使用具有微米级珠的珠磨机制备具有保持结晶度的二氧化钛纳米颗粒胶态悬浮体

摘要

公开一种制备具有有限结晶度损失的颗粒的稳定纳米级胶态悬浮体的方法，其产物，产物的用途和用于该方法的设备。特别地，本发明涉及一种用小珠的湿磨法，其中悬浮体中最终颗粒的尺寸稳定在纳米范围内(D50＜75nm)，同时颗粒充分保持结晶度。

说明书

本发明涉及一种制备具有有限结晶度损失的颗粒的稳定纳米级胶态悬 浮体的方法及其产物。特别地，本发明涉及一种用小珠的湿磨法，其中悬 浮体中最终颗粒的尺寸稳定在纳米范围内(D50＜75nm)，同时颗粒充分保持 结晶度。

背景

粉末分散到各种溶剂中是从油漆到化妆品的大量工业应用中的重要学 科。纳米技术中熟知非常小的纳米材料具有显著不同于它们的块体对应物 的性能。对于纳米颗粒，大部分颗粒由表面原子组成，这导致每质量的非 常高表面积。纳米结晶材料的粉末在溶剂中的悬浮体(其中悬浮体中颗粒聚 集体的尺寸为纳米状态)由于提供的提高的功能性而吸引了大量注意。大量 因素决定材料的功能性，包括化学组成、晶体形式和结晶度、微晶尺寸和 悬浮体中的颗粒尺寸。尺寸相关的性能的实例为光学透明度、硬度、热和 电导性、化学反应性和催化和电子性能。

关于将粉末分散到不同的溶剂中，已开发了多种技术，包括高剪切速 率混合、声波振荡、研磨和/或粉碎技术。一个常见问题是这类技术导致胶 态悬浮体，其由于悬浮体中相对大的粒度而为薄雾和/或乳状的。当应用， 例如作为涂层应用于基质表面上时，涂覆流体的薄雾保留在涂层中，这在 许多应用中是不理想的。另外，这类涂料和/或胶态悬浮体中颗粒聚集体或 团簇的相对大尺寸可导致降低或非最佳功能性。

关于通过使用小珠细磨以得到亚微分散体的一些描述例如显示于 [Dobbs(US 2006/0003013A1)和Hsu等人(US 2004/0251329A1)]中。细磨通 常在能量消耗量大的研磨机如行星式磨机、磨碎机、振动研磨机、球磨机、 珠磨机和喷磨机中进行。这些磨机输送大量能量以使颗粒分解以产生10μm 以下的颗粒。除尺寸减小外，这些能量消耗量大的研磨机还导致表面区域 附近的结构变化，除尺寸减小外，固体在机械力下在那里接触。结构变化 导致结晶度、微晶尺寸和晶格应变变化[THILAGAN PALANIANDY 2009]。

尽管可通过细磨得到亚微分散体，但特定应用需要结晶颗粒。例如， TiO₂在光催化应用中的使用，活性与TiO₂颗粒的结晶度直接有关[Jensen 等人，2004]，因此，控制和保持初始结晶度非常重要。当与尺寸减小方法 同时发生时，结构变化和结晶度损失在细磨过程期间是不可避免的 [THILAGAN PALANIANDY 2009]。

本发明不同于Dobbs和Hsu等人之处在于它们没有考虑高强度研磨与 尺寸减小过程同时导致结构变化(例如结晶度损失)这一事实。

本发明人也已发现甚至用制备胶态悬浮体的这类传统技术的过度加工 时间，不可进一步改变粒度。进一步发现甚至在可得到清澈胶态悬浮体的 条件下和对于配制剂，可产生显著的结晶度损失，由此妨碍悬浮体中颗粒 的功能性。

因此，本发明的目的是缓和得到比现有技术更稳定和光学上清澈的纳 米结晶颗粒的胶态悬浮体的问题。

另一目的是提供一种容许制备纳米结晶粉末在溶剂中的胶态悬浮体的 方法，与现有技术相比，所述方法更快速和/或更有效和/或产生所述胶体悬 浮体中更小的粒度和/或保持所述胶态悬浮体中所述颗粒的更高结晶度和/ 或具有更高功能性。

本发明的目的之一是控制纳米颗粒的结晶度，同时在纳米颗粒悬浮体 的制备期间不放松稳定性。

本发明又一目的是提供适于制备具有改善功能性的透明涂层的稳定且 光学上清澈的胶态悬浮体产物。

发明概述

根据本发明的目的，发明一种制备纳米结晶粉末的稳定且光学上清澈 的胶态悬浮体的方法。

已发现具有有限结晶度损失和因此提高的功能性的这种小尺寸颗粒的 稳定胶态悬浮体可如下制备：

·通过将所述纳米结晶颗粒与溶剂和一种或多种分散剂混合而提供混 合物，

·通过使混合物在研磨室中经受研磨过程而制备所述纳米结晶颗粒的 胶态悬浮体，其中使所述混合物与研磨珠接触，

·将所述珠与所述胶态悬浮体分离。

该方法优选包括：

·在所述研磨过程中使用平均直径为最大70μm，例如最大50μm，优 选最大40μm，例如最大30μm，甚至更优选平均直径为最大20μm，例如 最大10μm的所述研磨珠，

·研磨所述悬浮体中的所述颗粒直至悬浮体中的颗粒的平均尺寸为小 于60nm，例如小于50nm，优选小于40nm，例如小于30nm，甚至更优选 小于20nm，同时在所述研磨以后保持所述初级颗粒的初始结晶度的至少 50％，例如在所述研磨以后保持所述初级颗粒的初始结晶度的至少60％， 优选在所述研磨以后保持所述初级颗粒的初始结晶度的至少70％，例如在 所述研磨以后保持初始结晶度的至少80％，甚至更优选在所述研磨以后保 持所述初级颗粒的初始结晶度的至少90％。

加工颗粒的结晶度在研磨过程期间优选通过控制诱导能(在一个事件 期间转移至要通过珠研磨的颗粒的能量)小于无定形化能而保持。在本发明 的优选实施方案中，使用小珠(＜75μm)和温和且可控研磨程序以得到与初 始结晶度基本相同的加工颗粒的结晶度。温和且可控研磨程序优选意指一 种方法，其中可将诱导能基本控制在低于无定形化能以基本避免纳米颗粒 的结晶至无定形相变。

令人惊讶地发现关于本发明，干物质含量为大于10重量％，优选大于 20重量％，甚至更优选大于25重量％且结晶度损失小于10％的具有纳米 级颗粒(D50＜50nm)的稳定悬浮体可通过将诱导能(E_kin)控制在高于解聚能 (E_de-aggr)但小于无定形化能(E_无定形)而得到，即E_无定形＞E_kin＞E_de-aggr。

诱导能(E_kin)，其也可表示研磨介质的应力能，为珠的性能(尺寸和密度) 和珠的速度的函数。作为珠性能的函数的诱导能通常可表示为E _kin∞d³_珠·ρ _珠·V²_珠，其中d_珠为珠的直径，ρ_珠为珠的密度，且V_珠为珠的速度。因此为 了能够解聚颗粒，E_kin必须大于或等于E_de-aggr。

诱导能通过调整研磨参数珠尺寸和/或珠密度和/或珠速度而控制。因 此，本发明研磨方法可包括选择这些研磨参数以便得到低于无定形化能的 诱导能。尽管这些参数可通过计算得到时，但可更有效地经验地建立最佳 参数。

根据本发明，诱导能应优选通过将珠尺寸保持低而保持为低的，由于 使用大珠(大d_珠)甚至在非常低的珠速度下(小V_珠)可导致无定形化。

理想地，E_kin等于通过一个撞击或应力事件解聚颗粒所需的能，大体 上它可表述为E_de-aggr.∞N_事件·E_kin，其中解聚能与诱导能乘以应力事件数成 比例。为控制和充分保持加工颗粒的结晶度，E_kin需要比将结晶颗粒转变 成无定形材料所需的能，E_无定形更小。

因此，重要的是不仅控制以kWh/kg表示的具体研磨方法诱导能的总 量，而且必须保持加工颗粒的结晶度也会控制以μJ/事件表示的各个事件的 能。

在另一优选实施方案中，作为加工时间的函数，诱导能在研磨过程期 间是恒定的，或诱导能提高或降低，或恒定、降低和提高的诱导能组合。

尽管混合和研磨优选作为两个单独和随后的步骤进行，但混合和研磨 步骤可以以许多方法进行，例如作为两个单独的步骤，或作为单一步骤。 在第一种情况下，混合可在单独的混合室中进行并将混合物引入研磨工具 中。在第二种情况下，可在研磨工具中提供混合物，同时进行研磨(可以看 出当进行混合时也研磨)。

此外，方法可表现为分批方法和/或连续方法。在分批方法中，将混合 物批料研磨，随后分离珠。在连续的情况下，连续制备混合物并连续研磨。

该方法极快速且温和，允许在单一步骤中分散。根据本发明，所述研 磨过程中所用研磨珠优选具有窄粒度分布。所述方法的持续时间通常为小 于5小时，例如持续时间小于3小时，优选持续时间为小于2小时，例如 持续时间小于1小时，更优选持续时间小于30分钟。

在本文中，使用在某种意义上讲为技术人员已知的大量术语。然而， 下面呈现关于一些术语的含义的一些说明：

湿磨：其中将要研磨的固体材料与液体混合的研磨方法。

悬浮体：由为液体的连续相和由固体颗粒形成的分散相组成。

悬浮体的稳定性：悬浮体的稳定性由悬浮体中固体颗粒的沉降速率定 义。悬浮体随时间变化越充分地保持其物理性能(例如粒度和干物质含量)， 悬浮体越稳定。

无定形化：结晶材料转化成无定形材料。

温和研磨程序：温和研磨程序优选意指其中将诱导能控制在低于无定 形化能以充分避免结晶至无定形相变的方法。

颗粒通常由几种初级颗粒或晶粒组成，其可聚集或团簇在一起。初级 颗粒可为或多或少结晶的。在极限情况下，初级颗粒和颗粒可以为相同的。 在本文中，纳米结晶材料优选用于意指初级粒度为纳米状态(小于100nm， 例如小于80nm，优选小于50nm，甚至优选小于20nm，例如小于10nm) 的材料，其为结晶的，即初级颗粒为纳米微晶。如果它具有远程有序和因 此良好限定的晶胞，则材料为结晶的。结晶的反义词是无定形，给定材料 具有特定百分数为结晶的。在本文中，结晶意指如相对于100％结晶材料 作为内标测定[H.Jensen，K.D.Jensen，J.-E.J.S.Pedersen， E.G.Journal of Nanoparticle Research 2004，6，519-526]的绝对 结晶度。

在本发明许多实施方案中，胶态悬浮体中相对高结晶度的颗粒是优选 的。因此，所述胶态悬浮体中颗粒的结晶度可具有至少30％，例如至少40％ 的结晶度，优选至少50％的结晶度，例如至少60％的结晶度，甚至更优选 至少70％的结晶度，例如至少80％的结晶度。

在根据本发明的许多应用中，所述胶态悬浮体中所述纳米结晶粉末的 重量分数为至少10重量％，例如所述颗粒的重量分数为至少20重量％， 优选所述胶态悬浮体中所述颗粒的重量分数为至少30重量％，例如重量 分数为至少40重量％。

在本发明一个优选实施方案中，可在制备以后将胶态悬浮体例如通过 将它用调整至与混合以前胶态悬浮体所具有相同的pH的相同溶剂稀释而 稀释。胶态悬浮体可被稀释至所述纳米结晶粉末的浓度为0.05-5重量％， 例如0.1-3重量％的胶态悬浮体，优选所述胶态悬浮体中所述纳米结晶粉末 的浓度为0.3-2重量％，例如0.4-1重量％。

在这类浓度水平下，根据本发明制备的胶态悬浮体基本为光学上清澈 的。因此，在本发明许多实施方案中，通过25mm稀释至0.1重量％所述 颗粒的浓度的所述胶态悬浮体的雾度具有小于25的值，例如小于15的雾 度值，优选小于8的雾度值，例如小于4的雾度值，甚至更优选小于3的 雾度值，例如每cm悬浮体的雾度为小于2，甚至更优选每cm悬浮体的雾 度为小于1。

在优选实施方案中，本发明纳米结晶颗粒的胶态悬浮体可优选包含所 述纳米结晶颗粒的初级颗粒的聚集体，且所述聚集体的平均粒度为小于 60nm，例如小于50nm，优选小于40nm，例如小于30nm，甚至更优选小 于20nm。

如本文所公开的纳米结晶颗粒的胶态悬浮体优选通过本发明方法提 供。

本发明胶态悬浮体通常通过将所述胶态悬浮体的pH值调整并保持在 特定范围内而至少部分稳定化。因此，在本发明的优选实施方案中，胶态 悬浮体的pH为9-12，例如9.5-11.5，优选10.0-11.0。所述调整可通过加入 合适的碱如氨和/或胺进行。

在本发明特别优选的实施方案中，所述pH的调整和保持通过适当选 择所述一种或多种分散剂而进行。已发现叔胺如三乙胺(TEA)对于根据本 发明的许多应用而言特别适用作分散剂。因此，在本发明一个实施方案中， 所述一种或多种分散剂包含一种或多种叔胺。已发现三乙胺对于本发明许 多应用特别有效。

所述胶态悬浮体中所述叔胺的浓度通常为0.1-30重量％，例如所述胶 态悬浮体中所述叔胺的浓度为0.5-20重量％，优选所述胶态悬浮体中所述 叔胺的浓度为1-10重量％，例如所述胶态悬浮体中所述叔胺的浓度为3-6 重量％。

进一步发现二醇如单丙二醇作为所述一种或多种分散剂中一种加入所 述胶态悬浮体中在本发明许多实施方案中是有利的。根据本发明，所述二 醇的浓度可以为5-40重量％，例如5-30重量％，优选所述二醇的浓度为 10-20重量％，例如15重量％。

用于制备纳米结晶粉末的所述胶态悬浮体的溶剂通常为水或包含水。

本发明的重要实施方案涉及制备用作涂覆流体以在基质表面上产生透 明光催化涂层，或用作中间产物随后混入油漆和/或清漆配制剂中和/或掺入 聚合物如三聚氰胺甲醛聚合物中的光催化剂的胶态悬浮体。

在优选实施方案中，用于制备所述胶态悬浮体的纳米结晶光催化粉末 可包含二氧化钛或改性形式的二氧化钛。所述二氧化钛可特别地包含锐钛 矿和/或金红石形式二氧化钛。对于该应用，重要的是当二氧化钛的无定形 相为光催化惰性时，充分保持晶体形态，即光催化颗粒的结晶度。如由下 文给出的实施例显而易见的，这类光催化粉末的结晶度和因此所述光催化 胶态悬浮体的功能性容易被研磨过程中太高的应力能破坏。太高的应力能 可导致颗粒无定形化，由此导致功能性显著损失。为得到光学上清澈的悬 浮体，更迫切的是所述胶态悬浮体中所述颗粒的尺寸为小的。这些关键问 题在本发明方法中得到解决。

用于制备所述胶态悬浮体的光催化剂还可包含掺杂有一种或多种选自 N、C、S、I、W、Mo、V、Cu、Ag、Au、Pt、Fe、Co、La、Eu、WO₂、 PdO及其组合的元素的锐钛矿形式的二氧化钛。元素可作为晶格取代和/ 或作为所述锐钛矿形式的二氧化钛表面上的团簇和/或作为二者的组合存 在。所述锐钛矿形式的二氧化钛内和/或上的这类元素的存在例如通过改变 带隙能和/或防止电荷重组而改变所述光催化剂的性能。因此，光催化剂可 变得更活性，例如能利用可见光(波长400nm以上)和/或对于有机物的降解 更有活性和/或具有改善的抗菌性。

本发明可广泛应用且具有许多潜在用途，包括根据前述权利要求中任 一项的胶态悬浮体作为涂覆流体以在基质表面上得到光学上透明的光催化 涂层的用途。

本发明适用于许多不同的应用领域，例如：

-本发明胶态悬浮体作为中间产物的用途；

-本发明胶态悬浮体在窗处理中的用途；

-本发明胶态悬浮体在建筑物室外表面中的用途；

-本发明胶态悬浮体在自清洁-或自消毒室内表面中的用途；

-本发明胶态悬浮体在洗衣机、抽油烟机、空调系统、汽车中，作为 挥发性有机化合物(VOC)降低试剂、气味减少试剂和/或灯涂层的用途。

本发明的其它方面、实施方案和改进显示于图、说明书、实施例和权 利要求书中。

附图简述

图1显示根据本发明方法适用的珠磨机装置的一个实施方案的示意 图，

图2以截面图显示根据本发明方法适用的研磨室的3种不同实施方案，

图3显示含具有恰好相同的组成的胶态悬浮体的2个烧瓶的照片。然 而，左边透明烧瓶已被研磨，而右边的白色烧瓶已被声波振荡。

图4-7显示根据本文所示实施例的各个结果。

优选实施方案详述

在图1中示意性地显示本发明第一实施方案。用于通过研磨和分散制 备纳米结晶粉末在溶剂中的胶态悬浮体的典型装置包含混合槽1、循环泵2 和珠磨机3。将纳米结晶粉末、溶剂和一种或多种分散剂预混合，然后倒 入混合槽1中或直接在混合槽1中混合，所述混合槽装有机械搅拌器5。 将一部分所述混合物通过循环泵2泵送至珠磨机3的研磨室4中。在研磨 室4中，在移回混合槽1中以前将混合物研磨。混合物循环通过混合室直 至实现所需胶态悬浮体。

在图2中示意性地显示本发明的第二实施方案。显示三种不同类型的 研磨室4A、4B和4C的截面图。关于研磨室4A和4B，研磨室最通常安 装有装配有桨尖6的搅拌器，其经旋转将能量转移至研磨室内的珠9。然 而，在一些模型如研磨室4C中，通过转盘7搅拌珠9。关于研磨室4A， 通常通过使研磨的混合物通过筛或过滤器8而将珠与研磨的混合物分离， 然而，一些类型的研磨室如4B和4C采用离心力将珠与研磨的混合物分离。 当使用非常小的珠，即平均直径小于50μm的珠时通常看出这一点。用于 从一个珠磨机至另一个分级的一个值是搅拌器6的桨尖速度，即桨尖最外 点的切向速度。桨尖速度为搅拌珠9的速度。

在图3中，呈现出显示本发明第三实施方案的照片。将商业光催化剂 Kronos VLP 7000(30重量％)、去离子水(50重量％)、丙二醇(15重量％) 和三乙胺(5重量％)在Silverson L4RT混合机中全速混合30分钟。如实施 例3所述将所得淤浆声波振荡6小时，或研磨6小时。随后将两种胶态悬 浮体使用在混合前已通过加入三乙胺调整至pH10的去离子水稀释至0.1 重量％。具有透明外观的左边的烧瓶含有研磨的胶态悬浮体，而具有白色 外观的右边的烧瓶含有已声波振荡的胶态悬浮体。

实施例

实施例1：制备纳米结晶粉末在水中的胶态悬浮体

通过首先将去离子水(45重量％)、来自Sachtleben Chemie GmbH的 商业锐钛矿光催化剂Hombikat UVl00(30重量％)、甘油(20重量％)和浓氨 水(5重量％)在Silverson L4RT混合机中全速混合10分钟而制备胶态悬浮 体。将所得淤浆移至装配有MiniCer研磨室且载有来自Sigmund Lindner  GmbH的直径为0.10-0.20mm的ZY型SiLi珠的LabStar珠磨机(来自 Netzsch Feinmahltechnik GmbH)的混合槽中。将淤浆以5.8m/s的桨尖速度 研磨18小时，得到近透明的悬浮体。据通过Malvern的ZetasizerNano测 定，悬浮体中平均粒度(按体积测量)为62nm。然而，胶态悬浮体中颗粒的 结晶度通过X射线衍射使用氟化钙作为100％结晶内标(H.Jensen，K.D. Joensen，J.-E.J.S.Pedersen，E.G.Journal of Nanoparticle Research 2004，6，519-526)测定，发现颗粒的结晶度在研磨 期间降低91％。

实施例2：制备纳米结晶粉末在水中的清澈胶态悬浮体

通过首先将去离子水(22重量％)、商业光催化剂Kronos VLP 7000(40 重量％)、甘油(30重量％)、浓氨水(4重量％)和2-氨基-甲基丙醇(4重量 ％)在Silverson L4RT混合机中全速混合10分钟而制备清澈胶态悬浮体。 将所得淤浆移至装配有MiniCer研磨室且载有直径为0.10-0.20mm的 Sigmund-Lindner陶瓷珠的LabStar珠磨机(来自Netzsch Feinmahltechnik  GmbH)的混合槽中。将淤浆以5.8m/s的桨尖速度研磨19小时，得到近透 明的浅褐色分散体。据通过Malvern的ZetasizerNano测定，分散体中的 平均粒度(按体积测量)为44nm。然而，据通过X射线衍射使用氟化钙作为 100％结晶内标(H.Jensen，K.D.Joensen，J.-E.J.S.Pedersen， E.G.Journal of Nanoparticle Research 2004，6，519-526)测定， 所述胶态悬浮体中颗粒的结晶度在研磨期间降低88％。

实施例3：制备纳米结晶粉末在水中的优选清澈胶态悬浮体

通过首先将商业光催化剂Kronos VLP 7000(30重量％)、去离子水(50 重量％)、丙二醇(15重量％)和三乙胺(5重量％)在Silverson L4RT混合机 中全速混合10分钟而制备优选的清澈胶态悬浮体。将所得淤浆移至装配有 MiniCer研磨室且载有直径为0.05mm的陶瓷珠(来自TOSOH  Europe B.V.)的LabStar珠磨机(来自Netzsch Feinmahltechnik GmbH)中。 将淤浆以10m/s的桨尖速度研磨6小时，得到清澈的浅褐色悬浮体。据通 过Malvern的ZetasizerNano测定，悬浮体中的平均粒度(按体积测量)为 31nm，且据通过X射线衍射使用氟化钙作为100％结晶内标(H.Jensen， K.D.Joensen，J.-E.J.S.Pedersen，E.G.Journal of  Nanoparticle Research 2004，6，519-526)测定，所述结晶度在研磨过程期 间降低33％。在实施例6所述程序以后，在将清澈胶态悬浮体稀释至0.1 重量％以后，测定雾度为1.6。

实施例4

使用相同的胶态悬浮体总体组成通过不同的研磨方法制备三种不同的 胶态悬浮体：

30重量％商业光催化剂Kronos VLP 7000作为纳米结晶颗粒，

50重量％去离子水作为溶剂，和

15重量％单丙二醇，和

5重量％三乙胺(TEA)作为分散剂。

在第一研磨方法中，首先将混合物在Silverson L4RT中全速预混合10 分钟并声波振荡3小时。据Malvern的ZetasizerNano测定，悬浮体中的 平均粒度(按体积测量)为117nm。通过粉末X射线衍射相对于100％结晶 内标(H.Jensen，K.D.Joensen，J.-E.J.S.Pedersen，E.G. Journal of Nanoparticle Research 2004，6，519-526)测定，结晶 度为63％。在实施例6所述程序以后，在将清澈胶态悬浮体稀释至0.1重 量％以后，测定每cm雾度为100(饱和下的雾度)。胶态悬浮体不是透明的。

在第二研磨方法中，首先将组合物在Silverson L4RT混合机中全速预 混合10分钟，将所得淤浆移至装配有MiniCer研磨室且载有直径为 0.10-0.20mm的Sigmund-Lindner陶瓷珠的LabStar珠磨机(来自Netzsch  Feinmahltechnik GmbH)中。将淤浆以10m/s的桨尖速度研磨19小时，得 到近透明的浅褐色分散体。据通过Malvern的ZetasizerNano测定，分散 体中的平均粒度(按体积测量)为23nm，通过粉末X射线衍射相对于100％ 结晶内标(H.Jensen，K.D.Joensen，J.-E.J.S.Pedersen，E.G. Journal of Nanoparticle Research 2004，6，519-526)测定，结晶 度为13％。因此，在所述研磨过程期间损失大于79％结晶度。在实施例6 所述程序以后，在将胶态悬浮体稀释至0.1重量％以后，测定每cm雾度为 1。因此在稀释以后胶态悬浮体是透明的。

在第三研磨方法中，首先将组合物在Silverson L4RT混合机中全速预 混合10分钟，并将所得淤浆移至装配有MiniCer研磨室且载有直径为 0.05mm的陶瓷珠(来自TOSOH Europe B.V.)的LabStar珠磨机(来 自Netzsch Feinmahltechnik GmbH)中。所述研磨室中所述珠的体积分数为 80％。将淤浆以10m/s的桨尖速度研磨3小时，得到清澈的浅褐色悬浮体。 据通过Malvern的ZetasizerNano测定，悬浮体中的平均粒度(按体积测量) 为26nm，通过X射线衍射使用氟化钙作为100％结晶内标(H.Jensen，K. D.Joensen，J.-E.J.S.Pedersen，E.G.Journal of  Nanoparticle Research 2004，6，519-526)测定，结晶度为62％。因此，结 晶度保持基本恒定。在实施例6所述程序以后，在将胶态悬浮体稀释至0.1 重量％以后，测定每cm雾度为1.6。因此在稀释以后胶态悬浮体基本为透 明的。

通过首先将稀释的胶态悬浮体旋涂在显微镜载玻片上，随后将硬脂酸 旋涂在所述显微镜载玻片上而测试光催化活性。

通过FTIR测定显微镜载玻片上的硬脂酸初始浓度，随后将显微镜载 玻片用可见光(λ＞400nm)以5mW/cm²的强度照射24小时，再次测量显微 镜载玻片上的硬脂酸浓度。在三种情况下的光催化降解如下：

研磨方法1：27％

研磨方法2：0-2％

研磨方法3：28％

实施例5：制备适于涂覆窗的胶态悬浮体

将来自实施例3的清澈胶态悬浮体(1.4重量％)与在混合以前通过加入 三乙胺(98.6重量％)而调整至pH10的去离子水混合。这得到基本透明的胶 态悬浮体，经加入0.1重量％来自BYK-Chemie GmbH的BYK 348，其适 于涂覆窗。

实施例6：雾度测量

胶态悬浮体的雾度根据以下程序测量：将胶态悬浮体用混合以前通过 加入三乙胺而调整至pH10的去离子水稀释至0.1重量％。使用来自 BYK-Gardner GmbH的Haze-Gard plus设备测量透过10mm所述0.1重 量％胶态悬浮体的雾度。

实施例7：自清洁效果

根据EU项目NMP3-CT-2003-505952的自清洁效果定义评估涂有实施 例5制备的胶态悬浮体的窗的自清洁效果。自清洁测试的标准程序如下：

1)准备玻璃试样150×150mm。

2)将玻璃用DI水洗涤。

3)根据ISO 4892-3和ISO 4892-1：2000UVA照射试样12小时。

4)根据ASTM D 1003测量雾度(H_初始)。

5)将玻璃试样放在喷雾机中。

6)将污物混合物喷在玻璃上(污物混合物的定义和喷雾条件列于EU 报告中)。

7)玻璃试样在室温下垂直干燥并在50℃下干燥1小时。

8)雾度测量(H_{周期×污物})

9)UVA照射试样12小时。

10)雾度测量(H_{周期×日光})。

11)将玻璃试样插入试验台上并喷雾DI水(喷雾条件列于EU报告中)。

12)垂直干燥试样。

13)雾度测量(H_{周期×雨淋})。

14)重复步骤3-13。

对于各个载玻片，在如小方块上的对称的5个点上测量雾度，对于各 个点计算自清洁效果：

标准浮法玻璃的自清洁效果为25-85％。因此，对于自清洁，值必须为 ＞85％。

通过正常措施(皂和水)清洁六个标准浮法玻璃试样以除去所有污物和 油脂。重要的是将玻璃表面彻底清洁以获得最好和持久结果。当玻璃干燥 时，开始玻璃表面的预处理。预处理流体组合物为在水中的3重量％CeO₂分散体，如BET测量的当量球径测定，二氧化铈纳米颗粒的初级粒度为 12nm。预处理流体组合物的pH为～3.5，通过Malvern的ZetasizerNano 测定溶液中的中值粒度为150nm。

将含预处理流体组合物的触发喷雾瓶摇动并将预处理流体组合物喷在 玻璃表面上-15ml/m²玻璃。使用微纤维擦将预处理流体组合物分布在整 个玻璃表面上，并使用擦圆周运动将玻璃仔细擦亮。当流体不与液滴接触 且水可作为膜涂布在表面上时，终止擦亮。

使用水将预处理流体组合物从玻璃上洗去。将新微纤维擦用水润湿并 将玻璃表面擦亮直至完全透明并得到透明玻璃。如果当擦在玻璃上移动时 不产生薄水膜，则需要重复处理。

然后，将实施例5中制备的胶态悬浮体通过Wagner Fine Coat System 喷雾实施例5中制备的胶态悬浮体而以约10ml/m²应用于预处理的玻璃试 样上。实施例5中制备的胶态悬浮体展开产生雾度为0.20-0.30的透明涂层。 将六个玻璃试样固化2星期并在测试以前预活化。测试六个玻璃试样的％ 清洁效果。

表2.自清洁值

  参比玻璃试样   涂覆玻璃试样   清洁值％   63.4±5.0   99.0±0.8

实施例8：生产在透明最上层中具有光催化纳米颗粒的层压板

将来自实施例3的清澈胶态悬浮体与来自BASF的三聚氰胺甲醛树脂 粉末Trankharz 771混合2∶1(wt/wt)。搅拌混合物直至所有 Trankharz 771溶解。如通过Malvern的ZetasizerNano测定， 三聚氰胺甲醛树脂分散体中的平均粒度(按体积测量)为32nm。将市售的纤 维素涂层纸(25g/m²)用包含细分散Kronos VLP 7000颗粒的三聚氰胺甲醛 树脂混合物浸渍，经干燥得到密度为98g/m²的浸渍涂层纸。层压板由以下 组分从底部堆叠而生产：三聚氰胺甲醛树脂浸渍的平衡薄片、高密度纤维 板、三聚氰胺甲醛树脂浸渍的装饰纸，以及在顶部的含有三聚氰胺甲醛树 脂和纳米颗粒的涂层纸。在150℃和60巴下层压2分钟得到具有含光催化 纳米颗粒的透明表面层的层压板。

实施例9：作为提供的能的函数，悬浮体中的粒度和颗粒的结晶度

使用相同的胶态悬浮体总体组成通过不同的研磨方法制备三种不同的 胶态悬浮体：

-30重量％商业光催化剂Kronos VLP 7000作为纳米结晶颗粒，

-50重量％去离子水作为溶剂，和

-15重量％单丙二醇，和

-5重量％三乙胺(TEA)作为分散剂。

将胶态悬浮体在Silverson L4RT混合机中全速预混合10分钟。然后 将所得淤浆移至装配有MiniCer研磨室且载有直径为0.05mm的陶 瓷珠(来自TOSOH Europe B.V.)的LabStar珠磨机(来自Netzsch  Feinmahltechnik GmbH)中。将浆料以不同的桨尖速度：3500rpm、2500rpm 和2200rpm研磨，得到近透明的浅褐色分散体。作为能量和桨尖速度的函 数测量分散体中的平均粒度(根据Nanotrac NPA 252按体积测量)，显示于 图4中。在实施例6所述程序以后，在将胶态悬浮体稀释至0.1重量％以 后，作为能量和桨尖速度的函数测量每cm雾度，其显示于图5中。

实施例10：作为提供的能的函数，悬浮体中的粒度和颗粒的结晶度-不同 的TiO₂原料

使用相同的胶态悬浮体总体组成通过不同的研磨方法制备三种不同的 胶态悬浮体：

-30重量％商业可见光光催化剂作为纳米结晶颗粒，

-50重量％去离子水作为溶剂，和

-15重量％单丙二醇，和

-5重量％三乙胺(TEA)作为分散剂。

将胶态悬浮体在Silverson L4RT混合机中全速预混合10分钟。然后 将所得淤浆移至载有直径为0.05mm的陶瓷珠(来自TOSOH Europe  B.V.)的LabStar珠磨机(来自Netzsch Feinmahltechnik GmbH)中。将浆料 以不同的桨尖速度：3500rpm和2500rpm研磨，得到近透明的浅褐色分散 体。作为能量和桨尖速度的函数测量分散体中的平均粒度(根据Nanotrac  NPA 252按体积测量)，显示于图6中。在实施例6所述程序以后，在将胶 态悬浮体稀释至0.1重量％以后，作为能量和桨尖速度的函数测量每cm雾 度，其显示于图7中。

实施例9和10显示通过加工两种不同的商业TiO₂纳米结晶颗粒产生 具有不同性能的胶态悬浮体。所以最佳研磨参数对于甚至在相同材料类别 内的不同材料可以不同。

实施例11：作为时间的函数，悬浮体的稳定性(悬浮体中的颗粒性能相对于 天/月)

根据实施例9新制备的胶态悬浮体(2500rpm)和根据实施例9制备并储 存9个月的胶态悬浮体(2500rpm)的性能。悬浮体的尺寸作为分散体中的平 均粒度测定(根据Nanotrac NPA 252按体积测量)，并在实施例6所述程序 以后，在将胶态悬浮体稀释至0.1重量％以后，测量雾度，并测量每cm的 雾度。

表3.胶态悬浮体的性能

  D_vol(平均±STD)[nm]  雾度[-]   新   16.84±5.89nm  1.5   9个月   17.15±6.00nm  1.9