專利名稱：硅鈦微粗糙結(jié)構(gòu)親水薄膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種薄膜的制備方法，更具體地說，本發(fā)明涉及一種硅鈦微粗糙結(jié)構(gòu)親水薄膜的制備方法。
背景技術(shù)：
下雨或潮濕天氣，尤其是在冬季和秋末春初的時(shí)候，在建筑窗、汽車擋風(fēng)窗、眼鏡、浴室等玻璃、塑料上，會形成霧滴。這些透明材料因?yàn)楸砻娌挥H水而造成水珠附著。玻璃或塑料表面起霧，輕則給人們的生活帶來不便，如在寒冷的冬季，從戶外進(jìn)入室內(nèi)眼鏡片會被霧化，影響人的視覺；重則危及人的生命安全，如汽車后視鏡或前擋風(fēng)玻璃上霧化而影響視線。
親水化的表面，可以使接觸表面的水滴或者霧珠鋪展開，平鋪成一層透明的水膜，從而消除視線影響。為此，研究開發(fā)親水薄膜成為國內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的問題。主要研究集中在表面活性劑、親水高分子、無機(jī)半導(dǎo)體方面；另外，薄膜的微觀結(jié)構(gòu)對親水性有很大影響。
有采用表面活性劑類進(jìn)行玻璃親水的報(bào)道，一般是將表面活性劑吸附在玻璃或塑料表面，或者混入塑料內(nèi)部再不斷遷移到表面。主要是靠表面活性劑分子中的親水基團(tuán)起作用，將接觸玻璃的水滴薄膜化；但表面活性劑會在使用中流失，只能短期起效，一般在一周以內(nèi)。
另有采用親水性高分子進(jìn)行透明材料表面成膜的報(bào)道，親水時(shí)間相對表面活性劑來說可以延長，但是防霧效果一般，且有機(jī)薄膜的耐磨性較差，容易磨損而影響透光率，使用壽命有限。
比較有前景的親水研究集中在無機(jī)半導(dǎo)體TiO2、SiO2等薄膜。無機(jī)薄膜的耐磨性都很好，主要工作集中在提高其親水性上。
TiO2具有光致超親水性，而且可以做得很薄并透明，故可廣泛應(yīng)用于玻璃、塑料等透明材料上。TiO2親水薄膜的局限性在于其親水性源于光致激發(fā)，當(dāng)薄膜失去光線照射，會慢慢失去親水性。有研究發(fā)現(xiàn)，將SiO2和TiO2復(fù)合后，薄膜表面在黑暗中也能維持長時(shí)間親水性。
薄膜的微觀結(jié)構(gòu)對表面的親水性能有很大影響。微納米尺度的孔、洞等粗糙結(jié)構(gòu)，可以增強(qiáng)薄膜的親水性。已有研究采用PEG在TiO2燒結(jié)過程中燃燒揮發(fā)來構(gòu)造多孔結(jié)構(gòu)，增加TiO2薄膜的親水性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種親水效果持久的硅鈦微粗糙結(jié)構(gòu)親水薄膜的制備方法。
本發(fā)明提供的硅鈦微粗糙結(jié)構(gòu)親水薄膜的制備方法包括以下步驟(1)在攪拌條件下將四氯化鈦、硫酸鈦或鈦酸丁酯其中至少一種加入1～5倍(m/m)的醇溶劑中，用酸調(diào)節(jié)PH值為2～5，得到初鈦溶膠；(2)在攪拌條件下，向有機(jī)硅烷中滴入去離子水與酸的混合溶液，其中去離子水用量為有機(jī)硅烷的0.1～1倍(m/m)，酸的用量為有機(jī)硅烷的0.001倍(m/m)；再滴加酸調(diào)節(jié)PH值為2～5，得到分子量為1000～5000的有機(jī)硅溶膠；(3)將前述同PH值的初鈦溶膠和有機(jī)硅溶膠按1∶0.1～2的比例(m/m)混和，得到復(fù)合溶膠；(4)將復(fù)合溶膠在基片表面以旋涂、浸涂、或噴涂方式成膜，成膜后經(jīng)300～600℃熱處理0.5～2小時(shí)，得到硅鈦微粗糙結(jié)構(gòu)親水薄膜。
作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述醇溶劑為無水乙醇、乙二醇、異丙醇其中一種或幾種的組合。
作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述酸是無機(jī)酸或有機(jī)酸其中至少一種。
作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述無機(jī)酸是硝酸、鹽酸、硫酸其中一種或者其中幾種的組合作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述有機(jī)酸是乙酸。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明中，有機(jī)硅烷在反應(yīng)過程中水解-聚合，形成具有一定分子量的有機(jī)物，在熱處理過程中可以起到兩個(gè)作用其分子中的有機(jī)碳鏈會燃燒并以氣體形式揮發(fā)，會在薄膜表面形成孔、洞等表面微觀粗糙，從微觀結(jié)構(gòu)上提高薄膜的親水性；另一方面硅烷熱處理后最終生成SiO2，與TiO2復(fù)合可以提高親水效果的穩(wěn)定性。本發(fā)明中的薄膜可廣泛應(yīng)用于玻璃、塑料等透明材料上，在光線照射下具備超親水性(可以防霧)，并能長時(shí)間維持，同時(shí)具有很好的耐磨性。
具體實(shí)施例方式
以下通過實(shí)例進(jìn)一步對本發(fā)明進(jìn)行描述。
本發(fā)明制備硅鈦微粗糙結(jié)構(gòu)親水薄膜的實(shí)施例中操作步驟如下(1)在攪拌條件下將四氯化鈦、硫酸鈦或鈦酸丁酯其中至少一種加入1～5倍(m/m)的醇溶劑中，用酸調(diào)節(jié)PH值為2～5，得到初鈦溶膠；(2)在攪拌條件下，向有機(jī)硅烷中滴入去離子水[用量為有機(jī)硅烷的0.1～1倍(m/m)]與少量酸[用量約有機(jī)硅烷的0.001倍(m/m)]的混合溶液，再滴加酸調(diào)節(jié)PH值為2～5，得到分子量為1000～5000的有機(jī)硅溶膠；(3)將前述同PH值的初鈦溶膠和有機(jī)硅溶膠按1∶0.1～2的比例(m/m)混和，得到復(fù)合溶膠；(4)將復(fù)合溶膠在基片表面以旋涂、浸涂、或噴涂方式成膜，成膜后經(jīng)300～600℃熱處理0.5～2小時(shí)，得到硅鈦微粗糙結(jié)構(gòu)親水薄膜。
所述醇溶劑為無水乙醇、乙二醇、異丙醇其中一種或幾種的組合。
所述酸可以是硝酸、鹽酸、硫酸等無機(jī)酸或乙酸等有機(jī)酸其中一種或者其中幾種的組合。
各實(shí)施例中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)見下。
選用硅烷偶聯(lián)劑KH560和鈦酸丁酯，其用量按照最終復(fù)合薄膜中SiO2/TiO2比為1∶2計(jì)算；分別制備有機(jī)硅溶膠和鈦溶膠，并保持PH值在3.5，將兩組分溶膠復(fù)合并在玻璃表面成膜，將薄膜在600℃處理30min，獲得的復(fù)合薄膜親水性較純TiO2薄膜更佳。
初鈦溶膠配置實(shí)施例見下表所示，表中除PH值外，其它數(shù)值均為質(zhì)量比關(guān)系。


有機(jī)硅溶膠配置實(shí)施例見下表所示，表中去離子水與有機(jī)硅烷的數(shù)值為質(zhì)量比關(guān)系，分子量為以PEG200為標(biāo)樣的凝膠色譜測定結(jié)果。

復(fù)合溶膠和復(fù)合薄膜制備實(shí)施例見下表所示，表中初鈦溶膠與有機(jī)硅溶膠的數(shù)值為質(zhì)量比關(guān)系。

薄膜中得硅鈦用量比，以及熱處理溫度和時(shí)間等因素，對薄膜最終親水性的影響見下表。

SiO2含量增大時(shí)，復(fù)合薄膜對光線的利用率先提高后降低，相應(yīng)地親水性能也先提高后降低。隨著熱處理溫度的提高，復(fù)合薄膜的親水性相應(yīng)增強(qiáng)；但延長保溫時(shí)間時(shí)，復(fù)合薄膜的親水效果變化并不明顯。
最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的具體實(shí)施例子。顯然，本發(fā)明不限于以上實(shí)施例子，還可以有許多變形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開的內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種硅鈦微粗糙結(jié)構(gòu)親水薄膜的制備方法，包括以下步驟(1)在攪拌條件下將四氯化鈦、硫酸鈦或鈦酸丁酯其中至少一種加入1～5倍(m/m)的醇溶劑中，用酸調(diào)節(jié)PH值為2～5，得到初鈦溶膠；(2)在攪拌條件下，向有機(jī)硅烷中滴入去離子水與酸的混合溶液，其中去離子水用量為有機(jī)硅烷的0.1～1倍(m/m)，酸的用量為有機(jī)硅烷的0.001倍(m/m)；再滴加酸調(diào)節(jié)PH值為2～5，得到分子量為1000～5000的有機(jī)硅溶膠；(3)將前述同PH值的初鈦溶膠和有機(jī)硅溶膠按1∶0.1～2的比例(m/m)混和，得到復(fù)合溶膠；(4)將復(fù)合溶膠在基片表面以旋涂、浸涂、或噴涂方式成膜，成膜后經(jīng)300～600℃熱處理0.5～2小時(shí)，得到硅鈦微粗糙結(jié)構(gòu)親水薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的親水薄膜的制備方法，其特征在于，所述醇溶劑為無水乙醇、乙二醇、異丙醇其中一種或幾種的組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的親水薄膜的制備方法，其特征在于，所述酸是無機(jī)酸或有機(jī)酸其中至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的親水薄膜的制備方法，其特征在于，所述無機(jī)酸是硝酸、鹽酸、硫酸其中一種或者其中幾種的組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的親水薄膜的制備方法，其特征在于，所述有機(jī)酸是乙酸。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種薄膜的制備方法，旨在提供一種硅鈦微粗糙結(jié)構(gòu)親水薄膜的制備方法。本發(fā)明提供的制備方法，包括以下步驟(1)在攪拌條件下將四氯化鈦、硫酸鈦或鈦酸丁酯其中至少一種加入醇溶劑中，得到初鈦溶膠；(2)在攪拌條件下，向有機(jī)硅烷中滴入去離子水與酸的混合溶液，得到有機(jī)硅溶膠；(3)將初鈦溶膠和有機(jī)硅溶膠混和，得到復(fù)合溶膠；(4)將復(fù)合溶膠在基片表面成膜，成膜后經(jīng)熱處理，得到硅鈦微粗糙結(jié)構(gòu)親水薄膜。本發(fā)明中的薄膜可廣泛應(yīng)用于玻璃、塑料等透明材料上，在光線照射下具備超親水性(可以防霧)，并能長時(shí)間維持，同時(shí)具有很好的耐磨性。
文檔編號B05D5/04GK1803940SQ20061004893
公開日2006年7月19日 申請日期2006年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月6日
發(fā)明者楊輝, 高基偉, 申乾宏 申請人:浙江大學(xué)