CN101570401B - 一种自清洁玻璃的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自清洁玻璃制备方法，其包括如下步骤：将玻璃基片清洗、风干；按以下组分进行混合配制TiO2复合溶胶，各组分重量百分比为：TiO2:SiO2:CeO2:H2O＝20～30:0.1～1:0.02～0.1:65～70；然后将配制好的TiO2复合溶胶倒入喷雾器中，以1.0～2.5m/min的速度向玻璃基片表面喷涂TiO2复合溶胶；将喷涂有TiO2复合溶胶的玻璃基片处在60～150℃的温度下烘干；在300℃的条件下陈化，得到涂有TiO2自洁膜的自清洁玻璃。该TiO2自洁膜在可见光条件下就具有超亲水性，玻璃表面遇水时能形成完整水膜，具有自清洁能力。

Description

一种自清洁玻璃的制备方法
技术领域
本发明涉及一种玻璃的制备方法，尤其是一种自清洁玻璃的制备方法。
背景技术
玻璃幕墙因具有防风、防雨、保温、隔热、防噪音、抗空气渗透和装饰性等优点被建筑师们所青睐，并已成为城市现代化的一种标志。但是，玻璃幕墙的清洁却是一个令人头痛的问题，它不仅危险而且浪费大量的水资源和由于使用洗涤剂带来一定的环境污染，而使用依靠自然雨水冲刷的自清洁玻璃是从根本上解决以上难题的最有效方法，因此，研究制备自清洁玻璃成为当今这方面研究的热点。
许多研究表明：TiO2薄膜在紫外光条件下，具有超亲水、分解有机物和释放负氧离子等功能，即自清洁功能。将TiO2的自清洁功能应用于幕墙玻璃可以解决其清洁难，费用高的问题，通过雨水自然冲刷就可以达到对玻璃自然清洗的效果，因此，研究和开发具有自清洁功能的玻璃，将减少玻璃清洁带来的污染和浪费，达到节能和环保的目的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自清洁玻璃制备方法，在玻璃基片表面制作TiO2自洁膜，以提高玻璃的自清洁能力。
本发明设计的一种自清洁玻璃制备方法，其特征在于依次经过如下步骤：
a、将玻璃基片清洗、风干；
b、按以下组分进行混合配制TiO2复合溶胶，各组分重量百分比为：TiO2:SiO2:CeO2:H2O＝20～30:0.1～1:0.02～0.1:65～70；
c、将配制好的TiO2复合溶胶倒入喷雾器中，以1.0～2.5m/min的单次喷途前进速度向玻璃基片表面喷涂TiO2复合溶胶；
d、将喷涂有TiO2复合溶胶的玻璃基片处在60～150℃的温度下烘干；
e、在300℃的条件下陈化，得到涂有TiO2自洁膜的自清洁玻璃。
上述步骤是采用了溶胶-凝胶技术在玻璃基片上直接得到纳米TiO2自洁膜，该膜层TiO2颗粒直径在30nm左右，膜厚在53nm以内，掺杂SiO2和CeO2的TiO2自洁膜层具有优良的光催化功能，使得该TiO2自洁膜在可见光条件下就具有超亲水性，玻璃表面遇水时能形成完整水膜，具有自清洁能力，具体特点如下：
a、亲水性好，玻璃表面水接触角θ＝0°；
b、在可见光照射下，甲基橙分解90％的时间为48小时，具有自清洁能力。
本发明改变了以往溶胶-凝胶法不能在玻璃表面上得到大面积均匀产品的现状，通过以上配方和工艺结合实现了溶胶-凝胶法制备大面积均匀功能膜玻璃的生产技术。
作为上述方案的进一步改进，在上述的烘干速度控制在20～50℃/min的范围中，这样有利于获得较好的光学性能，可见光透过率85.3％，透明性好。
作为上述方案的进一步改进，是在700℃条件下按一般钢化程序钢化上述自清洁玻璃。钢化后的自清洁玻璃的自清洁特性得到保持和改良：
a、亲水性好，玻璃表面水接触角θ＝0°，；
b、透明性好，可见光透过率达88.7％；
c、在可见光照射下，甲基橙分解90％的时间缩短为28小时。
附图说明
图1喷涂速度对自洁玻璃表面性能的影响；
图2喷涂速度对镀膜玻璃可见光透过率的影响；
图3热处理温度对自洁膜表面性能的影响；
图4烘干温度对自洁玻璃可见光透过率的影响；
图5烘干速度对自清洁膜表面性能的影响；
图6烘干速度对自清洁膜光学性能的影响；
图7钢化对自洁膜表面性能的影响。
具体实施方式：
最佳实施方式
a、将浮法玻璃基片用自制的表面活性剂洗涤液清洗，再用去离子水冲干净，风干，待用；
b、按以下组分进行混合配制TiO2复合溶胶，各组分重量百分比为：TiO2:SiO2:CeO2:H2O＝20～30:0.1～1:0.02～0.1:65～70；
c、将配制好的TiO2复合溶胶倒入喷雾器中，控制单次喷途前进速度为1.0m/min向以1.5m/min速度移动玻璃基片上喷涂TiO2复合溶胶；
d、将喷涂有TiO2复合溶胶的玻璃基片处在105℃的温度下烘干，形成TiO2自洁膜，该膜层中的TiO2颗粒直径在30nm左右，膜厚53nm，具有纳米TiO2特性；
e、在300℃下陈化10min，可以得到涂有TiO2自洁膜的自清洁玻璃，其亲水性好，玻璃表面水接触角θ＝0°；透明性好，可见光透过率85.3％，在可见光照射下，甲基橙分解90％的时间为48小时。
f、在700℃条件下按一般钢化程序钢化上述陈化后自清洁玻璃，得到钢化的自清洁玻璃。其亲水性好，玻璃表面水接触角θ＝0°；透明性进一步提高，可见光透过率88.7％，在可见光照射下，甲基橙分解90％的时间为28小时。玻璃在可见光条件下就具有超亲水性，在玻璃表面可形成完整水膜，具有自清洁能力。
下面结合附图对本发明在各种条件下实施的结果测试并进行分析讨论：
1.测试方法
1.1 镀膜玻璃水接触角θ的测试
玻璃水滴角的测试采用拍照后，测量照片水滴角度的方法进行，取十次测试值的算术平均值。
1.2 镀膜玻璃光学性能测试
镀膜玻璃的可见光透射比、紫外光透射比、可见光反射比、太阳光直接透射比、太阳光直接反射比等参数的测试均按GB/T18915.1的标准方法进行，在此仅考察可见光透射比。
1.3 镀膜在玻璃表面附着力的测试
附着力和耐老化时间按GB/T9286与GB/T 14522的标准进行。
采用划格子法在玻璃表面划格子，然后用透明胶反复粘贴后撕开后，观察亲水膜完整程度，在此，以计算的次数评价玻璃表面镀膜的附着力。具体方法：在玻璃表面，将透明胶揭开，再粘贴，再揭开，反复多次之后，滴水在玻璃表面观察水滴的接触角或将玻璃插入水中，提拉出后，观察玻璃表面水膜的完整性，以玻璃表面水膜完整为条件，计次数。
1.4 玻璃耐老化测试
取7cm×7cm的镀膜玻璃3片，在紫外灯(60W)下照射，观察其表面状态，是否有变色、粉化现象，计时(小时)。
1.5 催化能力观察
配制0.2μg/ml甲基橙溶液，涂于玻璃表面，在日光照射下，每隔2小时用分光光度计测试甲基橙浓度，记录时间与浓度对应值。
2.结果与讨论
2.1 喷涂速度对自清洁膜表面性能的影响
自清洁膜的表面性能指标包括：膜外观和光学性能(按GB/T18915.1的标准)、附着力和耐老化时间(按GB/T9286与GB/T 14522的标准)、亲水性按水接触角小于5°定义为具有亲水性。在此分别在以0.5m/min、1.0m/min、1.5m/min、2.0m/min、2.5m/min、3.0m/min的喷涂速度对玻璃进行喷涂，其各项指标测试结果见图1。
从图1可知：喷涂速度快，自清洁膜的附着力下降，亲水性差，其原因为喷涂速度过快，玻璃表面TiO2膜太薄，纳米TiO2太少影响了玻璃的亲水性等表面性能，但其光学性能明显提高，见图2。
2.2 热处理温度对自洁膜表面性能的影响
本实验是以TiO2溶胶在玻璃表面凝胶来制备纳米TiO2膜的，对凝胶膜的热处理直接影响TiO2膜在玻璃表面的附着力和其它性能。从图3可看到：热处理温度不影响玻璃的外观和自清洁膜的耐老化时间和亲水性，但严重影响膜的附着力，这表明：溶胶在凝胶的过程中已与玻璃表面的Si-O-H结合，但结合的牢固程度取决于热处理，热处理温度越高，膜与玻璃表面的Si-O-H结合越牢固，因此，随热处理温度提高，其附着力急剧加大。但光学性能仅在400℃前后有明显变化，见图4。
2.3 烘干速度对自清洁膜表面性能的影响
烘干速度大小直接影响TiO2溶胶的凝胶速度和陈化时间，如图5和图6所示，烘干速度过慢使TiO2晶胞变大，出现光干涉现象，玻璃表面有彩虹现象，其光学性能受到影响而变差，可见光的透过率下降，但烘干速度过快，TiO2快速凝胶网络中的溶剂来不及挥发，使玻璃的可见光透过率下降，也不行，因此，适当地控制烘干速度对玻璃的光学性能是极为重要的。
2.4 钢化对自洁膜表面性能的影响
研究表明：纳米TiO2经过不同的温度处理，其晶型不一样，性能也不同，一般地，在450℃从无定型向锐钛型转变，再转化为金红石型。而本试验中所采用的钢化温度为700℃，使玻璃表面的晶型转化为锐钛型，因此催化能力优于未经过钢化的自清洁玻璃。同时钢化处理使复合膜与玻璃表面的结合增强。见图7。
由图7可知：自清洁玻璃的钢化极大地增加了自洁膜的附着力，高达20倍；而催化能力提高很多，从48小时减少到28小时，并使其自洁玻璃光学性能提高，可见光透过率明显增加，表明玻璃的钢化有利于延长自清洁玻璃的使用寿命和提高各种性能指标。

Claims (3)

1.一种自清洁玻璃的制备方法，其特征在于依次经过如下步骤：
a、将玻璃基片清洗、风干；
b、按以下组分进行混合配制TiO2复合溶胶，各组分重量百分比为：TiO2:SiO2:CeO2:H2O＝20～30:0.1～1:0.02～0.1:65～70；
c、将配制好的TiO2复合溶胶倒入喷雾器中，以1.0～2.5m/min的单次喷涂前进速度向玻璃基片表面喷涂TiO2复合溶胶；
d、将喷涂有TiO2复合溶胶的玻璃基片处在60～150℃的温度下烘干；
e、在300℃的条件下陈化，得到涂有TiO2自洁膜的自清洁玻璃。
2.根据权利要求1所述的一种自清洁玻璃的制备方法，其特征在于：烘干速度控制在20～50℃/min的范围内。
3.根据权利要求1或2所述的一种自清洁玻璃的制备方法，其特征在于：在700℃条件下按一般钢化程序钢化上述自清洁玻璃。
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