專利名稱：納米自潔凈超親水玻璃產(chǎn)品生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及玻璃生產(chǎn)與加工技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種納米自潔凈超親水玻璃產(chǎn)品生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
目前研究的自潔凈超親水玻璃生產(chǎn)工藝主要有溶膠—凝膠法、磁控濺射法、液相沉積法、氣相熱解沉積法、氣溶膠—凝膠法和化學(xué)反應(yīng)成膜法。其中，實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的僅有磁控濺射法與溶膠—凝膠法，但這二種生產(chǎn)工藝得到的膜光催化活性有限。我國(guó)主要研究的技術(shù)為溶膠—凝膠法。
磁控濺射法是將基質(zhì)玻璃表面加熱至熔融臨界狀態(tài)，在高度真空下將二氧化鈦或鈦金屬靶材激發(fā)成粒子，在磁場(chǎng)控制下打在玻璃基質(zhì)表面成膜，如果是金屬則存在一個(gè)氧化過(guò)程。該方法的優(yōu)點(diǎn)是膜的均勻性好；主要缺點(diǎn)是一次性投資大，生產(chǎn)消耗大，且為單面膜，光催化活性較低。
溶膠—凝膠法是先合成無(wú)定形二氧化鈦溶膠，經(jīng)提拉成膜，干燥后形成二氧化鈦凝膠膜，高溫加熱使無(wú)定形二氧化鈦轉(zhuǎn)變?yōu)槎趸伨w。該方法的優(yōu)點(diǎn)是一次性投資少，可得到雙面膜；缺點(diǎn)是膜的均勻性較難控制，膜的光催化活性有限，不能使膜的物理性能與光催化活性同時(shí)達(dá)到最佳。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明就是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足之處，提供一種納米自潔凈超親水玻璃產(chǎn)品生產(chǎn)方法。該方法投資少、生產(chǎn)成本低，形成的膜具有最佳的光催化活性表面態(tài)。
本發(fā)明所述的一種納米自潔凈超親水玻璃產(chǎn)品生產(chǎn)方法，其特征是，它包括如下步驟和工藝條件第一步 按照TEOS(硅酸乙酯)為2～20％、H2O為70～96％、濃HCl或濃HNO3為2～10％的重量配比配制二氧化硅底膜液，反應(yīng)溫度為40～100℃，反應(yīng)時(shí)間為1～10小時(shí)；第二步 將玻璃浸入二氧化硅底膜液中，提拉成膜，提拉速度為1～10mm·s-1，干燥后，在300～500℃下焙燒10～30分鐘，得到二氧化硅膜層；第三步 按照鈦酸酯(丁酯、丙酯或異丙酯)為2～20％、乙酐為2～10％、多元醇(乙二醇、丙三醇或聚乙二醇-500)為3～15％、二氧化硅5～40％、丁醇為5～10％、乙醇為28～75％的重量配比，在40～100℃溫度下加熱10～120分鐘，得到含有鈦氧有機(jī)物的膜液混合物；第四步 將鍍有二氧化硅底膜的玻璃浸入上述混合物中，提拉成膜，速度為1～10mm·s-1，干燥后，經(jīng)300～700℃下焙燒10～30分鐘即可。
本發(fā)明方法為鈦氧有機(jī)物提拉成膜熱解法，是一種新的自潔凈超親水玻璃生產(chǎn)工藝，投資少、生產(chǎn)成本低，該方法形成的膜具有最佳的光催化活性表面態(tài)，短時(shí)間光照即可達(dá)到自潔超親水狀態(tài)。本發(fā)明制備的膜具備高光催化活性的原理簡(jiǎn)述如下鈦氧有機(jī)物碳化形成的碳使二氧化鈦晶體表面部分四價(jià)Ti還原為三價(jià)Ti，后者即是光生電子的捕獲位置，又是氧優(yōu)生發(fā)生吸附的位置，因此，光生電子的轉(zhuǎn)移在這些位置更為有效。另一方面，即使高溫下碳化生成的水也可以在晶體表面形成一定量的表面羥基，它們消耗積累的光生空穴，使光催化反應(yīng)的發(fā)生更為有效。
納米自潔凈玻璃膜技術(shù)在建筑、車輛、工農(nóng)業(yè)和日常生活等各方面的應(yīng)用非常廣泛。暴露在外的表面(如普通的窗玻璃、玻璃墻幕和車玻璃)會(huì)吸咐空氣中工程的有機(jī)物，形成有機(jī)污垢，這種有機(jī)垢不能象灰塵一樣被雨水沖掉，只有通過(guò)刷洗才能除去，玻璃表面的清洗不僅浪費(fèi)人力與水資源，而且清洗用的洗滌劑對(duì)環(huán)境也造成污染。另一方面，水在普通的物體表面接觸角較大，在有霧或雨天水滴不能完全鋪展，而形成水霧，影響可見(jiàn)度。納米自潔膜很好地解決了物體表面存在的這些缺陷。
納米自潔凈玻璃表面含有具有光催化作用的納米二氧化鈦晶體，它在一定波長(zhǎng)的太陽(yáng)光照下會(huì)產(chǎn)生羥基自由基(·OH)，它們具有高的氧化力，可以無(wú)選擇性地氧化有機(jī)物和殺死細(xì)菌，使表面同時(shí)具有自潔(免除玻璃清洗或不用清洗劑僅水洗)、殺菌防霉、抗霧和空氣凈化等多種功能，除去車內(nèi)或居室內(nèi)存在的有毒污染物和細(xì)菌。
自潔凈超親水玻璃的抗霧性能也與納米二氧化鈦晶體的光催化活性有關(guān)，當(dāng)膜面吸收了太陽(yáng)能，表面形成更多的羥基(OH)，使膜面的親水性增強(qiáng)，表面接觸角接近于零，水在表面形成一層透明的水膜，而不是霧滴；當(dāng)然，膜的自潔狀態(tài)對(duì)其親水性也有貢獻(xiàn)。
研究表明，納米二氧化鈦晶體膜對(duì)空氣中的氮硫的氧化物也有好的除去效果，如果建筑墻幕、居室車輛用上自潔凈玻璃，將很好的凈化空氣，獲得良好的社會(huì)效益。因此，納米自潔凈玻璃產(chǎn)品具有巨大的應(yīng)用前景以及社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果本發(fā)明方法用二氧化硅溶膠與鈦氧有機(jī)物混合物作為膜液材料，經(jīng)提拉成膜，干燥后焙燒，鈦氧有機(jī)物熱解得到高光催化活性主要成份為二氧化鈦的納米晶體膜。該方法一次性投資低，生產(chǎn)消耗少，其產(chǎn)品具有以下特色1.產(chǎn)品具有良好的光催化活性，短時(shí)間光照即可達(dá)到自潔超親水狀態(tài)。
2.納米自潔超親水膜與基質(zhì)完全結(jié)合，耐磨、耐蝕和耐候性好，光透過(guò)率高反射率低。
3.可以得到無(wú)色、桃紅與海洋藍(lán)多種色彩的膜。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
實(shí)施例一表1為底膜膜液配方中各組份的比例與相應(yīng)操作過(guò)程工藝參數(shù)，所得納米自潔凈超親水玻璃樣品性能見(jiàn)表2。表1膜液配方中各組份比例(V/V)與相應(yīng)操作工藝數(shù)據(jù)樣品 TEOS H2O HCl或 反應(yīng)溫 反應(yīng) 提拉速度 焙燒溫 焙燒時(shí)號(hào) HNO3度℃時(shí)間h mm·s-1度℃間min12 96 2 100 1 10500 1025 90 5 80 2 3 300 3031085 5 80 2 3 400 2042070 10 80 10 1 400 20外層膜所用膜液配方鈦酸丁酯，8％；乙酐，10％；乙醇，5％；丁醇，10％；乙醇，61％；二氧化硅，6％；所有試劑混合后，40℃下反應(yīng)120分鐘。制膜時(shí)，提拉速度為3mm·s-1，600℃度焙燒30分鐘即得到樣品。樣品性能測(cè)定數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。表2納米自潔凈玻璃產(chǎn)品樣品性能樣品號(hào)透光率％折射率％耐磨性a親水性b1 85 20 √ ×2 82 18 √ ×3 78 15 √ √4 70 15 √ √耐磨性檢定方法用粗帆布在膜面擦拭1000次，膜面不破壞為合格，用“√”示之，“×”表示不合格。
以365nm、1.5mW·cm-2光強(qiáng)，距離5厘米光照1h，水在其表面完全鋪展，認(rèn)為膜面親水性合格，并認(rèn)為達(dá)到自潔狀態(tài)，以“√”示之，“×”表示不合格。
實(shí)施例二底膜膜液配方為TEOS，10％；H2O，85％；HCl，5％。該混合物在80℃下反應(yīng)2小時(shí)，得到膜液。玻璃以3mm·s-1速率提拉成膜，干燥后，400℃焙燒20分鐘。外層膜液配方與制膜工藝數(shù)據(jù)見(jiàn)表3，膜液混合物在70℃下反應(yīng)60分鐘，表4為各樣品性能數(shù)據(jù)。表3納米自潔超親水膜膜液組份與制膜工藝數(shù)據(jù)樣 鈦酸 鈦酸 鈦酸 乙 乙 丁 乙 二氧 提拉速度 焙燒 焙燒品 丁酯 丙酯 異丙 酐 二 醇 醇 化硅 mm·s-1溫度 時(shí)間號(hào) 酯醇 ℃min52 2 5 10 75 63 700 306 4 4 5 10 71 63 600 3078 8 5 10 63 63 600 3082010 5 10 49 63 300 30表4樣品性能測(cè)定數(shù)據(jù)樣品號(hào)透光率％折射率％耐磨性親水性5 85 12 √×6 80 12 √√7 78 15 √√8 65 25 × √
實(shí)施例三底層膜實(shí)施與實(shí)例二相同，外層膜膜液配方與制膜工藝數(shù)據(jù)見(jiàn)表5，膜液混合物在100℃下反應(yīng)10分鐘，表6為其樣品性能數(shù)據(jù)。表5納米自潔超親水膜膜液組份與制膜工藝數(shù)據(jù)樣 鈦酸 乙 乙 丙 聚乙二 丁 乙 二氧 提拉速焙燒 焙燒品 丁酯 酐 二 三 醇- 醇 醇 化硅 度mm.s-1溫度 時(shí)間號(hào) 醇 醇 500 ℃min98 10 15 10 55 2 10600 1010 8 10 10 10 56 6 5 600 1011 8 10 10 10 42 203 600 3012 8 10 3 10 28 401 600 30表4樣品性能測(cè)定數(shù)據(jù)樣品號(hào)透光率/％ 折射率/％ 耐磨性親水性9 76 18 × ×1078 16 √√1178 15 √√1276 14 √×如上所述，即可較好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種納米自潔凈超親水玻璃產(chǎn)品生產(chǎn)方法，其特征是，它包括如下步驟和工藝條件第一步 按照TEOS為2～20％、H2O為70～96％、濃HCl或濃HNO3為2～10％的重量配比配制二氧化硅底膜液，反應(yīng)溫度為40～100℃，反應(yīng)時(shí)間為1～10小時(shí)；第二步 將玻璃浸入二氧化硅底膜液中，提拉成膜，提拉速度為1～10mm·s-1，干燥后，在300～500℃下焙燒10～30分鐘，得到二氧化硅膜層；第三步 按照鈦酸酯為2～20％、乙酐為2～10％、多元醇為3～15％、二氧化硅5～40％、丁醇為5～10％、乙醇為28～75％的重量配比，在40～100℃溫度下加熱10～120分鐘，得到含有鈦氧有機(jī)物的膜液混合物；第四步 將鍍有二氧化硅底膜的玻璃浸入上述混合物中，提拉成膜，速度為1～10mm·s-1，干燥后，經(jīng)300～700℃下焙燒10～30分鐘即可。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米自潔凈超親水玻璃產(chǎn)品生產(chǎn)方法，其特征是，所述鈦酸酯可以是丁酯、丙酯或異丙酯；所述多元醇可以是乙二醇、丙三醇或聚乙二醇-500。
全文摘要
本發(fā)明是一種納米自潔凈超親水玻璃產(chǎn)品生產(chǎn)方法，它首先按照TEOS為2～20％、H
文檔編號(hào)C03C17/42GK1412142SQ0215204
公開(kāi)日2003年4月23日 申請(qǐng)日期2002年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月26日
發(fā)明者陳小泉, 劉煥彬, 古國(guó)榜 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)