เทคโนโลยีการปรับเปลี่ยนการเคลือบอนินทรีย์และสารอินทรีย์ไทเทเนียมไดออกไซด์

รูไทล์ไททาเนียมไดออกไซด์เป็นสารกึ่งตัวนำที่มีความกว้างของแถบความถี่ประมาณ 3.0eV มีกิจกรรมโฟโตคะทาไลติกที่แข็งแกร่งโดยไม่มีการดัดแปลงพื้นผิว ดังนั้นจึงสามารถผลิตอนุมูลอิสระออกซิเจนที่มีฤทธิ์สูงภายใต้การแผ่รังสีอัลตราไวโอเลตจากแสงอาทิตย์ อนุมูลอิสระของออกซิเจนนี้สามารถแสดงความสามารถในการออกซิเดชันที่รุนแรง ซึ่งจะทำลายตัวกลางที่อยู่รอบๆ ไททาเนียมไดออกไซด์และส่งผลต่ออายุการใช้งานของผลิตภัณฑ์ ดังนั้น การปรับเปลี่ยนพื้นผิวจึงเป็นงานที่สำคัญอย่างยิ่งในการผลิตและแปรรูปไททาเนียมไดออกไซด์

การปรับเปลี่ยนพื้นผิวคือการใช้สารปรับปรุงแก้ไขเพื่อทำปฏิกิริยากับพื้นผิวของไททาเนียมไดออกไซด์ ซึ่งจะเป็นการเปลี่ยนลักษณะพื้นผิวและปรับปรุงประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์ ในปัจจุบัน การดัดแปลงพื้นผิวของไททาเนียมไดออกไซด์แบ่งออกเป็นสองวิธีอย่างคร่าว ๆ คือการเคลือบอนินทรีย์และการเคลือบอินทรีย์

1. การเคลือบอนินทรีย์ไททาเนียมไดออกไซด์

การเคลือบอนินทรีย์คือการเคลือบพื้นผิวของอนุภาคไททาเนียมไดออกไซด์ด้วยฟิล์มบางอนินทรีย์ชั้นเดียวหรือหลายชั้นโดยปฏิกิริยาการตกตะกอน ก่อตัวเป็นอุปสรรคระหว่างอนุภาคและตัวกลาง เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของไททาเนียมไดออกไซด์ การดัดแปลงพื้นผิวอนินทรีย์ของไททาเนียมไดออกไซด์โดยทั่วไปดำเนินการโดยการเคลือบอะลูมิเนียม การเคลือบซิลิกอน การเคลือบเซอร์โคเนียม และวิธีการเคลือบแบบผสมหลายวิธี

สำหรับการเคลือบซิลิกอน ฟิล์มที่เกิดขึ้นภายใต้สภาวะที่เป็นกลางและเป็นกรดเล็กน้อยจะค่อนข้าง “ฟู” ในขณะที่ฟิล์มที่เกิดขึ้นภายใต้สภาวะที่เป็นด่างจะมีความหนาแน่นค่อนข้างหนาแน่น โดยทั่วไปผ่านการไฮโดรไลซิสของโซเดียมซิลิเกตเพื่อสร้างซิลิกอน จากนั้นไมเซลล์จะติดแน่นบนพื้นผิวของไททาเนียม ไดออกไซด์ผ่านพันธะ Ti-O-Si และในขณะเดียวกัน การก่อตัวของพันธะ Si-O-Si ยังสามารถนำมาใช้เพื่อให้แน่ใจว่าฟิล์มมีความต่อเนื่องและสม่ำเสมอ

สำหรับการเคลือบอะลูมิเนียม พันธะ Ti-O-Al จะเกิดขึ้นจากปฏิกิริยาของ OH-Al และหมู่ -OH บนพื้นผิวของไททาเนียมไดออกไซด์ การเพิ่มจำนวนของกระจุกช่วยให้การเคลือบง่ายขึ้น ในเวลาเดียวกัน ภายใต้สภาวะ pH สูง อัตราการเติบโตตามทิศทางของ OH-Al จะอยู่ในตำแหน่งที่โดดเด่นเมื่อเทียบกับอัตราการตกตะกอนเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น และสัณฐานวิทยาของฟิล์มจะเปลี่ยนจากชั้นคล้ายแผ่นที่สม่ำเสมอและต่อเนื่องเป็นฟลอกที่ค่อนข้างหลวม .

การเคลือบอนินทรีย์แบ่งออกเป็นสองวิธีโดยเฉพาะ: การเคลือบแบบแห้งและการเคลือบแบบเปียกตามวิธีการประมวลผลที่แตกต่างกัน

(1) การเคลือบไททาเนียมไดออกไซด์แบบแห้ง

ในการเคลือบแบบแห้ง โดยทั่วไปเมทัลฮาไลด์จะติดกับพื้นผิวของไททาเนียมไดออกไซด์โดยการฉีดพ่นด้วยอากาศ และหลังจากการคั่วและออกซิเดชัน ไอน้ำร้อนจะถูกนำมาใช้เพื่อส่งเสริมการไฮโดรไลซิสเพื่อสร้างฟิล์มบางๆ เคลือบบนพื้นผิวของอนุภาค

(2) การเคลือบไททาเนียมไดออกไซด์แบบเปียก

การเคลือบแบบเปียกส่วนใหญ่ดำเนินการในตัวกลางที่เป็นน้ำซึ่งแบ่งย่อยออกเป็นสามประเภท ได้แก่ วิธีเดือด วิธีทำให้เป็นกลาง และวิธีการคาร์บอไนเซชัน

2. สารเคลือบอินทรีย์ไททาเนียมไดออกไซด์

ประวัติการพัฒนาของการเคลือบสารอินทรีย์นั้นสั้นกว่าการเคลือบสารอนินทรีย์ แต่มีการพัฒนาอย่างรวดเร็วเนื่องจากลักษณะของปริมาณที่น้อย (โดยปกติจะมีเพียง 0.1% ถึง 1% ของน้ำหนักของเม็ดสี) และผลกระทบที่มาก มีสามวิธีหลักในการเคลือบสารอินทรีย์ในห้องปฏิบัติการ ได้แก่ วิธีเปียกแบบกระจายความเร็วสูง วิธีกระจายแบบสั่นสะเทือน และวิธีการบดด้วยเครื่องแก๊สผง ในกระบวนการทดลองรายวัน เราใช้วิธีเปียกแบบกระจายความเร็วสูงเป็นหลักในการประมวลผล

โดยทั่วไป ในกระบวนการเคลือบสารอินทรีย์ ส่วนหนึ่งของสารบำบัดสารอินทรีย์จะเชื่อมต่อกับพื้นผิวของไททาเนียมไดออกไซด์โดยการดูดซับทางกายภาพ และอีกส่วนหนึ่งจะทำปฏิกิริยากับกลุ่มไฮดรอกซิลบนพื้นผิวของอนุภาค จากนั้นจะรวมตัวอย่างใกล้ชิดกับ พื้นผิวของไททาเนียมไดออกไซด์ มีการใช้สารช่วยกระจายตัว สารเชื่อมต่อ สารลดแรงตึงผิว ฯลฯ

3. การเคลือบคอมโพสิตด้วยไททาเนียมไดออกไซด์

เนื่องจากการเคลือบสารอนินทรีย์และการเคลือบสารอินทรีย์มีความสำคัญในตัวเอง โดยทั่วไปแล้ว จุดประสงค์หลักของการเคลือบอนินทรีย์คือการลดกิจกรรมโฟโตคะตาไลติกของไททาเนียมไดออกไซด์ ปรับปรุงความทนทานต่อสภาพอากาศ ซึ่งจะเป็นการเพิ่มอายุการใช้งานของผลิตภัณฑ์ ในขณะที่จุดประสงค์หลักของการเคลือบอินทรีย์คือการปรับปรุงความสามารถในการกระจายตัวของผลิตภัณฑ์ใน ความเสถียรของสื่อและการกระจายตัวที่หลากหลาย

ทั้งสองวิธีไม่สามารถแทนที่กันได้ ดังนั้นในการใช้งานจริง โหมดการทำงานของการเคลือบสารอนินทรีย์ในขั้นแรก และการดัดแปลงสารอินทรีย์ส่วนใหญ่จะใช้เพื่อปรับเปลี่ยนพื้นผิวของอนุภาคไททาเนียมไดออกไซด์เพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์ นั่นคือ การใช้ซิลิคอน สารอนินทรีย์ที่ละลายน้ำได้ แหล่งต่างๆ เช่น อะลูมิเนียมและเซอร์โคเนียม (เช่น ซิลิกอนไดออกไซด์ อะลูมิเนียมออกไซด์ ฯลฯ) ทำการเคลือบสารอนินทรีย์หนึ่งหรือหลายชั้นให้สมบูรณ์ภายใต้อุณหภูมิและสภาวะ pH ที่เหมาะสมตามลำดับเพื่อเพิ่มความทนทานต่อสภาพอากาศ จากนั้นเลือกโครงสร้างการเชื่อมต่อที่เหมาะสมเพื่อเชื่อมต่อกลุ่มกรดไขมันหรือกรดอะโรมาติกที่มีความสามารถในการชอบน้ำสูงเพื่อเพิ่มความสามารถในการกระจายตัวของน้ำและความเสถียรในการกระจายตัว