การพัฒนากระจกไร้คราบสกปรกโดยวิธีการโซล เจล

Abstract

งานวิจัยนี้ศึกษาการเตรียมไททาเนียมออกไซด์บนอลูมินา/ ซิลิกา โดยวิธีการโซลเจล เพื่อใช้เป็นฟิลม์บางเคลือบบนกระจกสไลด์ ใช้ในงานกระจกไร้คราบสกปรก โดยมีขอบเขตงานหลัก 3 ประการ คือ การหาพื้นที่ผิวจำเพาะ เฟสของไททาเนียม และขนาดอนุภาคของไททาเนียม ซึ่งงานนี้จะสนใจตัวแปร 3 ตัวแปร ได้แก่ ปริมาณของไททาเนียมออกไซด์ที่โดปบนอลูมินา, การเติมสารปรเภทไดออลและอุณหภูมิที่ใช้ในการเผา นอกจากนี้แล้วยังได้เตรียมไททาเนียมออกไซด์บนซิลิกา โดยใช้ตัวทำละลายเอธานอล จากการทดลองพบว่าเมื่อทำการเพิ่มปริมาณไททาเนียมออกไซด์จะทำให้พื้นผิวจำเพาะมีขนาดลดลง โดยปริมาณของไททาเนียมที่ออกไซด์ที่โดปบนอลูมินาที่ใช้เป็นดังนี้ ร้อยละ 3 ร้อยละ 5 ร้อยละ 7 และร้อยละ 10 ของโลหะออกไซด์ลดลงดังนี้ 269 ตารางเมตรต่อกรัม 264 ตารางเมตรต่อกรัม 223 ตารางเมตรต่อกรัมและ215ตารางเมตรต่อกรัมตามลำดับ ส่วนที่2 เมื่อทำการเติมสารประเภทไดออล1,3-บิวเทนไดออล จะทำให้พื้นที่ผิวจำเพาะมีขนาดเพิ่มขึ้น ในสารตัวอย่างที่มีการเติม1,3-บิวเทนไดออล จะทำให้พื้นที่ผิวจำเพาะมีขนาดเพิ่มขึ้นประมาณร้อยละ 32 เมื่อเปรียบเทียบกับสารตัวอย่างที่ไม่มีการเติมสารประกอบประเภทไดออลและส่วนสุดท้าย เมื่อทำการเปลื่ยนอุณหภูมิที่ใช้ในการเผาไหม้ให้สูงขึ้นจะทำให้พื้นที่จำเพาะลดลง สำหรับสารออกไซด์ที่มีการโดปไททาเนียมออกไซด์ ร้อยละ 3 บนอลูมินา เมื่อนำไปเผาที่อุณหภูมิ 300 องศาเซลเซียส 450 องศาเซลเซียส และ 600 องศาเซลเซียส จะพบว่าพื้นที่ผิวจำเพาะเป็นดังนี้ 269 ตารางเมตรต่อกรัม 221 ตารางเมตรต่อกรัม และ 153 ตารางเมตรต่อกรัม ตามลำดับ โดยสารตัวอย่าง ไททาเนียมออกไซด์บนอลูมินาให้ผลิตภัณฑ์สุดท้ายเป็นของแข็งที่มีรูพรุนขนาดเมโซพอร์ เมื่อนำไปขึ้นรูปเป็นฟิลม์ได้ฟิลม์ที่มีลักษณะใส การให้ความร้อนแก่ฟิลม์ส่งผลให้ฟิลม์แตกและเมื่อนำฟิลม์ที่ได้ไปกระตุ้นด้วยแสงอัลตร้าไวเลต พบว่าไม่เกิดคุณสมบัติไฮโดรฟิลิกยิ่งยวดสำหรับการเตรียมไททาเนียมออกไซด์บนซิลิกาผ่านตัวทำละลาย พบว่าของแข็งสุดท้ายมีลักษณะมีรูพรุนขนาดเล็ก (ไมโครพอร์)เมื่อนำไปขึ้นรูปเป็นฟิลม์ได้ฟิลม์ที่มีลักษณะใส และความใสของฟิลม์จะลดลงเมื่อปริมาณไททาเนียมเพิ่มขึ้น เมื่อนำฟิลม์ที่ได้ไปกระตุ้นด้วยแสงอัลตราไวโอเลตพบว่าเกิดคุณสมบัติไฮโดรฟิลิกยิ่งยวด และยังคงคุณสมบัตินี้ได้ยาวนานกว่า 30 วันในที่มืด ความชื้นสัมพันธ์ส่งผลกระทบต่อคุณสมบัติไฮโดรฟิลิกยิ่งยวดมาก โดยฟิลม์สามารถแสดงคุณสมบัติไฮโดรฟิลิกได้เป็นเวลา 37 วัน เมื่อถูกเก็บไว้ในกล่องมืดที่มีการควบคุมความชื้นสัมพันธ์ร้อยละ 85 ในขณะที่กระจกที่มีสภาวะเดียวกันแต่ถูกเก็บในกกล่องมือที่มีการควบคุมความชื้นสัมพันธ์ร้อยละ 95 สามารถแสดงคุณสมบัติไฮโดรฟิลิกยิ่งยวดได้เป็นเวลา 17 วัน จากนั้นนำกระจกเคลือบฟิลม์ที่จำนวนรอบในการจุ่มเคลือบต่างๆเก็บไว้ในกล่องมืดที่ควบคุมความชื้นสัมพันธ์ ร้อยละ 85 พบว่า ฟิลม์ที่เคลือบ 1 รอบ สามารถแสดงคุณสมบัติไฮโดรฟิลิกยิ่งยวดได้เป็นเวลา 37 วัน ในขณะที่ฟิลม์ที่เคลือบ 2 รอบ สามารถ แสดงคุณสมบัติไฮโดรฟิลิกยิ่งยวดได้เป็นเวลา 6 วัน

In this project, we have been investigating the sol gel method for the preparation of TiO2/ AI2O3 doped silica to the properties of the final oxides. We investigated 3 properties: specific surface ares, titanium phases and titanium crystalline size. There were 3 parameters studied in this works: i) the addition of diol compounds and iii) calcinations temperature. Moreover, preparation of TiO2 doped silica via sol gel using ethanol as a solvent was conducted. From this study, we found that an increasing in titanium loading resulted to a decreasing of a specific surface area. We varied titanium loading over alumina as following 3%, 5%, 7% and 10% and we found that the specific surface areas of each samples were 269 m2/g, 264 m2/g, 223 m2 /g and 215 m2 /g, respectively: the samples were calcined at 300 C. The addirion of diol compound; 1,3-butanediol, increased the specific surface ares of the final oxide. We analyzed a 3%TiO2/AI2O3 with 1,3 butanediol and we found its specific surface area increased approximately 32% from the one without this compound. Finally, the changing of calcined temperatures strongly affected a specific surface ares of titania doped alumina. We measured the specific surface areas of a 3% TiO2/AI2O3 calcined at 300 C, 450 C and 600 C and found that the specific surface areas were 269 m2/g, 221 m2/g and 153 m2/g, respectively. For TiO2 doped silica film, it was found that the final product was a microporous oxide. The solution was used for film preparation and the results showed that the obtained films were transparent. However, an increase in titanium dioxide content lowered % transmittance of the films. The TiO2 doped silica film was exposed to UV for 5 hr. It was found that the contact angle of the film was in between 0-5 for more than 30 days when it was kept in the dark box. Relative humidity affected to this property. The film kept in the dark box controlled relative humidity to 85% showed superhydrophilicity for 37 days while the film kept in the dark box controlled relative humidity to 95% showed superhydrophilicity for 17 days. In this work, we also considered the thickness of the film from the number of dipping. The results showed that the film dipping for 1 time obtained the superhydrophilic property for 37 days while the film dipping for 2 times obtained the superhydrophilic property for 6 days. Therefore, the number of dipping affected to the superhydrophilic property of the film.