ПОКРЫТИЯ ИЗ ДИОКСИДА ТИТАНА И СПОСОБЫ ФОРМИРОВАНИЯ ПОКРЫТИЙ ИЗ ДИОКСИДА ТИТАНА С УМЕНЬШЕННЫМ РАЗМЕРОМ КРИСТАЛЛИТОВ Российский патент 2013 года по МПК C23C26/00 B05D5/00 B60J1/00 C03C17/23 C09K3/18 A47G1/00 A61C19/00 A61F9/02 

Область техники

[001] Изобретение относится в целом к покрытиям из диоксида титана и способам формирования покрытий из диоксида титана, имеющих улучшенную фотокаталитическую активность, к примеру, за счет уменьшения размера кристаллитов.

Предпосылки

[002] Диоксид титана (TiO₂, известный также как двуокись титана) широко изучали из-за его потенциальных фотокаталитических применений. Диоксид титана только поглощает ультрафиолетовое (УФ) излучение. Когда диоксид титана облучают УФ-светом, генерируются пары электрон-дырка. Электроны генерируются в зоне проводимости, а дырки - в валентной зоне. Пары электрон и дырка восстанавливают и окисляют соответственно адсорбаты на поверхности диоксида титана, производя частицы-радикалы, такие как ОН^- и О₂ ^-. Такие радикалы могут разлагать определенные органические соединения или загрязняющие вещества, например, обращая их в безвредные неорганические соединения. В результате покрытия из диоксида титана нашли применение в антимикробных и самоочищающихся покрытиях.

[003] Чтобы активировать диоксид титана для фотогенерации таких пар электрон-дырка (т.е. фотокаталитической активности) и, таким образом, придать диоксиду титана антимикробные свойства и/или свойства самоочищения, диоксид титана должен регулярно дозироваться фотонами с энергией, большей или равной 3,0 эВ (т.е. излучением, имеющим длину волны менее 413 нм). В зависимости от переменных параметров, таких как структура, ингредиенты и текстура покрытий из диоксида титана, например, дозирование может занимать несколько часов, таких как, например, 6 часов или более. Поэтому антимикробные покрытия из диоксида титана должны в целом подвергаться воздействию УФ-излучения в течение по меньшей мере примерно 6 часов до достижения полного фотокаталитического эффекта.

[004] Были сделаны попытки расширить поглощение энергии диоксидом титана до видимого света и улучшить фотокаталитическую активность диоксида титана. Например, могут быть добавлены примесные элементы-металлы, такие как серебро. Это может, например, способствовать разделению электронов-дырок, поскольку серебро может служить в качестве электронной ловушки и может облегчать возбуждение электронов локальным электрическим полем.

[005] Кроме того, диоксид титана, как было показано, обладает высокими гидрофильными свойствами при воздействии УФ-излучением. Такая гидрофильность может быть полезной в определенных вариантах воплощения, таких как, например, определенные варианты воплощения покрытия. Не желая ограничиваться в теории, полагают, что фотоиндуцированная гидрофильность является результатом фотокаталитического расщепления воды с помощью механизма фотокаталитической активности диоксида титана, т.е., например, с помощью фотогенерированных пар электрон-дырка. При воздействии УФ-излучения угол смачивания водой покрытий из диоксида титана достигает 0°, т.е. супергидрофильности.

[006] Сегодняшние методы нанесения покрытия, включающего диоксид титана, часто дают в результате невыгодную потерю гидрофильности и/или фотокаталитической активности (и, таким образом, антимикробных свойств и/или свойств самоочищения) диоксида титана. Это может быть обусловлено образованием различных фаз диоксида титана во время процесса нанесения покрытия. Например, диоксид титана фазы анатаза типично трансформируется в диоксид титана фазы рутила при нагревании до температур выше 600°C, так что может быть использован во время процесса нанесения покрытия или когда покрытую диоксидом титана подложку закаливают. Фаза рутила имеет менее желательные свойства поверхности покрытия, чем фаза анатаза, такие как, например, менее желательные гидрофильность и антимикробные свойства и/или свойства самоочищения.

[007] Таким образом, в промышленности имеется назревшая потребность в способах формирования покрытия из диоксида титана, имеющего повышенную каталитическую активность, такую как антимикробные свойства и/или свойства самоочищения и/или гидрофильности, и/или уменьшенное время дозирования. Описанное здесь изобретение может, в нескольких вариантах воплощения, удовлетворять все или некоторые из этих потребностей.

Раскрытие

[008] В соответствии с различными примерными вариантами воплощения изобретения теперь были открыты способы улучшения по меньшей мере одной из гидрофильности и фотокаталитической активности, к примеру, антимикробные свойства и/или свойства самоочищения покрытий из диоксида титана.

[009] По меньшей мере один примерный вариант воплощения изобретения относится к способам формирования покрытий из диоксида титана, содержащих кристаллы с уменьшенным размером кристаллитов, для того чтобы улучшить по меньшей мере одно из фотокаталитической активности (и, таким образом, антимикробные свойства и/или свойства самоочищения) и гидрофильности покрытий из диоксида титана. Дополнительные примерные варианты воплощения относятся к покрытиям из диоксида титана, содержащим кристаллы с уменьшенным размером кристаллитов.

[0010] Примерные способы содержат, например, приготовление золь-гель композиции, покрытие подложки золь-гель композицией, а затем нагревание покрытия для образования покрытия из диоксида титана, содержащего кристаллы с уменьшенным размером кристаллитов.

[0011] Другие примерные варианты воплощения изобретения относятся к антимикробным и/или самоочищающимся покрытиям, включая покрытия из диоксида титана фазы анатаза. Дополнительный примерный вариант воплощения содержит покрытия из диоксида титана фазы анатаза, имеющие улучшенную гидрофильность. Другие варианты воплощения также включают подложку, покрытую покрытием из диоксида титана согласно различным примерным вариантам воплощения изобретения.

[0012] Использованные здесь термины "увеличенная" или "улучшенная фотокаталитическая активность" означают любое уменьшение времени активации покрытия из диоксида титана в определенный период времени или любое увеличение количества органического материала, разложенного покрытием из диоксида титана за определенный период времени, по сравнению с покрытиями из диоксида титана, не соответствующими различным вариантам воплощения изобретения. Аналогично термины "увеличенные" или "улучшенные антимикробные свойства" либо "увеличенные" или "улучшенные свойства самоочищения" подобным же образом означают любое увеличение количества органического материала, разложенного покрытием из диоксида титана за определенный период времени, по сравнению с покрытиями из диоксида титана, не соответствующими различным вариантам воплощения изобретения.

[0013] По всему этому раскрытию термины "фотокаталитическая активность", "антимикробные свойства" и/или "свойства самоочищения" могут использоваться взаимозаменяемо, выражая то, что антимикробные свойства и/или свойства самоочищения покрытий из диоксида титана являются результатом фотокаталитической активности этих покрытий.

[0014] Использованный здесь термин "время активации" означает время, требующееся облучаемому УФ-излучением покрытию из диоксида титана для того, чтобы разложить определенную процентную долю органического материала за некий период времени.

[0015] Использованный здесь термин "увеличенная" или "улучшенная гидрофильность" означает любое уменьшение угла смачивания водой по сравнению с покрытиями из диоксида титана, не соответствующими различным вариантам воплощения изобретения. Угол смачивания водой представляет собой меру угла между водой и поверхностью материала. Меньший угол смачивания водой указывает на материал, который является более гидрофильным, чем материал с более высоким углом смачивания водой. Капли воды на более гидрофильных поверхностях имеют тенденцию распространяться или сплющиваться, тогда как на менее гидрофильных поверхностях вода имеет тенденцию сворачиваться или образовывать капли, которые являются более сферическими по форме, и угол смачивания водой этих поверхностей обычно больше.

[0016] Использованный здесь термин "размер кристаллитов" означает средний размер кристаллов фазы анатаза в покрытии из диоксида титана. Покрытие из диоксида титана, имеющее "уменьшенный размер кристаллитов" или "содержащее кристаллы с уменьшенным размером кристаллитов", включает такие покрытия со средним размером кристаллитов меньшим, чем у покрытий, не соответствующих различным вариантам воплощения изобретения. Размер кристаллитов может быть определен любым методом, известным специалистам в данной области техники. Например, в одном примерном варианте воплощения размер кристаллитов может быть определен с помощью рентгенодифрактограммы, используя формулу Шерера для размера кристаллитов (уравнение 1):

где L - размер кристаллита в нм, K - константа (0,8), Х - длина волны рентгеновского источника (0,1541 нм для Cu), B_1/2 - полная ширина на половине высоты пика (100), а θ - брэгговский угол пика (100).

[0017] Использованный здесь термин "золь-гель композиция" означает химический раствор, содержащий соединение титана, которое образует полимер, когда растворитель удаляют, например, путем нагревания или любыми другими средствами, известными специалистам в данной области техники.

[0018] Использованный здесь термин "закаливаемое" означает покрытие из диоксида титана, которое может быть нагрето до температуры, достаточной для закалки подложки, на которой оно сформировано, без образования диоксида титана фазы рутила.

[0019] Описанное здесь изобретение относится к покрытиям из диоксида титана и способам формирования покрытий из диоксида титана, содержащих кристаллы с уменьшенным размером кристаллитов. В последующем описании становятся очевидными определенные аспекты и варианты воплощения. Следует понимать, что изобретение, в его самом широком смысле, могло бы быть осуществлено на практике без наличия одного или более признаков из этих аспектов и вариантов воплощения. Следует понимать, что эти аспекты и варианты воплощения являются только примерными и пояснительными и не являются ограничивающими заявленное изобретение.

Краткое описание чертежей

[0020] Следующие чертежи, которые описываются ниже и которые включены в описание и составляют его часть, иллюстрируют примерные варианты воплощения изобретения и не должны считаться ограничивающими объем изобретения, и изобретение может допускать другие в равной степени эффективные варианты воплощения.

[0021] ФИГ.1 представляет собой спектр поглощения покрытия из диоксида титана из сравнительного примера при различных временных интервалах УФ-облучения;

[0022] ФИГ.2 представляет собой спектр поглощения покрытия из диоксида титана из примера 1 при различных временных интервалах УФ-облучения;

[0023] ФИГ.3 представляет собой спектр поглощения покрытия из диоксида титана из примера 2 при различных временных интервалах УФ-облучения;

[0024] ФИГ.4 представляет собой спектр поглощения покрытия из диоксида титана из примера 3 при различных временных интервалах УФ-облучения;

[0025] ФИГ.5 представляет собой спектр поглощения покрытия из диоксида титана из примера 4 при различных временных интервалах УФ-облучения;

[0026] ФИГ.6 представляет собой спектр поглощения покрытия из диоксида титана из примера 5 при различных временных интервалах УФ-облучения;

[0027] ФИГ.7 представляет собой график угла смачивания водой примерных покрытий из диоксида титана по изобретению как функцию размера кристаллитов примерных покрытий из диоксида титана; и

[0028] ФИГ.8 представляет собой график разложения стеариновой кислоты на примерных покрытиях из диоксида титана как функцию размера кристаллитов покрытий из диоксида титана.

Описание примерных вариантов воплощения

[0029] Теперь будет сделана ссылка на различные примерные варианты воплощения изобретения, примеры которых проиллюстрированы на прилагающихся чертежах. Однако, эти различные примерные варианты воплощения не предназначены ограничивать раскрытие, но в них изложены довольно многочисленные конкретные подробности для того, чтобы обеспечить исчерпывающее понимание изобретения. Однако специалистам в данной области техники будет очевидно, что изобретение может быть осуществлено на практике без нескольких или всех из этих конкретных подробностей, и раскрытие предназначено охватить альтернативы, модификации и эквиваленты. Например, хорошо известные признаки и/или технологические стадии могут не описываться подробно с тем, чтобы излишне не затруднять понимание изобретения.

[0030] Настоящее изобретение предусматривает примерные способы формирования покрытий из диоксида титана, содержащих кристаллы с уменьшенным размером кристаллитов, для того чтобы улучшить фотокаталитическую активность, к примеру, антимикробные свойства и/или свойства самоочищения, и/или гидрофильность покрытия.

[0031] Не желая быть связанными теорией, полагают, что уменьшенный размер кристаллитов у кристаллов покрытия из диоксида титана ведет к большей площади поверхности. Большая площадь поверхности может, например, вести к большему числу радикалов, которые образуются на покрытии из диоксида титана, что, в свою очередь, может вести к (1) улучшенной фотокаталитической активности, к примеру, антимикробным свойствам и/или свойствам самоочищения, потому что число радикалов может быть непосредственно связано с величиной доступной площади поверхности, и/или (2) улучшенной гидрофильности, потому что число радикалов, которые присутствуют и доступны для привлечения их к молекулам воды, является большим.

[0032] Один примерный способ в соответствии с изобретением содержит приготовление золь-гель композиции, содержащей соединение титана, покрытие подложки этой золь-гель композицией и нагревание покрытия для образования покрытия из диоксида титана с уменьшенным размером кристаллитов.

[0033] В по меньшей мере одном варианте воплощения золь-гель композиция содержит алкоголят титана или хлорид титана. Примеры алкоголятов титана, которые могут быть использованы в золь-гель композициях согласно настоящему изобретению, включают, но не ограничиваются ими, н-бутоксид титана, тетра-изо-бутоксид титана (ТТИБ), изопропоксид титана и этоксид титана. В по меньшей мере одном варианте воплощения золь-гель композиция содержит тетра-изо-бутоксид титана.

[0034] В по меньшей мере одном варианте воплощения золь-гель композиция дополнительно содержит поверхностно-активное вещество, которое может улучшить процесс нанесения покрытия. Примеры поверхностно-активных веществ, которые могут быть использованы в соответствии с настоящим изобретением, включают в себя, но не ограничиваются ими, неионогенные поверхностно-активные вещества, такие как алкилполисахариды, алкиламинэтоксилаты, этоксилаты касторового масла, этоксилаты цетостеарилового спирта, этоксилаты децилового спирта и сложные эфиры этиленгликоля.

[0035] Различные примерные способы в соответствии с изобретением могут уменьшать размер кристаллитов покрытий из диоксида титана и/или могут улучшать по меньшей мере одно из гидрофильности и фотокаталитической активности, к примеру, антимикробные свойства и/или свойства самоочищения покрытий.

[0036] В различных примерных вариантах воплощения покрытия из диоксида титана, содержащие кристаллы с уменьшенным размером кристаллитов, могут быть сформированы на подложке. Соответственно, подложки, покрытые покрытием из диоксида титана согласно различным примерным вариантам воплощения изобретения, также предусмотрены в настоящем описании. Специалисту в данной области техники будут легко понятны те типы подложек, которые могут быть покрыты описанными здесь примерными покрытиями.

[0037] В одном примерном варианте воплощения подложка может содержать стеклянную подложку. В различных примерных вариантах воплощения стеклянная подложка может быть выбрана из стандартного прозрачного стекла, такого как флоат-стекло, или стекла с низким содержанием железа, такого как ExtraClear™, UltraWhite™ или солнцезащитных стекол, производимых компанией Guardian Industries.

[0038] В по меньшей мере одном варианте воплощения подложку, такую как стеклянная, покрывают золь-гель композицией и нагревают при температуре, достаточной для уменьшения размера кристаллитов диоксида титана. В по меньшей мере одном варианте воплощения покрытую золь-гель композицией подложку нагревают при температуре примерно 500°C или более. В определенных вариантах воплощения подложку могут нагревать в течение вплоть до 3 часов. В по меньшей мере одном другом варианте воплощения покрытую золь-гель композицией подложку нагревают при температуре примерно 625°C или более. В определенных вариантах воплощения подложку могут нагревать в течение примерно 3-4 минут, к примеру, примерно 3½ минуты. Специалисту в данной области техники будет понятно, что другие температуры и времена нагревания также могут быть использованы и должны выбираться так, что образуется диоксид титана фазы анатаза. Например, покрытия из диоксида титана можно нагревать при температуре, составляющей в диапазоне от примерно 550°C до примерно 650°C. Покрытия из диоксида титана можно также нагревать при более низких температурах, при условии, что образуется диоксид титана фазы анатаза. Специалист в данной области техники может выбрать температуру и время нагревания, основываясь, например, на подходящей температуре и времени для нагревания с образованием покрытия из диоксида титана, содержащего кристаллы с уменьшенным размером кристаллитов, свойствами желательного покрытия из диоксида титана, такими как толщина покрытия или толщина подложки, и т.д. Например, более тонкое покрытие может требовать нагревания при более низкой температуре или в течение более короткого времени, чем более толстое покрытие. Аналогично, подложка, которая толще или имеет более низкую теплопередачу, может требовать более высокой температуры или более длительного времени, чем подложка, которая тоньше или имеет высокую теплопередачу. Использованная здесь фраза "нагревают при" определенной температуре означает, что термошкаф или печь устанавливают на эту конкретную температуру. Определение соответствующего времени нагревания вполне укладывается в рамки возможностей специалистов в данной области техники, требуя не более чем рутинного исследования.

[0039] В по меньшей мере одном варианте воплощения подложка может быть покрыта золь-гель композицией способом, выбранным из нанесения золь-гель композиции на подложку методом центрифугирования, нанесения золь-гель композиции на подложку методом распыления и нанесения золь-гель композиции на подложку методом погружения, или любым другим методом, известным специалистам в данной области техники.

[0040] Закаливаемые покрытия из диоксида титана фазы анатаза могут быть сформированы согласно по меньшей мере одному способу по настоящему изобретению. Например, покрытие из диоксида титана фазы анатаза, образованное на стеклянной подложке, может быть нагрето при температуре, достаточной для закалки стеклянной подложки без образования фазы рутила диоксида титана, т.е. диоксид титана остается в фазе анатаза, когда стеклянную подложку закаливают.

[0041] Настоящее изобретение также предусматривает, в по меньшей мере одном варианте воплощения, покрытие из диоксида титана с уменьшенным размером кристаллитов, имеющее улучшенную гидрофильность, такое как, например, при образовании на подложке. Например, покрытие из диоксида титана с уменьшенным размером кристаллитов может иметь угол смачивания водой при воздействии УФ-излучения менее 10°, такой как менее 7°.

[0042] В по меньшей мере одном варианте воплощения настоящего изобретения покрытие из диоксида титана фазы анатаза содержит кристаллы диоксида титана, имеющие размер кристаллитов менее примерно 35 нм, такой как менее примерно 25 нм.

[0043] Настоящее изобретение дополнительно проиллюстрировано следующими неограничивающими примерами, которые приведены для дополнительной помощи специалистам в данной области техники в понимании изобретения.

[0044] Если не указано иное, все приведенные здесь числа, такие как те, которые выражают весовые проценты ингредиентов и величины определенных физических свойств, использованные в описании и формуле изобретения, следует понимать как модифицированные во всех случаях термином "примерно", указано ли именно так или нет. Должно быть также понятно, что точные численные значения, использованные в описании и формуле изобретения, образуют дополнительные варианты воплощения изобретения. В примерах были сделаны попытки обеспечить точность численных значений, раскрытых в примерах. Любое измеренное численное значение, однако, может, по сути, содержать определенные погрешности, получающиеся в результате стандартного отклонения, наблюдаемого в соответствующем ему методе измерения.

[0045] Использованный здесь "вес.%", или "весовой процент", или "процент по весу" компонента, если явно не указано иное, дан в расчете на общей вес композиции или изделия, в состав которой(го) включен этот компонент. Все использованные здесь процентные содержания даны по весу, если не указано иное.

[0046] Следует отметить, что используемые в этом описании и прилагающейся формуле изобретения формы единственного числа включают множественные объекты ссылки, если явно и недвусмысленно не ограничено одним объектом ссылки, и наоборот. Таким образом, в качестве только примера, ссылка на "подложку" может относиться к одной или более подложкам, а ссылка на "покрытие из диоксида титана" может относиться к одному или более покрытиям из оксида титана. Использованное здесь понятие "включать в себя" и его грамматические варианты предназначены быть неограничивающими, так что указание элементов в списке не означает исключения других подобных элементов, которые могут быть заменены или добавлены к перечисленным элементам.

[0047] Специалистам в данной области техники будет очевидно, что в настоящее изобретение могут быть внесены различные модификации и изменения без отступления от объема его идей. Другие варианты воплощения раскрытия будут очевидны специалистам в данной области техники из рассмотрения описания и при осуществлении на практике раскрытых здесь идей. Предполагается, что варианты воплощения, описанные в описании, следует считать только примерными.

ПРИМЕРЫ

Сравнительный пример

[0048] Золь диоксида титана готовили путем смешивания 6 г тетра-изо-бутоксида титана (ТТИБ) в растворе, содержащем 25 г этанола и 2 г азотной кислоты. Смесь взбалтывали в течение 1 ч. Покрытие из чистого диоксида титана изготовляли с помощью метода нанесения покрытия центрифугированием на стеклянную подложку при 700 об/мин в течение 30 с. Покрытие термически обрабатывали в печи при 450°C в течение 3½ мин. Образовавшееся покрытие из диоксида титана был аморфным. Фаза анатаза диоксида титана еще не начала кристаллизоваться при нагревании при 450°C. Аморфное покрытие из диоксида титана имело угол смачивания водой 39,47°.

[0049] Фотокаталитическую активность в раскрытых здесь примерах испытывали, используя испытание со стеариновой кислотой, в котором измеряли разложение стеариновой кислоты на покрытиях из анатазного диоксида титана. Чтобы провести это испытание со стеариновой кислотой, готовили 8,8×10^-3 М раствор стеариновая кислота/метанол. Раствор стеариновая кислота/метанол наносили методом центрифугирования на поверхность покрытия из анатазного диоксида титана при 2000 об/мин в течение 30 сек. Концентрацию стеариновой кислоты измеряли с помощью спектрометра Nicolet 6700 FT-IR путем интегрирования пиков поглощения молекул стеариновой кислоты между 2700 и 3100 см^-1. Концентрацию стеариновой кислоты затем измеряли при различных временных интервалах УФ-облучения покрытия из анатазного диоксида титана. Для УФ-облучения использовали две УФ-лампы с мощностью 1300 мкВт/см² и длиной волны 340 нм.

[0050] ФИГ.1 показывает спектры поглощения покрытия из чистого анатазного диоксида титана из сравнительного примера. В каждом из спектров поглощения, показанных на ФИГ.1-6, спектры маркированы после УФ-облучения в течение (А) 0 ч, (В) 2 ч, (C) 5 ч, (D) 21 ч.

[0051] Как можно видеть на ФИГ.1, пики поглощения для стеариновой кислоты, оставшейся на покрытии после воздействия на покрытие из диоксида титана из сравнительного примера УФ-облучения в течение 21 часа, спектральные пики стеариновой кислоты составляли 81,73% и 79,91% от исходных пиков для пиков при 2920 см^-1 и 2850 см^-1 соответственно.

Пример 1

[0052] Покрытие из примера 1 готовили аналогичным покрытию из сравнительного примера, за исключением того, что это покрытие термически обрабатывали в печи при 500°C в течение 3 ч, что дало в результате кристаллическое покрытие из анатазного диоксида титана. Угол смачивания водой покрытия из анатазного диоксида титана из примера 1 был 34,2°.

[0053] ФИГ.2 представляет собой спектр поглощения покрытия из анатазного диоксида титана из примера 1 при различных временных интервалах УФ-облучения. Как видно из ФИГ.2, пики поглощения стеариновой кислоты на покрытии из анатазного диоксида титана из примера 1 после 21 часа УФ-облучения составляли 79,07% и 70,78% от размера исходных пиков для пиков при 2920 см^-1 и 2850 см^-1 соответственно.

Пример 2

[0054] Покрытие из примера 2 готовили аналогичным покрытию из сравнительного примера за исключением того, что это покрытие термически обрабатывали в печи при 550°C в течение 2 ч, получая в результате кристаллическое покрытие из анатазного диоксида титана. Угол смачивания водой покрытия из диоксида титана из примера 2 был 26,21°.

[0055] ФИГ.3 представляет собой спектр поглощения покрытия из диоксида титана из примера 2 при различных временных интервалах УФ-облучения. Как видно из ФИГ.3, пики поглощения стеариновой кислоты на покрытии из диоксида титана из примера 2 после 21 часа УФ-облучения составляли 28,77% и 22,42% от размера исходных пиков для пиков при 2920 см^-1 и 2850 см^-1 соответственно.

Пример 3

[0056] Покрытие из примера 3 готовили аналогичным покрытию из сравнительного примера за исключением того, что это покрытие термически обрабатывали в печи при 575°C в течение 2 ч, получая в результате кристаллическое покрытие из анатазного диоксида титана. Угол смачивания водой покрытия из диоксида титана из примера 3 был 9,72°.

[0057] ФИГ.4 представляет собой спектр поглощения покрытия из диоксида титана из примера 3 при различных временных интервалах УФ-облучения. Как видно из ФИГ.4, пики поглощения стеариновой кислоты на покрытии из диоксида титана из примера 3 после 21 часа УФ-облучения составляли 5,23% и 5,91% от размера исходных пиков для пиков при 2920 см^-1 и 2850 см^-1 соответственно.

Пример 4

[0058] Покрытие из примера 4 готовили аналогичным покрытию из сравнительного примера за исключением того, что это покрытие термически обрабатывали в печи при 600°C в течение 3½ мин, получая в результате кристаллическое покрытие из анатазного диоксида титана. Угол смачивания водой покрытия из диоксида титана из примера 4 был 9,54°.

[0059] ФИГ.5 представляет собой спектр поглощения покрытия из диоксида титана из примера 4 при различных временных интервалах УФ-облучения. Как видно из ФИГ.5, пики поглощения стеариновой кислоты на покрытии из диоксида титана из примера 4 после 21 часа УФ-облучения составляли 2,74% и 3,83% от размера исходных пиков для пиков при 2920 см^-1 и 2850 см^-1 соответственно.

Пример 5

[0060] Покрытие из примера 5 готовили аналогичным покрытию из сравнительного примера за исключением того, что это покрытие термически обрабатывали в печи при 625°С в течение 3½ мин, получая в результате кристаллическое покрытие из анатазного диоксида титана. Угол смачивания водой покрытия из диоксида титана из примера 5 был 6,91°.

[0061] ФИГ.6 представляет собой спектр поглощения покрытия из диоксида титана из примера 5 при различных временных интервалах УФ-облучения. Как видно на ФИГ.6, пики поглощения стеариновой кислоты на покрытии из диоксида титана из примера 5 после 21 часа УФ-облучения составляли 1,32% и 1,66% от размера исходных пиков для пиков при 2920 см^-1 и 2850 см^-1 соответственно.

[0062] Угол смачивания водой как функция размера кристаллита показан на ФИГ.7. Как можно видеть на ФИГ.7, угол смачивания водой уменьшается по мере того, как уменьшается размер кристаллитов. Размер кристаллитов определяют по их рентгенодифрактограмме, используя формулу Шерера для размера кристаллитов (уравнение 1):

где L - размер кристаллитов в нм, K - константа (0,8), λ - длина волны рентгеновского источника (0,1541 нм для Cu), B_1/2 - полная ширина на половине высоты пика (100), а θ - брэгговский угол пика (100).

[0063] График, изображающий разложение стеариновой кислоты на покрытиях из диоксида титана из сравнительного примера и примеров 1-5 после подвергания покрытий из диоксида титана воздействию УФ-излучения в течение 21 часа как функцию размера кристаллитов, показан на ФИГ.8, где (А) представлен пик поглощения при 2920 см^-1, а (В) представлен пик поглощения при 2850 см^-1. Как можно видеть на ФИГ.8, уменьшение размера кристаллитов дает в результате увеличение величины разложения стеариновой кислоты.

Изобретение относится к способу формирования покрытия и покрытию из диоксида титана, содержащему кристаллы с размером кристаллитов менее 35 нм. Готовят золь-гель композиции, наносят их на подложку и покрытую подложку нагревают при температуре, достаточной для образования покрытия из диоксида титана с кристаллами с размером кристаллитов менее 35 нм. Покрытие из диоксида титана, содержащее кристаллы с размером кристаллитов менее 35 нм, имеет по меньшей мере одно из улучшенных антимикробных свойств, свойств самоочищения и/или гидрофильности. Полученное покрытие имеет улучшенную фотокаталитическую активность. 4 н. и 14 з.п. ф-лы, 8 ил., 5 пр.

1. Способ формирования на подложке покрытия из диоксида титана, содержащий:
приготовление золь-гель композиции диоксида титана;
покрытие подложки золь-гель композицией; и
нагревание покрытой подложки при температуре, достаточной для образования покрытия из диоксида титана, содержащего кристаллы с размером кристаллитов менее примерно 35 нм.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что упомянутую покрытую подложку нагревают при температуре, по меньшей мере, 575°С.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что упомянутую покрытую подложку нагревают при температуре, по меньшей мере, примерно 600°С.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что покрытую подложку нагревают при температуре, достаточной для образования покрытия из диоксида титана, имеющего угол смачивания водой менее примерно 10°.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что покрытие из диоксида титана содержит кристаллы с размером кристаллитов менее примерно 25 нм.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что подложка содержит стеклянную подложку.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что стеклянную подложку выбирают из стекла прозрачного и с низким содержанием железа.

8. Способ формирования на подложке покрытия из диоксида титана, обладающего по меньшей мере одним из антимикробных свойств, свойств самоочищения и гидрофильности, содержащий:
приготовление золь-гель композиции диоксида титана;
покрытие подложки золь-гель композицией; и
нагревание покрытой подложки для образования покрытия из диоксида титана, содержащего кристаллы с размером кристаллитов менее примерно 35 нм.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что покрытую подложку нагревают при температуре, по меньшей мере, примерно 575°С.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что покрытую подложку нагревают при температуре, по меньшей мере, примерно 600°С.

11. Способ по п.8, отличающийся тем, что упомянутые кристаллы имеют размер кристаллитов менее примерно 25 нм.

12. Способ по п.8, отличающийся тем, что покрытие из диоксида титана имеет угол смачивания водой менее примерно 10°.

13. Подложка, содержащая покрытие из диоксида титана, содержащее кристаллы с размером кристаллитов менее примерно 35 нм.

14. Подложка по п.13, отличающаяся тем, что покрытие из диоксида титана содержит кристаллы с размером кристаллитов менее примерно 25 нм.

15. Подложка по п.13, отличающаяся тем, что покрытие из диоксида титана имеет угол смачивания водой менее примерно 10°.

16. Подложка по п.13, отличающаяся тем, что подложка содержит стеклянную подложку.

17. Подложка по п.16, отличающаяся тем, что стеклянная подложка выбрана из стекла прозрачного и с низким содержанием железа.

18. Покрытие из диоксида титана, имеющее по меньшей мере одно из улучшенных антимикробных свойств, улучшенных свойств самоочищения и улучшенной гидрофильности, при этом упомянутое покрытие из диоксида титана изготовлено путем:
приготовления золь-гель композиции диоксида титана;
покрытия подложки золь-гель композицией; и
нагревания покрытой подложки для образования покрытия из диоксида титана, содержащего кристаллы с размером кристаллитов менее примерно 35 нм.