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以硅氧烷溶胶为介质制备纳米TiO2光致超亲水涂层

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以硅氧烷溶胶为介质制备纳米TiO2光致超亲水涂层 健康·安全·环境
第41卷第10期 2011年10月
涂料工业
PAINT COATINGS INDUSTRY
Vol.41No.10
Oct.2011
以硅氧烷溶胶为介质制备纳米TiO,光致超亲水涂层
姚俊玲,冯杰,钱欣(浙江工业大学化学工程与材料学院,杭州310014)
摘要:简单、经济、规模化制备二氧化钛(TiO,)光致超亲水表面备受重视。本研究利用硅氧烷溶胶为介质,将 TiO,纳米颗粒浸涂到玻璃表面。考查了颗粒在表面的分散状况和TiO,含量对涂层光致超亲水性能、透明性以及涂层牢固度和表面硬度的影响。结果发现:浸涂并经紫外辐照1h或120℃烘干3h后,Ti0,纳米颗粒能均匀、牢固地负载到玻璃表面;10minUV辐照后,表面变得超亲水;涂层附着力达0级,表面硬度达到5H。硅氧烷溶胶对玻璃表面的良好浸润性和对含羟基纳米颗粒的良好“粘结"性能是纳米颗粒在玻璃表面能均匀、牢同负载的主要原因。研究结果为大规模、低成本制备透明自清洁表面提供了理论和实验基础。
关键词:二氧化钛;3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(KH570);溶胶-凝胶;超亲水
中图分类号:TQ630.4
文献标识码:A
文章编号:02534312(2011)10005804
PreparationofPhoto-inducedNanoTiO, SuperhydrophilicCoatingby Siloxane Sol
YaoJunling,Feng Jie,QianXin
( School of Chemical Engineering & Materials Science, Zhejiang University of Technology, Hangzhou 310014, China)
Abstract : Simple and economical methods for scale production of TiO, photo - induced superhydrophilic surface have always been pursued in recent years. In this study, TiO, nanoparticles were coated by dipping process onto the glass surface by using prepolymer of 3 methacryloxy - propyl trimethoxysilane ( KH570) hydrolysate as binder. The distribution and dispersion of TiO, nanoparticles on glass substrate, and the influ-ence of TiO, level on wettability after light irradiation, transparency, the fastness and hardness of TiO, coating on glass substrate were investigated systematically. The results showed that after UV irradiation for 1 h or dr-ying at 120 °C for 3 h, TiO, particles were homogeneously and firmly conglutinated on the glass substrate at nano scale and bare state. The surface became superhydrophilic after UV irradiation for 1O mins. The fastness and hardness of the coats reached grade O and 5H respectively. The good wettability on glass surface and the high conglutination property to TiO, nanoparticles of silane hydrolysate should be responsible for fonnation of such firm nano - TiO, thin layer. This study would provide theoretical and practical basic for manufacturing self cleaning TiO, photo induced superhydrophilic surface by a cost - effective and large scale process.
Key Words: titanium dioxide (TiO, ) ; 3 - methacryloxy - propyl trimethoxysilane (KH570) ; sol gel ; superhydrophilicity
表面超疏水和超亲水均能实现白清洁。其中基于超案水原理的自清洁表面主要是指TiO,光诱导超亲水薄膜]。其制备方法很多,主要有液相制备法(如溶胶-凝胶工艺)12-3) 物理制备法(如磁控溅射)14)、化学气相沉积法(CVD)151、喷雾热分解沉积技术(SPD)["1和自组装制备法(7)等。这些方法各有缺点,如溶胶凝胶法不能用于不耐高温的基底(),磁控溅射要求真空系统且设备价格昂贵,CVD技术要求严格控制基底的温度,SPD技术和自组装技术制得的薄膜均不够牢固。
为了实现简单、经济地制备纳米TiO,涂层的目标,江雷
【基全项目]浙江省重大科技专项(2008C11117) 58
等*)在常温下,将TiO,纳米溶胶、有机硅粘接剂及溶剂均匀混合,制得了用于形成光催化透明亲水涂层的TiO,涂料。但从报道来看,涂层年固度不基理想。本研究采用末端含有双键的烷氧基硅烷为单体,以乙醇为溶剂,通过水解-缩合技术,也制得了有机硅溶胶,将纳米TiO,掺混其中并均匀涂覆到玻璃表面,再采用UV辐照或加热烘干,获得了不仅光致超亲水性能良好,半固度亦明显提高的纳米TiO,透明涂层,分析了涂层的膜-基结合机理。研究结果为规模制备TO,光致超京水性涂层提供了理论和实验依据。
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