專利名稱：塑膠工件表面制備高催化活性二氧化鈦薄膜的方法
塑膠工件表面制備高催化活性二氧化鈦薄膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種塑膠工件表面制備高催化活性二氧化鈦薄膜的方法，特別是 一種制程簡單、高效與環(huán)保的塑膠工件表面制備髙催化活性二氧化鈦薄膜的方 法。背景技術(shù)：
電泳涂裝的原理電泳涂裝是將導(dǎo)電工件浸漬在電泳涂料槽子中作為陽極 (或陰極)，在槽中另設(shè)對應(yīng)的陰極(或陽極)，在兩極間通一定時間的直流 電，在被涂物上析出均一、水不溶涂膜的一種涂裝方法。
目前用于電泳涂裝的被涂物只限于金屬工件(導(dǎo)體)，塑膠工件(如筆記型 電腦外殼、LCDTV外殼、掌上型電腦外殼、手機(jī)外殼等)因是非導(dǎo)體，故不能導(dǎo) 入此涂裝工藝。
傳統(tǒng)的涂裝技術(shù)主要有噴涂、靜電、粉體等方式的涂裝，但在環(huán)保方面都 有不可避免的環(huán)境污染問題，如采用吹氣式噴槍涂裝作業(yè)，不但浪費(fèi)油漆而且作 業(yè)效率低。而電泳涂裝則有如下優(yōu)點a.提高了產(chǎn)品的防腐性和裝飾性，同時 簡化了表面處理的工藝流程和減少貴重金屬廢水排放量；b.大大減少廢水的排 放量，從而降低成本。電泳涂裝在環(huán)境污染和所使用的有機(jī)化學(xué)物方面也有很
高的環(huán)保性。其具體表現(xiàn)為電泳涂裝使用水溶性涂料，涂料中80%以上是水
分。與其它水溶性涂料相比，溶劑含量少，且因低濃度，無火災(zāi)危險，涂料回 收好，溶劑含量低，對水質(zhì)和大氣污染少，對環(huán)境的污染也相應(yīng)減少。電泳涂 裝主要使用丙烯酸樹脂或環(huán)氧樹脂(無鉛)，對人體無特別的毒性。電泳涂裝過
程中帶出的涂料可100%的回收利用。與噴涂法等相比，涂料的有效利用率可高 于95%。電泳涂裝在實際應(yīng)用中顯示出高效、優(yōu)質(zhì)、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點，受到世 界各國涂裝界的重視，所以電泳涂裝是今后涂裝發(fā)展最有前途的工藝之一。
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們的健康和環(huán)境意識逐漸增強(qiáng)，越來越希望生活在更 加干凈美麗的環(huán)境中，市場對抗菌制品的需求也會越來越旺盛。
二氧化鈦半導(dǎo)體薄膜在光照射下具有分解有機(jī)物和超親水性現(xiàn)象，因而引 起廣泛關(guān)注。其防污、除臭、殺菌、防霧和"自清潔"等功能已被廣為開發(fā)。但是， 二氧化鈦禁帶寬度較寬(E 二3.2 eV)，只能吸收短波范圍(<387 nm)的太陽光能 (只占全部太陽光能的1%)，使得太陽光能的利用率較低。因此，降低二氧化鈦 的禁帶寬度，促使其光吸收范圍向可見光波長方向移動，是提高二氧化鈦光催 化效能的有效手段之一。摻雜是促使二氧化鈦吸收光譜向可見光擴(kuò)展的方法之 一，金屬離子摻雜能夠?qū)崿F(xiàn)光催化劑的吸收光譜向可見光擴(kuò)展。
常見的二氧化鈦涂膜的制備方法采用溶膠-凝膠法(Sol-gel)，化學(xué)氣相沉 積法(CVD)，物理氣相沉積(PVD)、陰/陽極電沉積法、自組裝制膜等等。其 制備方法和設(shè)備都相對比較復(fù)雜，成本高。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種制程簡單、高效與環(huán)保的塑膠工件表面制 備高催化活性二氧化鈦薄膜的方法。
為達(dá)上述目的，本發(fā)明提供一種塑膠工件表面制備高催化活性二氧化鈦薄 膜的方法，其包括以下步驟提供一塑膠工件；將該塑膠工件的表面進(jìn)行粗化 處理以增加附著性；將經(jīng)粗化處理的塑膠工件的表面進(jìn)行清洗處理；將經(jīng)清洗 處理的塑膠工件的表面進(jìn)行導(dǎo)電前處理，以在經(jīng)淸洗處理的塑膠工件的表面鍍 上一金屬層；將經(jīng)導(dǎo)電前處理的塑膠工件的表面進(jìn)行電泳涂裝處理，以形成二 氧化鈦涂膜；將經(jīng)電泳涂裝處理的塑膠工件的表面進(jìn)行稀土摻雜處理。
與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明塑膠工件表面制備高催化活性二氧化鈦薄膜的 方法具有以下優(yōu)點
1. 制程和工藝簡單，量產(chǎn)性高(即高效)；
2. 適合導(dǎo)電處理的塑膠基材；
3. 制備的涂膜具有抗菌/自潔等功效；
4. 環(huán)保幾乎不產(chǎn)生任何廢棄物，對環(huán)境相當(dāng)友好；
5. 光催化反應(yīng)效果明顯改善。 ' 在經(jīng)過導(dǎo)電處理的塑膠工件上采用此電泳法制備二氧化鈦涂膜，制備的二
氧化鈦涂膜可達(dá)到抗菌/自潔等功效。此法制備之產(chǎn)品，膜層均勻、厚度可控。 且通過本方法處理的塑膠工件表面具有抗菌、自潔等多種光催化功能，可以用 在需要抗菌/自潔等訴求之3C產(chǎn)品的外飾件上，具有極好的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用前景。

圖1是本發(fā)明塑膠工件表面制備高催化活性二氧化鈦薄膜的方法的流程圖。
具體實施方式
請參閱圖l所示，本發(fā)明塑膠工件表面制備高催化活性二氧化鈦薄膜的方 法包括以下步驟
步驟101:提供一塑膠工件，其中該塑膠工件的材料可選擇以下的任一種，
例如PC (中文為聚碳酸酯)、ABS (中文為丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚物)、 PC/ABS合金、PP (中文為聚丙烯)、PS (中文為聚苯乙烯)、PE (中文為聚乙烯)、 PA (中文為尼龍)、PA/GF混合材料(GF的中文為玻璃纖維)、PA/CF混合材料(CF 的中文為碳纖維)、PC/GF混合材料、PC/CF混合材料等。
步驟102:將該塑膠工件的表面進(jìn)行粗化處理以增加附著性，于本實施例中， 粗化處理采用的氣壓為低氣壓(0.025MPa)，采用的粗化物為180#棕剛玉沙粒。
步驟103:將經(jīng)粗化處理的塑膠工件的表面進(jìn)行清洗處理，于本實施例中，
可采用超聲波設(shè)備對塑膠工件的表面進(jìn)行清洗處理。
步驟104:將經(jīng)清洗處理的塑膠工件的表面進(jìn)行導(dǎo)電前處理，以在經(jīng)清洗處 理的塑膠工件的表面鍍上一金屬層。
導(dǎo)電前處理的具體步驟為以真空濺鍍的方式或化學(xué)性的導(dǎo)電液噴涂的方 式在經(jīng)清洗處理的塑膠工件的表面鍍上一金屬層，該金屬層可為鋁、銅、鉻、不
銹鋼、鉻化鎳、銀、鋅等導(dǎo)電金屬，金屬層的厚度為0.05 0.2"m,從而使塑膠 工件的表面具有導(dǎo)電性；
步驟105:將經(jīng)導(dǎo)電前處理的塑膠工件的表面進(jìn)行電泳涂裝處理，以形成二 氧化鈦涂膜。
電泳涂裝處理的具體步驟為在制好的二氧化鈦膠體溶液(其濃度可為
0. 05 lg/mU中插入經(jīng)導(dǎo)電前處理的塑膠工件作鍍膜電極，而以不銹鋼電極作指 示電極，并連接直流穩(wěn)壓電源(2(T60 V)進(jìn)行電泳涂裝處理，電泳涂裝的時間為 10s 5min，便可在該塑膠工件表面形成二氧化鈦涂膜，其中，二氧化鈦涂膜的厚 度為O. 1 12um;其中，該二氧化鈦膠體溶液的制備方法如下將一定量的納 米二氧化鈦粉體(該納米二氧化鈦粉體可以是銳鈦礦、銳鈦礦、金紅石型混合型、 二氧化硅混合型或二氧化鋯混合型)放入瑪瑙研缽中研磨，同時加入含羥基的極 性溶劑異丙醇，繼續(xù)研磨，得到高濃度的二氧化鈦膠體溶液后轉(zhuǎn)移至50 mL的 燒杯中，使用前將二氧化鈦膠體溶液攪拌分散0. 5 lh。
電泳涂裝方法制備二氧化鈦薄膜是利用帶正電二氧化鈦粒子的遷移現(xiàn)象， 在一定的直流偏壓下，使粒子聚集在導(dǎo)電基底上形成均勻的薄膜。電泳涂裝方 法制備二氧化鈦薄膜具有高平整度與高粗糙度，薄膜的厚度可以通過成膜電流 及成膜時間來控制。
步驟106:將經(jīng)電泳涂裝處理的塑膠工件的表面進(jìn)行稀土摻雜處理。 稀土滲雜處理的具體步驟為在"10—2mol/L的稀土離子溶液(如Ce37La37 Ce"等)中將經(jīng)電泳涂裝處理的塑膠工件浸漬提拉，然后烘干。根據(jù)需要可以將 浸漬提拉及烘干處理的過程重復(fù)若干次，以得到需要之濃度，再自然冷卻至室 溫后取出。
稀土元素具有f電子，易產(chǎn)生多電子組態(tài)，其氧化物也具有晶型多、吸附 選擇性強(qiáng)、電子型導(dǎo)電性和熱穩(wěn)定性好等特點。稀土元素?fù)诫s就是利用物理或 化學(xué)方法，將稀土元素引入二氧化鈦晶格結(jié)構(gòu)，從而在其中引入新電荷、形成 缺陷或改變晶格類型，進(jìn)而影響光生電子和空穴的運(yùn)動狀況、調(diào)整其分布狀態(tài) 或者改變二氧化鈦的能帶結(jié)構(gòu)，最終導(dǎo)致二氧化鈦的光催化活性發(fā)生改變。合 理的稀土摻雜可以使二氧化鈦光催化劑的吸光波長發(fā)生紅移、光吸收能力提高、 光生電荷復(fù)合減少、.傳遞加快、表面缺陷增加、表面吸附加強(qiáng)、粒徑減小、焙 燒過程向金紅石型的轉(zhuǎn)變減緩，從而使光催化反應(yīng)效果明顯改善。
權(quán)利要求
1. 一種塑膠工件表面制備高催化活性二氧化鈦薄膜的方法，其特征在于包括以下步驟(1)提供一塑膠工件；(2)將該塑膠工件的表面進(jìn)行粗化處理以增加附著性；(3)將經(jīng)粗化處理的塑膠工件的表面進(jìn)行清洗處理；(4)將經(jīng)清洗處理的塑膠工件的表面進(jìn)行導(dǎo)電前處理，以在經(jīng)清洗處理的塑膠工件的表面鍍上一金屬層；(5)將經(jīng)導(dǎo)電前處理的塑膠工件的表面進(jìn)行電泳涂裝處理，以形成二氧化鈦涂膜；(6)將經(jīng)電泳涂裝處理的塑膠工件的表面進(jìn)行稀上摻雜處理。
2. 根據(jù)權(quán)利要求i所述的塑膠工件表面制備高催化活性二氧化鈦薄膜的方 法，其特征在于步驟(l)中的塑膠工件的材料為聚碳酸酯、丙烯晴-丁二烯-苯 乙烯共聚物、聚碳酸酯/丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚物合金、聚丙烯、聚苯乙烯、 聚乙烯、尼龍、尼龍/玻璃纖維混合材料、尼龍/碳纖維混合材料、聚碳酸酯/玻 璃纖維混合材料或聚碳酸酯/碳纖維混合材料之一 。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的塑膠工件表面制備高催化活性二氧化鈦薄膜的方 法，其特征在于步驟(2)中的粗化處理采用的氣壓為0.025MPa，采用的粗化物 為180#棕剛玉沙粒。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的塑膠工件表面制備高催化活性二氧化鈦薄膜的方 法，其特征在于步驟(3)采用超聲波設(shè)備對塑膠工件的表面迸行清洗處理。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的塑膠工件表面制備高催化活性二氧化鈦薄膜的方 法，其特征在于步驟(4)以真空濺鍍的方式或化學(xué)性的導(dǎo)電液噴涂的方式進(jìn)行 導(dǎo)電前處理。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的塑膠工件表面制備高催化活性二氧化鈦薄膜的方法，其特征在于步驟(4)中的金屬層為鋁、銅、鉻、不銹鋼、鉻化鎳、銀、鋅之一。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的塑膠工件表面制備高催化活性二氧化鈦薄膜的方 法，其特征在于步驟(4)中的金屬層的厚度為0.05 0.2lim。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的塑膠工件表面制備高催化活性二氧化鈦薄膜的方 法，其特征在于步驟(5)中的二氧化鈦涂膜的厚度為0.1 12um。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的塑膠工件表面制備高催化活性二氧化鈦薄膜的方 法，其特征在于步驟(6)的具體步驟為，在lx10—2 mol/L的稀土離子溶液中將 經(jīng)電泳涂裝處理的塑膠工件浸漬提拉，然后烘干。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的塑膠工件表面制備高催化活性二氧化鈦薄膜的方 法，其特征在于步驟(6)中的稀土離子溶液為Ce3+、 1^3+或&4+的溶液。
全文摘要
本發(fā)明提供一種塑膠工件表面制備高催化活性二氧化鈦薄膜的方法，其包括以下步驟提供一塑膠工件；將該塑膠工件的表面進(jìn)行粗化處理以增加附著性；將經(jīng)粗化處理的塑膠工件的表面進(jìn)行清洗處理；將經(jīng)清洗處理的塑膠工件的表面進(jìn)行導(dǎo)電前處理，以在經(jīng)清洗處理的塑膠工件的表面鍍上一金屬層；將經(jīng)導(dǎo)電前處理的塑膠工件的表面進(jìn)行電泳涂裝處理，以形成二氧化鈦涂膜；將經(jīng)電泳涂裝處理的塑膠工件的表面進(jìn)行稀土摻雜處理。由于電泳涂裝技術(shù)在實際應(yīng)用中顯示出簡單、高效、優(yōu)質(zhì)、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點，將電泳涂裝技術(shù)應(yīng)用于二氧化鈦涂膜制程中，可使得二氧化鈦涂膜制程也變得簡單、高效與環(huán)保。且二氧化鈦涂膜在稀土摻雜處理后，其光催化反應(yīng)效果明顯改善。
文檔編號C25D13/20GK101377006SQ20071013177
公開日2009年3月4日 申請日期2007年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月29日
發(fā)明者吳政道, 郭雪梅 申請人:漢達(dá)精密電子(昆山)有限公司