[发明专利]一种自清洁玻璃的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种自清洁玻璃的制备方法。

背景技术

二氧化钛(TiO₂)具有很强的光催化和亲水性能，且其化学性质稳定、无毒、成本低，是理想的光催化剂，因而二氧化钛自清洁玻璃具有广阔的应用前景。目前制备自清洁玻璃的方法多达十几种，概括起来主要有液相制备法、化学气相法、物理气相法、电化学法、喷雾热分解法、自组装法等等，其中溶胶-凝胶(Sol-gel)法和化学气相沉积(CVD)法倍受关注。和其他方法相比，Sol-gel法制备工艺简单、成本低廉，而CVD法成膜致密、均匀，非常适用工业化大规模生产，并且能与浮法玻璃生产相结合，降低成本。

一般来说，自清洁薄膜对太阳光的利用率不高，薄膜无光照条件下易失活，因此人们研究通过掺杂改变二氧化钛的能带宽度，抑制载流子和空穴之间复合的速度，从而实现光催化的长久性和超亲水性能的可持续。常用掺杂包括三类，分别为化合物(SiO₂、ZnO₂、WO₃、Fe₂O₃等)、金属离子(Fe、V、Cu、Al、Rh、Ni、Cd等)和非金属离子(N、F、S等)掺杂。从文献报道来看，以上掺杂对薄膜的光谱吸收频率红移或者抑制载流子的复合都有一些作用。其中SiO₂、Fe³⁺、N离子这三类物质研究较多。湖南大学的刘付胜聪用Sol-gel法制备出TiO₂/SiO₂复合自清洁防雾玻璃，具备黑暗中长时间的亲水性和较高的玻璃表面的耐磨性；四川大学的王作辉用Sol-gel法制备出掺铁TiO₂薄膜，提高了薄膜的紫外线吸收、光催化和亲水性能；浙江大学的郭玉用APCVD法以氨气为氮源，制备出的薄膜具备可见光诱导光催化性(减小带隙)，但样品紫外光吸收能力没有增加。

但是目前制备TiO₂自清洁薄膜的各种改性措施基本集中在单个因素的改变上，往往提高了一种性能却忽视了其他性能的改进，显然不能使制备的自清洁玻璃具备良好的综合性能，难以获得市场的认可。例如Sol-gel法中的提拉制膜存在膜层不均匀，容易产生彩虹现象，很难在大规模生产中保证质量稳定；传统CVD工艺制膜成本较高，薄膜中锐钛矿晶型的含量较低，只具备很有限的超亲水和光催化功能；掺杂单一离子只提高单方面的性能，如掺杂N可以提高可见光光催化利用率，却不能延长无光照条件下自清洁效果，人们采用多元素混合掺杂发现由于各种元素之间相互影响，镀膜材料的自清洁性能反而没有得到任何提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以结合浮法玻璃生产线镀膜的新方法，通过多元素分步掺杂、两种方法分层镀膜、严格控制镀膜的厚度、速度、温度和掺杂物质配比，克服了自清洁玻璃中常见的耐磨性差、透光率低、光谱响应范围窄和无光照下自清洁时效性差等众多难题。其步骤可以如下：1.用Sol-gel法在玻璃表面镀膜掺杂金属离子(铁、镍、铝、钨、钒、锌、锡、钼、镉、铼、铬、银)的SiO2的基底，并烘干成型；2.用CVD法在已镀膜SiO2的玻璃基底上再次镀膜掺杂非金属离子(N、S、C、P、卤族元素)的TiO2的二次膜；3.在马弗炉中对镀膜玻璃样品实施高温烘烤。

具体技术方案如下：

一种自清洁玻璃的制备方法，采用分层镀膜，包括Sol-gel法一次镀膜以及CVD法二次镀膜，其中一次镀膜时掺杂金属离子，二次镀膜时掺杂非金属离子。

进一步地，采用如下步骤：

(1)用Sol-gel法在玻璃表面镀膜掺杂金属离子的SiO2的基底，并烘干成型；

(2)用CVD法在已镀膜SiO2的玻璃基底上再次镀膜掺杂非金属离子的TiO2的二次膜；

(3)在马弗炉中对镀膜玻璃样品实施高温烘烤。

进一步地，步骤(1)中，Sol-gel法一次镀膜时采用喷枪实施喷涂。

进一步地，Sol-gel法一次镀膜所掺杂金属离子为非气态。

进一步地，CVD法二次镀膜所掺杂非金属离子为气态。

进一步地，所述金属离子为铁、镍、铝、钨、钒、锌、锡、钼、镉、铼、铬、银中的一种或几种。

进一步地，所述非金属离子为N、S、C、P、卤族元素中的一种或几种。

进一步地，Sol-gel法一次镀膜具体步骤为：

1)将有机硅3ml～15ml、水解抑制剂4ml～12ml、有机溶剂35ml～100ml组成混合溶液A，并在40℃环境下均匀搅拌30min～60min；