技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種具有光催化性能的多孔超親水薄膜制備，屬于玻璃深加工薄膜制備領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

長期以來氧化鈦以其顯著的光催化性能被廣泛研究，光催化材料接受光照產(chǎn)生躍遷的自由電子，光生電子或空穴與離子或分子結(jié)合生成活性自由基，具有氧化性或還原性，能夠?qū)⒋蠓肿佑袡C物降解。光催化材料廣泛應用于玻璃自清潔、污水處理、異味消除、殺菌消毒等領(lǐng)域。在玻璃薄膜領(lǐng)域，氧化鈦薄膜玻璃對水的潤濕性很好，當水接觸到氧化鈦薄膜的時候往往會在其表面形成一層水膜，保護玻璃基底被塵土顆粒所污染從而達到自清潔的效果。而傳統(tǒng)的氧化鈦自清潔薄膜的光催化性能相對較弱，這樣就限制了氧化鈦薄膜的應用領(lǐng)域。增強氧化鈦膜的親水潤濕性，提高其光催化能力，從而提高氧化鈦薄膜玻璃的自清潔效能同時擴大氧化鈦鍍膜玻璃的應用領(lǐng)域顯得尤為重要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了提供一種具有光催化性能的多孔超親水薄膜制備方法，制備的薄膜具備了較高的光催化性能的同時具有極小的對水接觸角，親水性很好。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種具有光催化性能的多孔超親水薄膜，包括以下步驟：

（1）、首先將現(xiàn)有的5%固含量（質(zhì)量分數(shù)）的聚苯乙烯小球乳液原液，以水稀釋制備固含量為0.01~0.10%的單分散聚苯乙烯PS小球懸浮乳濁液，將表面羥基化的玻璃基底垂直浸入所制備的PS小球懸浮液中，在一定的溫度濕度下，使PS小球自組裝成膠體晶體層作為模板，待用。

（2）、氧化鈦溶膠的制備：一定量的酞酸丁酯與無水乙醇混合均勻，加入少量乙酰丙酮，靜置1~2h，后滴入適量去離子水使酞酸丁酯水解，調(diào)解溶液pH≈2.0~4.0，加入N,N-二甲基甲酰胺，攪拌1~3h后靜置12~36h得到鍍膜前驅(qū)液。

（3）、以預鍍有PS模板層的玻璃為基底，以所制備的氧化鈦溶膠為鍍膜液鍍膜，鍍膜方式為提拉、旋涂、輥涂、刮涂等。將鍍膜玻璃于室溫下靜置1~3h，后于80~120℃的環(huán)境下烘干。

（4）、將烘干的玻璃薄膜于高溫下熱處理，使得PS模板熱裂解去除，得到多孔超親水氧化鈦膜。

本發(fā)明一種具有光催化性能的多孔超親水薄膜制備，其特征也在于：步驟（1）中所述的表面羥基化是將玻璃基底于70%濃硫酸與30%雙氧水的混合溶液中在50~70℃環(huán)境下浸泡1~3h；表面羥基化目的是使玻璃表面親水性增強，基板沉浸在懸濁液里面時，基板的界面與水的表面張力更加匹配，溶劑蒸發(fā)時的毛細管力更強，使小球沉積更容易。

所述的聚苯乙烯小球其直徑為250~350nm；所述溫度為40~70℃，濕度為50~70%。

本發(fā)明一種具有光催化性能的多孔超親水薄膜制備，其特征也在于：步驟（2）中所述酞酸丁酯與無水乙醇其混合體積比為1:10~1:3，所述適量去離子水其與酞酸丁酯的體積比為1:5~1:2，所述N,N-二甲基甲酰胺與酞酸丁酯的體積比為1:4~1:10。

本發(fā)明一種具有光催化性能的多孔超親水薄膜制備，其特征也在于：步驟（3）中所述氧化鈦溶膠氧化鈦固含量為1.0%~6.0%。

本發(fā)明一種具有光催化性能的多孔超親水薄膜制備，其特征也在于：步驟（4）中所述的高溫為400~600℃，熱處理時間為1~3h。

本發(fā)明的優(yōu)點體現(xiàn)在：以模板法制得了多孔結(jié)構(gòu)的薄膜，實現(xiàn)薄膜的優(yōu)良光催化性與極好的親水性的結(jié)合。氧化鈦薄膜由于表面孔結(jié)構(gòu)的存在大大增加了其比表面積，從而使薄膜具有良好的光催化性能，同時表面微結(jié)構(gòu)的存在提升了薄膜表面的潤濕性，使薄膜表現(xiàn)為超親水。薄膜對水的超小接觸角展示了氧化鈦薄膜玻璃作為自清潔玻璃效能提高的潛力，同時優(yōu)良的光催化性能能夠擴展氧化鈦鍍膜玻璃的應用領(lǐng)域。本發(fā)明制備過程易于控制，適合大規(guī)模的推廣。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種具有光催化性能的多孔超親水薄膜制備原理圖（橫截面?zhèn)纫晥D）；

圖2為本發(fā)明所制備薄膜典型的表面形貌特征掃面圖；

圖3為本發(fā)明所制備薄膜典型的接觸角測試圖；

圖4為本發(fā)明所制備薄膜典型的光催化圖譜。

具體實施方式

下面實施例進一步介紹本發(fā)明，但是實施例不會構(gòu)成對本發(fā)明的限制。

實施例1

將現(xiàn)有的5%固含量的聚苯乙烯小球乳液原液，以水稀釋制備固含量為0.02%的單分散聚苯乙烯PS小球懸浮乳濁液，將玻璃基片于70%濃H₂SO₄與30%H₂O₂的混合溶液中在60℃溫度下浸泡2h，垂直浸入所制備的PS小球懸浮液中，在溫度45℃、濕度65%的環(huán)境中下靜置，使PS小球自組裝成膠體晶體層作為模板（如圖1a所示），待用。

取20ml酞酸丁酯與60ml無水乙醇混合均勻，加入5ml乙酰丙酮，靜置1h，后滴入10ml離子水使酞酸丁酯水解，調(diào)解溶液pH=3.0，加入2ml N,N-二甲基甲酰胺，攪拌2h后靜置24h得到鍍膜前驅(qū)液；以預鍍有PS模板層的玻璃為基底，以所制備的氧化鈦溶膠為鍍膜液提拉鍍膜，提拉浸漬速率為60mm/min，浸漬時間1h；將鍍膜玻璃于室溫下靜置1h，后于120℃的環(huán)境下烘干（如圖1b所示）；將圖1b烘干的玻璃薄膜于600℃下熱處理1h，使得PS模板熱裂解去除，得到多孔超親水氧化鈦膜，如圖1c所示。

本實施例中，主要通過控制前驅(qū)體鈦酸四丁酯的量來控制氧化鈦的固含量。

例如本實施例中，20ml酞酸丁酯、60ml無水乙醇、5ml乙酰丙酮、10ml離子水、2ml N,N-二甲基甲酰胺。

20ml酞酸丁酯為19.92g，鈦含量為0.0585mol。故最終形成氧化鈦為0.0585mol，質(zhì)量為4.675g，60ml無水乙醇47.34g，5ml乙酰丙酮4.85g，10ml離子水為10g，2ml N,N-二甲基甲酰胺1.88g，共：83.99g。故氧化鈦固含量為4.675/83.99=5.57%。

由說明書附圖2、3可見所制備典型的薄膜具有有序孔結(jié)構(gòu)的表面微結(jié)構(gòu)，且其與水的接觸角幾乎為0°，達到薄膜表面超親水的效果，并且如圖4所示的光催化圖譜顯示薄膜具有良好的光催化性能。

實施例2

將現(xiàn)有的5%固含量的聚苯乙烯小球乳液原液，以水稀釋制備固含量為0.05%的單分散聚苯乙烯（PS）小球懸浮乳濁液，將玻璃基片于70%濃H₂SO₄與30%H₂O₂的混合溶液中在50℃溫度下浸泡3h，垂直浸入所制備的PS小球懸浮液中，在溫度45℃、濕度65%的環(huán)境中下靜置，使PS小球自組裝成膠體晶體層作為模板，待用。

取12ml酞酸丁酯與60ml無水乙醇混合均勻，加入4ml乙酰丙酮，靜置1.5h，后滴入4ml離子水使酞酸丁酯水解，調(diào)解溶液pH=3.0，加入2ml N,N-二甲基甲酰胺，攪拌2h后靜置24h得到鍍膜前驅(qū)液；以預鍍有PS模板層的玻璃為基底，以所制備的氧化鈦溶膠為鍍膜液旋涂鍍膜，旋涂速率為1000r/min，鍍膜5次；將鍍膜玻璃于室溫下靜置2h，后于100℃的環(huán)境下烘干；將烘干的玻璃薄膜于500℃下熱處理1.5h，使得PS模板熱裂解去除，得到多孔超親水氧化鈦膜。

實施例3

將現(xiàn)有的5%固含量的聚苯乙烯小球乳液原液，以水稀釋制備固含量為0.08%的單分散聚苯乙烯（PS）小球懸浮乳濁液，將玻璃基片于70%濃H₂SO₄與30%H₂O₂的混合溶液中在70℃溫度下浸泡1h，垂直浸入所制備的PS小球懸浮液中，在溫度45℃、濕度65%的環(huán)境中下靜置，使PS小球自組裝成膠體晶體層作為模板，待用。

取8ml酞酸丁酯與60ml無水乙醇混合均勻，加入2ml乙酰丙酮，靜置2h，后滴入2ml離子水使酞酸丁酯水解，調(diào)解溶液pH=3.0，加入2ml N,N-二甲基甲酰胺，攪拌1h后靜置36h得到鍍膜前驅(qū)液；以預鍍有PS模板層的玻璃為基底，以所制備的氧化鈦溶膠為鍍膜液用線棒刮涂鍍膜，將鍍膜玻璃于室溫下靜置3h，后于80℃的環(huán)境下烘干；將烘干的玻璃薄膜于450℃下熱處理2h，使得PS模板熱裂解去除，得到多孔超親水氧化鈦膜。