糙的。而且成膜和干燥同步完成，大大縮短了成膜和干燥的周期。本發(fā)明特有的成膜技術(shù)可在數(shù)分鐘或數(shù)十分鐘內(nèi)在載體表面形成膜厚均勻、無(wú)缺陷的、膜厚可控的干燥涂膜，對(duì)于燒結(jié)溫度要求低(＜400℃)的無(wú)機(jī)膜，還可一步得到燒結(jié)膜，不需后續(xù)的燒結(jié)工藝。
本發(fā)明的納米功能膜的同步負(fù)載快速成膜方法包括如下步驟(1)載體的預(yù)處理清洗將要鍍膜的載體，除去浮塵、油漬等污染物，烘干固定于載體運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上；(2)成膜將含納米膜所需活性組分的溶膠或溶液倒入儲(chǔ)液罐中，利用空壓機(jī)或高壓空氣(或氮?dú)?將噴嘴處的液滴快速霧化噴涂在旋轉(zhuǎn)或移動(dòng)的載體表面，在載體表面形成一膜層；(3)膜層干燥在載體上噴霧成膜的同時(shí)，熱噴嘴的火焰將載體加熱到150-400℃，使負(fù)載在載體上的膜層同步快速干燥形成均勻膜層；(4)膜燒結(jié)。
所述膜燒結(jié)是指成膜后，放入高溫爐中燒結(jié)，形成穩(wěn)定、牢固的膜層。
對(duì)于燒結(jié)溫度要求低(＜400℃)的無(wú)機(jī)膜，熱噴嘴的火焰在加熱載體的同時(shí)，可將載體上負(fù)載的膜燒結(jié)。
所述步驟(2)的成膜和步驟(3)的膜層干燥交替進(jìn)行，載體在整個(gè)成膜和干燥過(guò)程連續(xù)旋轉(zhuǎn)或移動(dòng)。
所述載體是各種陶瓷、金屬材質(zhì)的管或片。這些陶瓷、金屬等材質(zhì)的管或片可以是多孔的、致密的、光滑或粗糙的。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)比較，具有如下優(yōu)點(diǎn)
(1)含納米膜活性組分的溶膠或溶液被高壓氣體霧化，溶膠或溶液中的粒子均勻分散，不聚集，可在載體表面形成均勻的膜層。
(2)在霧化成膜的同時(shí)，熱噴嘴的火焰將載體同步加熱到150-400℃，使負(fù)載在載體上的膜層同步快速干燥形成均勻膜層。
(3)在整個(gè)涂膜和干燥過(guò)程中，載體始終以勻速旋轉(zhuǎn)或移動(dòng)，每一瞬間膜層的厚度非常薄，干燥可在瞬間完成，可有效防止膜層干燥過(guò)程極易出現(xiàn)的裂紋、針眼等缺陷。
(4)熱噴嘴的火焰在加熱載體的同時(shí)，可將載體上負(fù)載的膜同步燒結(jié)。


圖1是在管狀載體的外管壁負(fù)載納米功能膜的示意圖。
圖2是在管狀載體的內(nèi)管壁負(fù)載納米功能膜的示意圖。
圖3是在片狀載體的表面負(fù)載納米功能膜的示意圖(霧化與加熱裝置分置于載體的兩側(cè)。
圖4是是在片狀載體的表面負(fù)載納米功能膜的示意圖(霧化與加熱裝置置于載體的同一側(cè)。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1將多孔氧化鋁管3清洗，除去浮塵、油漬等污染物，烘干固定于載體運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上，將以異丙醇鋁為原料制備的勃母石溶膠倒入儲(chǔ)液罐6中(如附圖1)，啟動(dòng)載體運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使多孔氧化鋁管3以200轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速連續(xù)旋轉(zhuǎn)，打開(kāi)氣閥，利用高壓氮?dú)鈱娮?處的液滴快速霧化成霧狀液滴4噴涂在旋轉(zhuǎn)的多孔氧化鋁管3外表面，5秒鐘后，在載體表面形成一層液膜。調(diào)節(jié)熱噴嘴1的火焰2大小，使載體表面溫度控制在400℃，使負(fù)載于載體上的膜層快速干燥，3秒鐘后，將熱噴嘴1的火焰2調(diào)小，繼續(xù)將噴嘴5處的液滴快速霧化成霧狀液滴4噴涂在以一定速度旋轉(zhuǎn)的載體3表面，在載體3表面形成新一層的液膜，如此膜負(fù)載和干燥交替進(jìn)行，40秒后在多孔氧化鋁管3表面得到了膜厚均勻的γ-氧化鋁納米膜，而且在干燥的同時(shí)，噴嘴1的火焰2也同步完成了對(duì)納米γ-氧化鋁納米膜的燒結(jié)過(guò)程。這種γ-氧化鋁納米膜孔徑為3-5nm，可用于液體的超濾和氣體的分離。
實(shí)施例2將多孔金屬鈦管清洗，除去浮塵、油漬等污染物，烘干固定于載體運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上，將以鈦酸丁酯為原料制備的氧化鈦溶膠倒入儲(chǔ)液罐6中(如附圖2)，啟動(dòng)載體運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使多孔金屬鈦管3以500轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速連續(xù)旋轉(zhuǎn)，利用熱噴嘴1產(chǎn)生的火焰2使載體表面定溫度控制在250℃左右，打開(kāi)氣閥，利用高壓空氣將噴嘴5處的液滴快速霧化成霧狀液滴4噴涂在旋轉(zhuǎn)的多孔金屬氧化鈦管3的內(nèi)表面，在載體3的內(nèi)表面形成一層液膜，在旋轉(zhuǎn)的載體某一局部表面形成的超薄膜層立即被同步快速干燥，2分鐘后在多孔金屬鈦管3的內(nèi)表面得到了膜厚均勻的氧化鈦納米膜，孔徑約為3nm，可用于空氣的凈化和光催化。
實(shí)施例3將玻璃平板清洗，除去浮塵、油漬等污染物，烘干固定于載體運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上，以10cm/sec.的速度水平移動(dòng)。將氧化鈦溶膠倒入儲(chǔ)液罐6中(如附圖3)，啟動(dòng)空壓機(jī)，利用壓縮空氣將噴嘴5處的液滴快速霧化成霧狀液滴4噴涂在勻速移動(dòng)的玻璃平板3表面，在載體3表面形成一層膜層。調(diào)節(jié)熱噴嘴的火焰大小，使載體表面溫度達(dá)到150℃，負(fù)載于表面的膜層同時(shí)被干燥形成干燥的均勻膜層，1分鐘后在玻璃平板表面得到了膜厚均勻的氧化鈦膜層。這種負(fù)載納米氧化鈦膜層的玻璃片，具有光催化降解空氣中有機(jī)污染物等自潔凈功能。
實(shí)施例4將陶瓷片清洗，除去浮塵、油漬等污染物，烘干固定于載體運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上，以20cm/sec.的速度水平移動(dòng)。將氧化鈦溶膠倒入儲(chǔ)液罐6中(如附圖4)，啟動(dòng)空壓機(jī)，利用壓縮空氣將噴嘴5處的液滴快速霧化成霧狀液滴4噴涂在陶瓷片3表面，噴霧成膜的同時(shí)，熱噴嘴的火焰2秒鐘后，在載體表面形成一膜層。調(diào)節(jié)熱噴嘴1的火焰2將陶瓷片加熱到200℃，快速將熱陶瓷片表面的液膜干燥形成膜層，同時(shí)熱噴嘴的火焰能進(jìn)一步將干燥的氧化鈦膜燒結(jié)。45秒鐘后，在載體表面形成了一層均勻的納米氧化鈦膜。這種負(fù)載納米氧化鈦膜的陶瓷片有良好的自潔凈和抑菌功能。
權(quán)利要求
1.一種納米功能膜的同步負(fù)載快速成膜方法，其特征在于包括如下步驟(1)載體的預(yù)處理清洗將要鍍膜的載體，除去浮塵、油漬等污染物，烘干固定于載體運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上；(2)成膜將含納米膜所需活性組分的溶膠或溶液倒入儲(chǔ)液罐中，利用空壓機(jī)或高壓空氣(或氮?dú)?將噴嘴處的液滴快速霧化噴涂在旋轉(zhuǎn)或移動(dòng)的載體表面，在載體表面形成一膜層；(3)膜層干燥在載體上噴霧成膜的同時(shí)，熱噴嘴的火焰將載體加熱到150-400℃，使負(fù)載在載體上的膜層同步快速干燥形成均勻膜層；(4)膜燒結(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(2)的成膜和步驟(3)的膜層干燥交替進(jìn)行，載體在整個(gè)成膜和干燥過(guò)程連續(xù)旋轉(zhuǎn)或移動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于對(duì)于燒結(jié)溫度要求低于400℃的無(wú)機(jī)膜，熱噴嘴的火焰在加熱載體的同時(shí)，將載體上負(fù)載的膜燒結(jié)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述載體是各種陶瓷、金屬材質(zhì)的管或片。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種納米功能膜的同步負(fù)載快速成膜方法，利用這種方法可以在載體上快速形成厚度均勻的膜層，且膜層的干燥可在數(shù)分鐘的成膜過(guò)程內(nèi)同步完成，成膜和干燥時(shí)間短。儲(chǔ)液罐6中的成膜所需的溶膠或溶液被高壓氣體霧化后經(jīng)噴嘴5形成均勻分散的霧狀液滴4噴涂在以一定速度連續(xù)旋轉(zhuǎn)或移動(dòng)的載體3上，涂膜的同時(shí)，膜干燥部分的熱噴嘴1的火焰2將載體加熱到150－400℃，使負(fù)載在載體上的薄膜層快速干燥。形成均勻的膜層。
文檔編號(hào)B05D1/02GK1669668SQ200510034020
公開(kāi)日2005年9月21日 申請(qǐng)日期2005年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月8日
發(fā)明者黃肖容, 隋賢棟 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)