專利名稱：一種防雨霧自清潔玻璃的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及玻璃領(lǐng)域，具體一種防雨霧自清潔玻璃，適用于交通工具及建筑所用玻璃。
背景技術(shù)：
玻璃是建筑物、汽車等交通工具不可缺少的組成部分，承載著許多重要的功能，比如美化建筑物及汽車等的外觀、采光、給室內(nèi)外帶來(lái)開闊的視野及保溫或隔熱的作用。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛躍，人們審美情趣的提高和對(duì)生活品質(zhì)的追求得以實(shí)現(xiàn)。玻璃晶瑩剔透的玻璃存在于人們生活中的每個(gè)角落，它折射出光明和美麗，給人們帶來(lái)物質(zhì)和精神的享受。各種玻璃走進(jìn)了高樓大廈和千家萬(wàn)戶，如玻璃茶幾、餐桌、屏，玻璃幕墻等。另外，在各種交通工具上玻璃也有大量的使用。玻璃的大量使用給人們帶來(lái)光明和美麗的同時(shí)，也給人們帶來(lái)許多難題，比如清潔問(wèn)題、雨霧問(wèn)題等。玻璃在長(zhǎng)期使用后，表面會(huì)沾染許多灰塵、油污，這嚴(yán)重影響到玻璃的光透過(guò)性及美觀性。因此需要大量的清潔人員去進(jìn)行人工清洗，這要消耗很多的人力勞動(dòng)和洗滌液。不僅如此，高樓大廈的清潔工作還會(huì)威脅到清潔人員的生命安全，每年都有清潔人員因?yàn)楦呖詹僮鞫チ怂麄儗氋F的生命。此外灰塵、油污沾染在玻璃表面還會(huì)在雨霧天氣影響人們的視線。因?yàn)橐话愕牟Ａ艿交覊m、油污的污染后，鏡面對(duì)水珠的潤(rùn)濕角會(huì)增加，從而導(dǎo)致其表面掛滿細(xì)小的水珠和霧珠，清晰度下降。這樣的情況對(duì)交通工具而言就顯得尤為嚴(yán)重，它阻礙了駕駛員的視線，嚴(yán)重影響到行車安全。眾多的問(wèn)題引起了消費(fèi)的憂慮，他們對(duì)自清潔玻璃的要求越來(lái)越強(qiáng)烈。這引起了各個(gè)玻璃生產(chǎn)廠商的高度重視，他們投入大量的人力和物力對(duì)自清潔玻璃的技術(shù)和工藝進(jìn)行研究。自2000年以來(lái)，大量研究成果公布與眾。根據(jù)工作原理可分為親水型和疏水型。 疏水型如專利01125173. 5是利用化學(xué)涂層在玻璃上形成光滑透明的表面保護(hù)膜，從而使灰塵和雜質(zhì)在玻璃上的粘附大大降低，同時(shí)化學(xué)涂層的疏水性可使雨水沖刷掉少數(shù)的污染物。由于疏水型僅是減少污染物的粘附而不是對(duì)污染物進(jìn)行氧化降解，因此面對(duì)很難去除的油污時(shí)它將會(huì)束手無(wú)策。親水型則是利用涂層的強(qiáng)催化性分析降解其表面的有機(jī)物，然后讓它們隨灰塵、雜質(zhì)一起被雨水沖刷去，其自清潔效果更加明顯。所以絕大多數(shù)研究是圍繞著親水性展開的。根據(jù)其生產(chǎn)工藝可分為溶膠-凝膠法、液相沉積法、化學(xué)氣相沉積法、熱噴涂法、 磁控濺射法。溶膠-凝膠法如01U8306. 8,00109154. 9,200710134582. 2等是先合成無(wú)定形的T^2溶膠，經(jīng)提拉法成膜，干燥后形成凝膠薄膜，高溫煅燒后轉(zhuǎn)變成具有光催化性及超親水性的TiO2晶體，從而實(shí)現(xiàn)自清潔功能。該方法一次性投資少，可以得到雙面膜。然而它的膜層均勻性比較難把握，膜的催化活性有限，而且由于TiO2的溶膠中可能殘余未水解的鈦酸脂，使用中的鍍膜玻璃上常出現(xiàn)彩色斑。液相沉淀法如200910116704. 4是指包含鈦離子的可溶性鹽溶液，當(dāng)加入沉淀劑后，或在一定的溫度下使溶液發(fā)生水解，然后插入清洗干凈的玻璃基片使不溶性的氫氧化物、水合氧化物等粘附在其表面，將溶液中原有的陰離子和溶劑洗去，經(jīng)熱分解或脫水即得到所需的TiO2薄膜。它具有設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、原料易得、能耗少、容易添加微量成分等優(yōu)點(diǎn)。但它同溶膠-凝膠法一樣，存在著容易造成局部濃度過(guò)高使產(chǎn)品分散性差膜層不均勻、極易引入雜質(zhì)，影響產(chǎn)品的自潔效果和美觀性?；瘜W(xué)氣相沉積法如200410012216. 6是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)的方式，利用加熱、等離子激勵(lì)等能源， 在反應(yīng)器內(nèi)使氣態(tài)物質(zhì)在玻璃表面形成自清潔薄膜。利用化學(xué)氣相沉積法可使化學(xué)成分隨氣相組成的改變而變化，從而獲得梯度沉積物或者得到混合鍍層；可以控制涂層的密度和涂層純度；繞鍍件好。但對(duì)材料要求在室溫或不太高的溫度下最好是氣態(tài)或有較高的蒸汽壓而容易揮發(fā)成蒸汽；沉積層通常具有柱狀晶體狀態(tài)，不耐彎曲。噴涂法如200710009303. X、200610096964. 6等是將TiO2等物質(zhì)組合成自清潔溶液，以干燥凈化的空氣為載體，將自清潔組合物噴涂到熱的玻璃板表面，最后固化成自清潔薄膜。它制的薄膜光滑而平整、鍍膜速度快。但它材料消耗量大、有時(shí)可能需要多次噴涂、噴涂時(shí)可能會(huì)揮發(fā)溶劑、表面活性劑污染環(huán)境。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種防雨霧自清潔玻璃，在太陽(yáng)光的照射下，有效降解有機(jī)物且與水的接觸角能達(dá)到零度，很好地實(shí)現(xiàn)防雨霧自清潔?！N防雨霧自清潔玻璃，包括玻璃基底，其特征在于，玻璃基底上采用磁控濺射方法依次加工有TW2膜層和SiA膜層。所述TiA膜層厚度范圍為100 250nm。所述TW2膜層按照如下方式制備在玻璃基底上磁控濺射Ti，再對(duì)其陽(yáng)極氧化得到Τ 02納米管。進(jìn)一步地，還對(duì)所述Ti02納米管進(jìn)行摻雜和退火處理。所述摻雜采用CcTTe或CcKe或CdS或Bi2S3，退火處理溫度為500°C 600°C。本發(fā)明的技術(shù)效果體現(xiàn)在(1)采用磁控濺射法，它成膜速度快、生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)幅面大CBm — 5m)、產(chǎn)量大 (最大可達(dá)到200萬(wàn)m2/年)；膜層均勻，色差??；濺射粒子能量大，是蒸鍍粒子的數(shù)十倍，所以膜層結(jié)構(gòu)致密、結(jié)合力強(qiáng)；不添加所用材料以外的物質(zhì)不會(huì)引入雜質(zhì)，所以膜層物理化學(xué)性能穩(wěn)定、抗變色性強(qiáng)；膜層組合方便，膜系種類多，所用材料沒(méi)有特殊限制，不但能鍍制金屬膜，還可鍍制氧化膜、氮化膜、透明導(dǎo)電膜、介質(zhì)膜以及其它方法不可能鍍制的特殊組合的合金膜；在密閉的環(huán)境中鍍制，用材節(jié)約且不會(huì)污染環(huán)境；可控性強(qiáng)、膜層各種參數(shù)可在生產(chǎn)過(guò)程中用電腦調(diào)節(jié)控制。(2)自清潔膜層采用玻璃基體+Ti02+Si02的結(jié)構(gòu)，TW2的厚度為IOOnm以上，這樣可以限制玻璃中的堿金屬離子向自清潔層擴(kuò)散造成離子中毒，確保T^2高的光催化性；加入少量粗糙度大的SiO2可以增加膜層的粗糙度，這樣在不影響1102光催化性的基礎(chǔ)上可以提高膜層的超親水性，使其具有好的長(zhǎng)期的防雨霧性能。(3)能準(zhǔn)確控制膜層的厚度，可以根據(jù)客戶要求有選擇的調(diào)節(jié)膜系的顏色及光學(xué)性能，令消費(fèi)者滿意。(4)成膜速度快、生產(chǎn)效率高；整個(gè)膜系鍍制所用時(shí)間短，能滿足工廠大規(guī)模、大批量生產(chǎn)的要求，能夠提高效率占據(jù)市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)。
(5)膜系防雨霧自清潔效果好。在模擬太陽(yáng)光源照射下，四個(gè)小時(shí)可以降解亞甲基藍(lán)溶液67 %以上，而且只要玻璃表面無(wú)有機(jī)物覆蓋，可以長(zhǎng)期保持與水的接觸角零度，實(shí)現(xiàn)防雨霧自清潔的目的。


圖1為浸泡后不同熱處理溫度下TW2的光催化效果示意圖，圖ι (a)為浸泡后不同熱處理溫度下TW2的光催化性，圖ι (b)為浸泡后不同熱處理溫度下TiA的降解率。圖2為TiO2 (摻雜不同物質(zhì))的光催化效果示意圖，圖2(a)為TiO2 (摻雜不同物質(zhì))的光催化性，圖2(b)為TiO2(摻雜不同物質(zhì))的降解率。圖3為TiO2 (浸泡不同狀態(tài)的Bij3)的光催化效果示意圖，圖3(a)為TiO2 (浸泡不同狀態(tài)的Bi2S3)的光催化性，圖3(b)為TiO2(浸泡不同狀態(tài)的Bi2S3)的降解率。圖4為退火處理500°C的TW2的光催化效果示意圖，圖4(a)為退火處理500°C的 TiO2光催化性，圖4(b)為退火處理500°C的TiA降解率。圖5為Ti02/Si02膜的光催化效果示意圖，圖5(a)為Ti02/Si02膜的光催化性，圖 5(b)為Ti02/Si02膜的降解率。圖6為Ti02/Si02膜的超親水性動(dòng)態(tài)過(guò)程示意圖，圖6a為未滴水時(shí)的圖片，圖6b 為水滴滴在樣品表面的初始圖片，圖6c為水滴在樣品表面的進(jìn)一步鋪展圖片，圖6d為水滴在樣品表面的最終狀態(tài)圖片。圖7為Ti02/Si02 (不同氧分壓)的光催化性示意圖，圖7(a)為Ti02/Si02 (不同氧分壓)的光催化性，圖7(b)為Ti02/Si02 (不同氧分壓)的降解率。圖8為Ti02/Si02 (不同氧分壓)的超親水性示意圖。圖9為Ti02/Si02 (不同氣壓)的光催化性示意圖，圖9(a)為Ti02/Si02 (不同氣壓)的光催化性，圖9(b)為Ti02/Si02 (不同氣壓)的降解率。圖10為Ti02/Si02(不同氣壓)的超親水性示意圖，圖10(a)為SiO2濺射氣壓為 0. 5Pa時(shí)親水性示意圖，圖10(b)為S^2濺射氣壓為1. OPa時(shí)親水性示意圖。圖11為TiO2納米管示意圖，圖11 (a)為50000倍TiO2納米管的場(chǎng)掃照片，圖11 (a) 為10000倍TiA納米管的場(chǎng)掃照片。圖12為Ti02/Si02(不同氣壓)的光催化性示意圖，圖12(a)為TW2納米管的光催化性，圖12(b)為TW2納米管的降解率。圖13為TW2納米管的超親水性示意圖。
圖Ha為吸光度與時(shí)間的關(guān)系示意圖，14b為降解率與鍍膜厚度關(guān)系示意圖
具體實(shí)施例方式自清潔玻璃是指自動(dòng)清潔功能的玻璃，它需要在玻璃上鍍制特定的薄膜，該薄膜需要具有以下功能①.具有光催化活性，在太陽(yáng)光照射下，能夠?qū)⒂袡C(jī)物完全氧化成co2、 H2O等無(wú)機(jī)物從而可以被雨水或自來(lái)水沖走；②.具有超親水性，在自然光的照射下，水與玻璃的接觸角會(huì)變得很小，從而能夠隔離灰塵等無(wú)機(jī)物在玻璃上的吸附，使這些無(wú)機(jī)物能夠輕易沖刷掉。因此光催化性和超親水性是自清潔玻璃的重要技術(shù)指標(biāo)。防雨霧則主要利用物質(zhì)的超親水性，研究證實(shí)當(dāng)水與玻璃的接觸角小于5°C時(shí)，水便在玻璃上不能形成霧，
lg〒=abcA=lg = abc⑶，其中T-透過(guò)率、P。-入射光、P-透射光、A-吸光度、a-吸光系數(shù)、b_光徑、c_溶液濃度。從而可以看出，當(dāng)入射光、吸光系數(shù)和溶液厚度不變時(shí)，透過(guò)率是根據(jù)溶液的濃度變化而變化的，同時(shí)根據(jù)比爾定律，溶液的濃度與吸光度呈線性關(guān)系變化。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中， 亞甲基藍(lán)的起始濃度為10mg/L，用量為20ml，氙光燈與TiO2之間的距離為14cm。然后利用公式濃度改變量/起始濃度=降解率，得到各樣品的降解效率。實(shí)驗(yàn)中得到的降解率要比實(shí)際的降解率小，因?yàn)檎丈溥^(guò)程中存在水分蒸發(fā)。從圖1中可以看出，退火處理為300°C的樣品具有更好的光催化性，四個(gè)小時(shí)后其光催化降解率為76. 04%，具有強(qiáng)的去除有機(jī)物的能力。400°C、500°C退火處理后的效果稍差，其降解率分別為75.8^^70.5 ^實(shí)施例2根據(jù)如下濺射條件制備TW2膜層，膜層厚度為200nm。然后將TW2膜進(jìn)行600°C 退火處理兩個(gè)小時(shí)。將處理后的TW2分別放入澄清的CdTe、CdSe, CdS、Bi2S3溶液中浸泡 24h，用水清洗3次后進(jìn)行300 °C退火處理120分鐘，摻雜Bij3的TW2進(jìn)行240 °C退火處理，
從而不會(huì)影響人的視線，方便人們從事各種活動(dòng)。選用普通的載玻片，先在酸液H2SO4 H2O2 H2O=I 1 5中浸泡24小時(shí)，然后超聲震動(dòng)20分鐘；用去離子水沖洗干凈，再用丙酮超聲清洗20分鐘；用去離子水沖洗干凈， 再用酒精超聲清洗20分鐘；最后用高純的氮?dú)獯蹈?。用磁控濺射設(shè)備在玻璃表面鍍制TiO2 和SiO2膜層。^ 膜層很薄，僅是起到增加膜表面粗糙度延長(zhǎng)超親水效果的持續(xù)時(shí)間。下面結(jié)合實(shí)例，通過(guò)對(duì)光催化性與超親水性的分析，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。實(shí)施例1根據(jù)如下濺射條件制備TW2膜層，膜層厚度為200nm。然后將TW2膜進(jìn)行500°C 退火處理兩個(gè)小時(shí)。將處理后的TW2放入澄清的CdTe溶液中浸泡Mh，用水清洗3次后分別進(jìn)行300°C、40(TC、50(rC退火處理30分鐘。然后測(cè)試樣品的光催化性。
權(quán)利要求
1.一種防雨霧自清潔玻璃，包括玻璃基底，其特征在于，玻璃基底上采用磁控濺射方法依次加工有TiA膜層和SiA膜層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防雨霧自清潔玻璃，其特征在于，所述TiO2膜層厚度范圍為100 邪0歷。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的防雨霧自清潔玻璃，其特征在于，所述TiA膜層按照如下方式制備在玻璃基底上磁控濺射Ti，再對(duì)其陽(yáng)極氧化得到Ti02納米管。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的防雨霧自清潔玻璃，其特征在于，還對(duì)所述Ti02納米管進(jìn)行摻雜和退火處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的防雨霧自清潔玻璃，其特征在于，所述摻雜采用CdTe或CcKe 或CdS或Bi2S3，退火處理溫度為500°C 600°C。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種防雨霧自清潔玻璃，采用玻璃基體+TiO2+SiO2的結(jié)構(gòu)，限制玻璃中的堿金屬離子向自清潔層擴(kuò)散造成離子中毒，確保TiO2高的光催化性；加入少量粗糙度大的SiO2可以增加膜層的粗糙度，這樣在不影響TiO2光催化性的基礎(chǔ)上可以提高膜層的超親水性，使其具有好的長(zhǎng)期的防雨霧性能，實(shí)現(xiàn)防雨霧自清潔的目的。
文檔編號(hào)C03C17/34GK102432195SQ201110262429
公開日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月6日
發(fā)明者仝大利, 劉勇, 朱文 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)