在建筑材料表面分散銳鈦型納米二氧化鈦的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種在建筑材料表面分散銳鈦型納米二氧化鈦的方法，包括：將鈦酸四丁酯和異丙醇混合，獲得質(zhì)量濃度為4-6%的鈦酸四丁酯異丙醇溶液；獲得質(zhì)量濃度為2%的PVP水溶液；在攪拌狀態(tài)下，將所述鈦酸四丁酯異丙醇溶液加入所述PVP水溶液，同時(shí)控制PH≤2，使鈦酸四丁酯水解獲得銳鈦型納米二氧化鈦溶膠；將所述銳鈦型納米二氧化鈦溶膠分散于材料表面后在400-550℃的溫度下窯燒。銳鈦型納米二氧化鈦的制作方法可以提高銳鈦型納米二氧化鈦與材料的結(jié)合力。
【專利說(shuō)明】在建筑材料表面分散銳鈦型納米二氧化鈦的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)保材料領(lǐng)域，涉及一種在建筑材料表面分散銳鈦型納米二氧化鈦的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]銳鈦型納米二氧化鈦存在光催化分解有機(jī)化合物、抑菌及超親水性等性能，是一種可利用的環(huán)保材料。研究發(fā)現(xiàn)銳鈦型納米二氧化鈦光催化劑在近紫外光(例如陽(yáng)光或熒光燈等)照射下，分子中的電子被激發(fā)，生成電子-空穴對(duì)。其中，帶正電的空穴具有很強(qiáng)的氧化能力，能使空氣中的水分子生成氫氧自由基(? 0H)的強(qiáng)氧化劑；帶負(fù)電的電子能使空氣中的氧氣(O2)還原，生成另一種強(qiáng)活性自由基*02_。.0H和*02_活性自由基所含的能量相當(dāng)于3600K高溫的熱能產(chǎn)生的能量，足以使大多數(shù)有機(jī)物質(zhì)“燃燒”分解。它能分解苯、甲醛等有機(jī)分子，抑制細(xì)菌，而對(duì)人體無(wú)傷害。
[0003]另一方面，銳鈦型納米二氧化鈦的性能穩(wěn)定，在低于600°C及非強(qiáng)堿環(huán)境下其不會(huì)變質(zhì)而失去光催化性能，即在通常環(huán)境中它都是穩(wěn)定的具有普遍使用的價(jià)值。如果將銳鈦型納米二氧化鈦形成于板材(如瓷磚、石材和玻璃)的表面，在光的激發(fā)下其光催化特性，可以降解環(huán)境中的有機(jī)污染物及殺滅所接觸到的細(xì)菌。
[0004]在建筑材料表面覆蓋分散銳鈦型納米二氧化鈦如果用銳鈦型納米二氧化鈦粉末，則因?yàn)殇J鈦型納米二氧化鈦粉末的粒徑較大，會(huì)影響光催化分解有機(jī)化合物、抑菌及超親水性等性能。因?yàn)殇J鈦型納米二氧化鈦粒徑較大與 板材之間的結(jié)合較差而無(wú)效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種在建筑材料表面分散銳鈦型納米二氧化鈦的方法，其可以提高銳鈦型納米二氧化鈦與材料的結(jié)合力，以及光催化分解有機(jī)化合物、抑菌及超親水性等性能。
[0006]解決上述技術(shù)問(wèn)題的所采用的技術(shù)方案是提供一種在建筑材料表面分散銳鈦型納米二氧化鈦的方法，包括:
[0007]將鈦酸四丁酯和異丙醇混合，獲得重量濃度為4~6%的鈦酸四丁酯異丙醇溶液；
[0008]獲得重量濃度為2%的PVP水溶液；
[0009]將所述鈦酸四丁酯異丙醇溶液在攪拌的情況下加入所述PVP水溶液，同時(shí)將控制PH < 2，使所述鈦酸四丁酯水解獲得銳鈦型納米二氧化鈦溶膠；
[0010]將所述銳鈦型納米二氧化鈦溶膠分散于材料表面后在400-500°C的溫度下窯燒。
[0011]其中，通過(guò)噴涂方式將所述銳鈦型納米二氧化鈦溶膠分散于材料表面；或者，在所述銳鈦型納米二氧化鈦溶膠中加入羥丙基甲基纖維素，然后通過(guò)印刷工藝將所述銳鈦型納米二氧化鈦溶膠分散于材料表面。
[0012]其中，利用硝酸或鹽酸控制PH≤2。
[0013]其中，將所述銳鈦型納米二氧化鈦溶膠分散于材料表面后在400-550°C的溫度下窯燒15-25分鐘。
[0014]其中，將所述材料在400-500°C的溫度下處理后冷卻至室溫，然后在材料表面獲得所述銳鈦型納米二氧化鈦溶膠。
[0015]其中，所述材料為瓷磚、石材或玻璃。
[0016]其中，在電窯或燃?xì)飧G中窯燒表面分散有所述銳鈦型納米二氧化鈦溶膠的所述材料。
[0017]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0018]本發(fā)明提供的一種在建筑材料表面分散銳鈦型納米二氧化鈦的方法首先將鈦酸四丁酯和異丙醇混合獲得鈦酸四丁酯異丙醇溶液；然后，在攪拌的情況下將鈦酸四丁酯異丙醇溶液和PVP水溶液混合，獲得銳鈦型納米二氧化鈦溶膠，鈦酸四丁酯發(fā)生水解產(chǎn)生粒徑IOnm左右的納米二氧化鈦；將銳鈦型納米二氧化鈦溶膠分散于材料表面后，并在400-5000C的溫度下窯燒，去除溶膠中其它化合物而只保留銳鈦型納米二氧化鈦，從而在材料表面形成粒徑為IOnm左右的銳鈦型納米二氧化鈦，使得銳鈦型納米二氧化鈦與材料的結(jié)合力強(qiáng)，以及光催化分解有機(jī)化合物、抑菌及超親水性等性能。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為本發(fā)明制作含銳鈦型納米二氧化鈦溶膠的方法流程圖；
[0020]圖2為按照本實(shí)施例制作獲得的含銳鈦型納米二氧化鈦樣品的XRD圖；
[0021]圖3為含銳鈦型納米二氧化鈦的樣品分解苯的曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]為使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更`好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明提供的在建筑材料表面制作銳鈦型納米二氧化鈦的制作方法進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0023]如圖1所示，本發(fā)明提供的在建筑材料表面制作銳鈦型納米二氧化鈦的方法包括以下步驟:
[0024]步驟SI，將鈦酸四丁酯和異丙醇混合，獲得鈦酸四丁酯異丙醇溶液，在該鈦酸四丁酯異丙醇溶液中，鈦酸四丁酯的質(zhì)量濃度為4-6%。
[0025]鈦酸四丁酯和異丙醇均采用工業(yè)純鈦酸四丁酯和異丙醇，將鈦酸四丁酯和異丙醇混合獲得鈦酸四丁酯異丙醇溶液。在該鈦酸四丁酯異丙醇溶液中鈦酸四丁酯的濃度為
4-6% o
[0026]步驟S2，獲得質(zhì)量濃度為1-2%的PVP水溶液。
[0027]在步驟S2中，聚乙烯吡咯燒酮(PolycinyIpyrrolidone,簡(jiǎn)稱PVP)水溶液通過(guò)工業(yè)純聚乙烯吡咯烷酮與純水混合，獲得濃度為2%的PVP水溶液。
[0028]步驟S3，在2500~3000r/min的高速攪拌下，將所述鈦酸四丁酯異丙醇溶液加入所述PVP水溶液，并控制PH < 2，以使所述鈦酸四丁酯水解獲得銳鈦型納米二氧化鈦溶膠。
[0029]在攪拌狀態(tài)下，將步驟SI獲得的鈦酸四丁酯異丙醇溶液緩慢加入步驟S2獲得的PVP水溶液中，同時(shí)將控制PH ( 2，使鈦酸四丁酯水解,獲得銳鈦型納米二氧化鈦溶膠。利用硝酸或鹽水來(lái)調(diào)節(jié)PH值。
[0030]步驟S4，將所述銳鈦型納米二氧化鈦溶膠分散于材料表面后在400-55(TC的溫度下窯燒10-20分鐘。
[0031]在步驟S4中，通過(guò)噴涂工藝將銳鈦型納米二氧化鈦溶膠分散于材料表面。這里的材料可采用瓷磚、石材或玻璃。然后，將材料放在400-550°C的溫度下窯燒。窯燒時(shí)，可以在電窯或燃?xì)飧G中進(jìn)行窯燒。窯燒時(shí)間為15-25分鐘。
[0032]在步驟S4中，還可以在銳鈦型納米二氧化鈦溶膠中加入羥丙基甲基纖維素，然后通過(guò)印刷工藝將銳鈦型納米二氧化鈦溶膠分散于材料表面。羥丙基甲基纖維素采用工業(yè)純羥丙基甲基纖維素。
[0033]在分散銳鈦型納米二氧化鈦溶膠之前的材料表面存在油污等污染物，這些污染物影響材料與銳鈦型納米二氧化鈦的結(jié)合力。因此，在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施中，在實(shí)施步驟S4之前，銳鈦型納米二氧化鈦的制作方法還包括:步驟S31將材料在400-500°C的溫度下處理10-20分鐘后冷卻至室溫(25-30°C )，再在其表面獲得銳鈦型納米二氧化鈦溶膠。通過(guò)高溫處理去除材料表面的灰塵和油污，從而提高材料與銳鈦型納米二氧化鈦的結(jié)合力。材料可以在電窯或燃?xì)飧G中進(jìn)行處理。
[0034]通過(guò)上述在建筑材料表面分散銳鈦型納米二氧化鈦的方法獲得的銳鈦型納米二氧化鈦大部分粒度為15nm左右的銳鈦型納米二氧化鈦，僅有少量粒徑為20-30nm的銳鈦型納米二氧化鈦。但粒徑較大的銳鈦型納米二氧化鈦在窯燒過(guò)程中被去除，從而獲得粒度為15nm左右的銳鈦型納米二氧化鈦。該粒度的銳鈦型納米二氧化鈦與材料之間產(chǎn)生類似分子間引力的作用而牢固結(jié)合，獲得較強(qiáng)的結(jié)合力。
[0035]實(shí)施例一
[0036]將鈦酸四丁酯和異丙醇混合，獲得鈦酸四丁酯異丙醇溶液。在鈦酸四丁酯異丙醇溶液中，鈦酸四丁酯的質(zhì)量濃度為4%。獲得重量濃度為2%的PVP水溶液。在攪拌狀態(tài)下，將鈦酸四丁酯異丙醇溶液加入PVP水溶液，同時(shí)控制PH ( 2，使鈦酸四丁酯水解獲得銳鈦型納米二氧化鈦溶膠。將瓷磚在400°C的溫度下窯燒10分鐘以去除瓷磚表面的灰塵和油污，然后通過(guò)噴涂工藝將銳鈦型納米二``氧化鈦溶膠分散于材料表面，再在40(TC的溫度下窯燒15分鐘,將銳鈦型納米二氧化鈦溶膠中的其他化合物去除而保留銳鈦型納米二氧化鈦，從而將銳鈦型納米二氧化鈦分散于瓷磚的表面。
[0037]實(shí)施例二
[0038]將鈦酸四丁酯和異丙醇混合，獲得鈦酸四丁酯異丙醇溶液。在鈦酸四丁酯異丙醇溶液中，鈦酸四丁酯的質(zhì)量濃度為5%。獲得重量濃度為2%的PVP水溶液。在攪拌狀態(tài)下，將鈦酸四丁酯異丙醇溶液加入PVP水溶液，同時(shí)控制PH值為1.8，使鈦酸四丁酯水解獲得銳鈦型納米二氧化鈦溶膠；然后在銳鈦型納米二氧化鈦溶膠中加入羥丙基甲基纖維素。將瓷磚在450°C的溫度下窯燒15分鐘以去除瓷磚表面的灰塵和油污，然后通過(guò)網(wǎng)印機(jī)將銳鈦型納米二氧化鈦溶膠分散于材料表面，然后在450°C的溫度下窯燒20分鐘。
[0039]實(shí)施例三
[0040]將鈦酸四丁酯和異丙醇混合，獲得鈦酸四丁酯異丙醇溶液。在鈦酸四丁酯異丙醇溶液中，鈦酸四丁酯的質(zhì)量濃度為6%。獲得質(zhì)量濃度為2%的PVP水溶液。在攪拌狀態(tài)下，將鈦酸四丁酯異丙醇溶液加入PVP水溶液，同時(shí)控制PH值為1.5，使鈦酸四丁酯水解獲得銳鈦型納米二氧化鈦溶膠。將瓷磚在500°C的溫度下窯燒20分鐘去除瓷磚表面的灰塵和油污，然后通過(guò)噴涂工藝將銳鈦型納米二氧化鈦溶膠分散于材料表面，然后在550°C的溫度下窯燒25分鐘,將銳鈦型納米二氧化鈦溶膠中的其他化合物去除而保留銳鈦型納米二氧化鈦，從而將銳鈦型納米二氧化鈦分散于瓷磚的表面。
[0041 ] 對(duì)上述實(shí)施例獲得的瓷磚進(jìn)行XRD、光催化分解有機(jī)物苯、抑菌(參照國(guó)標(biāo)GB-T23763-2009光催化抗菌材料及制品抗菌性能的評(píng)價(jià))及親水性(參照國(guó)標(biāo)GB-T23764-2009光催化自清潔材料性能測(cè)試方法)四項(xiàng)檢驗(yàn)。
[0042]其中，XRD是為了證明瓷磚表面的納米二氧化鈦是否為銳鈦型(只有銳鈦晶型才有光催化性能)。檢測(cè)方法是將配置好的銳鈦型納米二氧化鈦溶膠直接燒制得到的納米二氧化鈦粉末，燒制納米二氧化鈦粉末的條件與瓷磚表面獲得銳鈦型納米二氧化鈦的方法相同，因此，檢測(cè)納米二氧化鈦粉末的晶型與檢測(cè)瓷磚表面銳鈦型納米二氧化鈦相同。圖2為按照本實(shí)施例銳鈦型納米二氧化鈦的制作方法獲得的銳鈦型納米二氧化鈦的XRD圖。在圖2中，橫軸表示角度(度)，縱軸表示衍射強(qiáng)度(Cps)。從圖2可以看出，由上述方法獲得的二氧化鈦為銳鈦型納米二氧化鈦。
[0043]有機(jī)物苯存在共軛結(jié)構(gòu)，分解苯需要較大的能量。銳鈦型納米二氧化鈦吸收光能產(chǎn)生的氫氧自由基與苯分子反應(yīng)，因此用有機(jī)物苯作為檢驗(yàn)光催化分解有機(jī)物的能力。光催化分解有機(jī)物苯的檢驗(yàn)是將瓷磚裁成200X200mm的大小，置于尺寸為220X220X30mm的密閉反應(yīng)器中，將反應(yīng)器置于100°C 土1°C的恒溫裝置中，平衡14小時(shí)后開(kāi)始照光。光的波長(zhǎng)為385nm,光強(qiáng)0.15mW/cm2。光照I小時(shí)后開(kāi)始取樣(Ctl),之后每隔一小時(shí)取樣一次(Ct)，每次取三個(gè)平行樣品，并由GC-9800攝譜儀分析反應(yīng)器中苯的濃度。光催化反應(yīng)是瓷磚表面銳鈦型納米二氧化鈦粒子界面進(jìn)行，當(dāng)反應(yīng)條件固定則反應(yīng)器中有機(jī)分子向瓷磚表面擴(kuò)散速度是影響反應(yīng)進(jìn)行的重要因素。當(dāng)苯分子開(kāi)始裂解就會(huì)產(chǎn)生裂解后的小分子，小分子與苯分子同時(shí)存在。這時(shí)反應(yīng)器中是一團(tuán)混合的氣體，由于苯分子質(zhì)量相對(duì)較大，所以與IimTiO2界面接觸幾率減少，苯分解速度也必定逐趨緩慢。因此，本檢驗(yàn)只能說(shuō)明涂覆銳鈦型納米二氧化鈦的實(shí)驗(yàn)板材有分解有機(jī)物的功能，不能說(shuō)明分解有機(jī)物的速度。同時(shí)利用空白樣品進(jìn)行對(duì)照，以準(zhǔn)確地獲得銳鈦型納米二氧化鈦分解有機(jī)物的能力。圖3為銳鈦型納米二氧化鈦分解有機(jī)物苯的曲線圖。圖中，橫軸表示光照時(shí)間(小時(shí))，縱軸表示有機(jī)物苯氣體的相對(duì)濃度，為空白樣品的曲線，為表面分散有銳鈦型納米二氧化鈦樣品的曲線。`
[0044]超親水性檢驗(yàn)參照國(guó)標(biāo)GB-T23764-2009光催化自清潔材料性能測(cè)試方法要求由接觸角測(cè)量?jī)x(JC200C1)測(cè)量樣品表面水接觸角。檢測(cè)儀器采用接觸角測(cè)量?jī)xPowerReachJC2000C1。檢驗(yàn)步驟:取大小為50 X 50 X 8mm的涂覆銳鈦型納米二氧化鈦的瓷磚多塊，分別放置于波長(zhǎng)385nm，光強(qiáng)0.15mff/cm2條件下光照90、180、270分鐘。然后用接觸角測(cè)量?jī)x測(cè)量瓷磚表面水滴接觸角。
[0045]抑菌檢驗(yàn)參照國(guó)標(biāo)GB-T23763-2009光催化抗菌材料及制品抗菌性能的評(píng)價(jià)要求檢驗(yàn)。
[0046]本實(shí)施例提供的銳鈦型納米二氧化鈦的制作方法將鈦酸四丁酯和異丙醇混合獲得鈦酸四丁酯異丙醇溶液；然后，在攪拌的情況下將鈦酸四丁酯異丙醇溶液和PVP水溶液混合，獲得銳鈦型納米二氧化鈦溶膠，鈦酸四丁酯發(fā)生水解產(chǎn)生粒徑IOnm左右的納米二氧化鈦；將銳鈦型納米二氧化鈦溶膠分散于材料表面后，并在400-50(TC的溫度下窯燒，去除溶膠中其它化合物而只保留銳鈦型納米二氧化鈦，從而在材料表面形成粒徑為IOnm左右的銳鈦型納米二氧化鈦，該銳鈦型納米二氧化鈦與材料的結(jié)合力強(qiáng)。采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T3810.7-2006《陶瓷磚試驗(yàn)方法》中第7部分:有釉磚表面耐磨性的測(cè)定進(jìn)行洗刷實(shí)驗(yàn)后銳欽型納米二氧化欽仍能完整地保留在材料的表面。
[0047]可以理解的是，以上實(shí)施方式僅僅是為了說(shuō)明本發(fā)明的原理而采用的示例性實(shí)施方式，然而本發(fā)明并不局限于此。對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明的精神和實(shí)質(zhì)的情況下，可以做出各種變型`和改進(jìn)，這些變型和改進(jìn)也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種在建筑材料表面分散銳鈦型納米二氧化鈦的方法，其特征在于，包括: 將鈦酸四丁酯和異丙醇混合，獲得重量濃度為4-6%的鈦酸四丁酯異丙醇溶液； 獲得重量濃度為2%的PVP水溶液； 將所述鈦酸四丁酯異丙醇溶液在攪拌的情況下加入所述PVP水溶液，同時(shí)將控制PH ( 2，使所述鈦酸四丁酯水解獲得銳鈦型納米二氧化鈦溶膠； 將所述銳鈦型納米二氧化鈦溶膠分散于材料表面后在400-50(TC的溫度下窯燒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在建筑材料表面分散銳鈦型納米二氧化鈦的方法，其特征在于，通過(guò)噴涂方式將所述銳鈦型納米二氧化鈦溶膠分散于材料表面；或者，在所述銳鈦型納米二氧化鈦溶膠中加入羥丙基甲基纖維素，然后通過(guò)印刷工藝將所述銳鈦型納米二氧化鈦溶膠分散于材料表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在建筑材料表面分散銳鈦型納米二氧化鈦的方法，其特征在于，利用硝酸或鹽酸控制PH ( 2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在建筑材料表面分散銳鈦型納米二氧化鈦的方法，其特征在于，將所述銳鈦型納米二氧化鈦溶膠分散于材料表面后在400-55(TC的溫度下窯燒15-25分鐘。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在建筑材料表面分散銳鈦型納米二氧化鈦的方法，其特征在于，將所述材料在400-500°C的溫度下處理后冷卻至室溫，然后在材料表面獲得所述銳鈦型納米二氧化鈦溶膠。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5所述的在建筑材料表面分散銳鈦型納米二氧化鈦的方法，其特征在于，所述材料為瓷磚、石材或玻璃。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在建筑材料表面分散銳鈦型納米二氧化鈦的方法，其特征在于，在電窯或燃?xì)飧G中窯燒表面分散有所述銳鈦型納米二氧化鈦溶膠的所述材料。
【文檔編號(hào)】C04B41/85GK103641512SQ201310692627
【公開(kāi)日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2013年12月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月17日
【發(fā)明者】徐伯豫 申請(qǐng)人:瑞阜景豐(北京)科技有限公司