CN103626404A

CN103626404A - 一种纳米二氧化钛自清洁玻璃的制备方法

Info

Publication number: CN103626404A
Application number: CN201310695465.9A
Authority: CN
Inventors: 于伟东; 谢晓峰; 杨海明; 孙静
Original assignee: Shanghai Institute of Ceramics of CAS
Current assignee: Shanghai Institute of Ceramics of CAS
Priority date: 2013-12-17
Filing date: 2013-12-17
Publication date: 2014-03-12

Abstract

本发明涉及纳米涂层技术领域，尤其涉及一种纳米二氧化钛自清洁玻璃的制备方法包括以下步骤：步骤1：清洁玻璃表面；步骤2：使用纳米晶复合溶液对玻璃进行超声雾化喷涂,所述纳米晶复合溶液为二氧化钛/二氧化硅复合溶液，所述二氧化钛和二氧化硅的重量比例为1:0.15-1:0.5；步骤3：将喷涂后的玻璃进行退火处理。本发明采用上述技术解决方案所能达到的有益效果主要是解决了自清洁玻璃大规模生产时造成的涂布不均、涂层外观质量太差等问题，同时能够使得涂层跟牢固地结合在玻璃基体表面，保证了涂层的使用寿命。本工艺具有工艺简单，实际应用方便等特点，制得的自清洁玻璃涂层外观透亮，具有增透的效果。

Description

一种纳米二氧化钛自清洁玻璃的制备方法

技术领域

本发明涉及纳米涂层技术领域，尤其涉及一种纳米二氧化钛自清洁玻璃的制备方法。

背景技术

自清洁玻璃是一种实用的建筑玻璃，其制备主要的方法是在普通的玻璃上面镀上一层纳米涂层，能够使玻璃表面沾染的污染物或灰尘颗粒在重力、雨水、风力等外力作用下自动脱落或通过光催化降解而除去，具有节水、节能、环保等优点，在建筑、交通、新能源等行业具有重要的应用前景。目前制备自清洁玻璃的技术是利用相应的镀膜技术，目前国际上生产自清洁玻璃的方法主要还是溶胶-凝胶法。但是一般的溶胶-凝胶法存在膜层与玻璃的附着力较差，影响自清洁玻璃的使用寿命；高温热处理提高附着力，造成成本偏高，而其自清洁效果有限；大规模涂覆时，涂层容易出现涂布不均，涂层外观差等种种缺点，使其无法进行大规模的工业化生产。

发明内容

本发明的目的就在于解决自清洁玻璃生产制备中出现的大规模涂覆难、涂层外观差以及涂层寿命短等制约着其大规模工业化生产和推广发展的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种纳米二氧化钛自清洁玻璃的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：清洁玻璃表面；

步骤2：使用纳米晶复合溶液对玻璃进行超声雾化喷涂,所述纳米晶复合溶液为二氧化钛/二氧化硅复合溶液，所述二氧化钛和二氧化硅的重量比例为1:0.15-1:0.5；

步骤3：将喷涂后的玻璃进行退火处理。

进一步，所述步骤1的清洁方法包括以下步骤：

a：用洗涤剂清洗玻璃表面；

b：使用蒸馏水对玻璃进行清洗；

c：使用超声清洗机对玻璃清洗；

d：将玻璃放入浓硫酸和双氧水混合液中浸泡至少10min，所述浓硫酸和双氧水的体积比例为7:2-7:4；

e：使用去离子水对玻璃进行冲洗；

f：将玻璃放入浓氨水、双氧水和去离子水混合液中浸泡至少5min，所述浓氨水、双氧水和去离子水的体积比例为1:1:1-1:1.5:3；

g：使用去离子水对玻璃进行冲洗；

h：使用无水乙醇对玻璃进行冲洗；

i：将玻璃烘干备用。

进一步，采用的超声雾化喷涂的喷涂设备的超声雾化器的频率为1.7MHz—2.0MHz，功率为20W以上。

进一步，所述退火处理的方法为：将喷涂好纳米晶复合溶液的玻璃在350℃-480℃中退火，然后随炉自然冷却。

本发明采用上述技术解决方案所能达到的有益效果主要是解决了自清洁玻璃大规模生产时造成的涂布不均、涂层外观质量太差等问题，同时能够使得涂层跟牢固地结合在玻璃基体表面，保证了涂层的使用寿命。本工艺具有工艺简单，实际应用方便等特点，制得的自清洁玻璃涂层外观透亮，具有增透的效果。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

一种纳米二氧化钛自清洁玻璃的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：清洁玻璃表面；

步骤3：将喷涂后的玻璃进行退火处理。

进一步，所述步骤1的清洁方法包括以下步骤：

a：用洗涤剂清洗玻璃表面；

b：使用蒸馏水对玻璃进行清洗；

c：使用超声清洗机对玻璃清洗；

e：使用去离子水对玻璃进行冲洗；

g：使用去离子水对玻璃进行冲洗；

h：使用无水乙醇对玻璃进行冲洗；

i：将玻璃烘干备用。

下面通过几组实验对比证明上述纳米二氧化钛自清洁玻璃的制备方法的有效性：

实验一：

首先制备质量百分比为1%的纳米二氧化钛复合溶胶，控制其二氧化钛和二氧化硅的比例复合比例分为1:0.3，其中氧化钛为锐钛矿晶型，颗粒的粒径均小于10nm，并且分散均匀。将待加工的小块玻璃基体先用玻璃水洗净表面附着的一些油污灰尘，用蒸馏水清洗干净后，置于超声清洗机中清洗约3-5分钟，然后在浓硫酸和双氧水按7:3体积比配制而成的混合液中浸泡20min，用去离子水冲洗后再用浓氨水、双氧水和去离子水按1:1:1.5体积比配制而成的混合液中浸泡10min，拿出用去离子水冲洗最后用无水乙醇冲洗，烘干备用。将制备好的复合溶胶通过循环水泵注入超声雾化设备中，调节超声频率为1.7MHZ，功率为120W，通电后，复合溶胶被超声波碎分裂成极细的雾汽，然后由外加辅助气流（空气、氧气或氮气）携带均匀地喷洒在经过前处理的玻璃基体上，趁湿膜将玻璃基体置于高温炉中400℃退火，随炉冷却便可制得纳米二氧化钛自清洁玻璃

实验二：

将实验一中纳米氧化钛复合溶液的比例由1:0.3改为1:1，其他方法均与实验一相同。

实验三：

将实验一中超声雾化设备的超声频率由1.7MHZ为10KHZ，其他方法均与实验一相同。

实验四：

将实验一中退火处理工艺由置于高温炉中400℃退火并随炉冷却改为常温退火，其他方法均与实验一相同。

实验五：

奖实验一中退火处理工艺由置于高温炉中400℃退火并随炉冷却改为60℃退火并随炉冷却，其他方法均与实验一相同。

实验结果：

实验一，在该方法下所制备的自清洁玻璃表面透亮，自清洁涂层具有较好的可见光过透过率（大于88%），在建筑涂料耐洗刷仪上测试，涂层可耐1000次的摩擦而无明显破损。

实验二，涂层虽有较好的可见光透光率，但是其涂层容易剥落，自清洁效果不明显。

实验三，自清洁玻璃表面有一层白霜，严重影响玻璃的透光，在建筑涂料耐洗刷仪上测试，该涂层仅能承受100次的摩擦便已完全破损。

实验四和实验五，涂层均耐不住100次摩擦便破损严重。

从实验结果可以得出，使用实验一的方法（即本发明方法）制得的二氧化钛自清洁玻璃的各种方面都有较高的性能指标。

按照本发明方法制得的纳米溶胶涂层，其中纳米级的二氧化钛的作用是在光的照射下，让粘附在玻璃表面的有机污染物微生物和细菌分解为CO2和H2O等的无机物，同时当水份接触到玻璃时，能在玻璃表面迅速、均匀地铺展来，润湿污染物并使得污染物悬浮于玻璃表面，以致于在重力或雨水冲刷下自然脱落，能够保持了玻璃表面的长期洁净；纳米级的二氧化硅的复合采用的是氧化物掺杂同时结合有机硅表面修饰的方法，将纳米二氧化硅与纳米二氧化钛复合在一起。纳米二氧化硅作为一种黏结剂，与纳米二氧化钛颗粒表面的Ti—OH反应，形成Ti—O—Si键，将纳米二氧化钛颗粒与玻璃基体很好地黏结起来，增强了涂层的附着力。另外二氧化钛分子所携带的大量的—OH基团能进一步提高涂层表面的水润湿性能，可以弥补无光照环境下，涂层表面亲水角的升高，提高二氧化钛光谱响应范围，使得涂层保持长久的超亲水特性。

所述超声雾化喷涂是利用超声波将复合溶胶击碎分裂成极细的雾汽，然后由外加辅助气流（空气、氧气或氮气等）携带喷洒在玻璃基体上，通过控制超声波的功率来控制雾化量，通过控制气体的流量来控制喷雾的流量，能够将雾化液均匀地喷洒在玻璃基体表面，形成一层均匀透明的涂层。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种纳米二氧化钛自清洁玻璃的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：清洁玻璃表面；

步骤3：将喷涂后的玻璃进行退火处理。

2.根据权利要求1所述的一种纳米二氧化钛自清洁玻璃的制备方法，其特征在于：所述步骤1的清洁方法包括以下步骤：

a：用洗涤剂清洗玻璃表面；

b：使用蒸馏水对玻璃进行清洗；

c：使用超声清洗机对玻璃清洗；

e：使用去离子水对玻璃进行冲洗；

g：使用去离子水对玻璃进行冲洗；

h：使用无水乙醇对玻璃进行冲洗；

i：将玻璃烘干备用。

3.根据权利要求1所述的一种纳米二氧化钛自清洁玻璃的制备方法，其特征在于：采用的超声雾化喷涂的喷涂设备的超声雾化器的频率为1.7MHz—2.0MHz，功率为20W以上。

4.根据权利要求1所述的一种纳米二氧化钛自清洁玻璃的制备方法，其特征在于：所述退火处理的方法为：将喷涂好纳米晶复合溶液的玻璃在350℃-480℃中退火，然后随炉自然冷却。