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基本信息

項目名稱：
自清潔玻璃制備新方法
小類：
能源化工
簡介：
本發(fā)明涉及一種自清潔玻璃制備新方法。首先以TiCl4為原料采用常溫絡(luò)合-控制水解新工藝制備出粒度為1.5 nm的混晶TiO2無色透明水溶膠，然后將該水溶膠利用普通高壓噴槍均勻噴涂在玻璃表面，即可得到透明、均勻、牢固的薄膜，同時具有超親水性和高自潔性能。與目前市場上采用的氣相沉積、磁控濺射和溶膠-凝膠法相比，工藝簡單、不用專門復(fù)雜設(shè)備、投資少、效果好，極大降低了應(yīng)用門檻，前景廣闊。
詳細(xì)介紹：
一、作品發(fā)明的意義 眾所周知，現(xiàn)代社會大量的人力物力被投入到建筑物、機車以及居家玻璃的清洗中，而此項工作不僅浪費人力、物力和財力，而且還會對一部分人的人身安全造成極大的威脅；對于機動車輛，由于雨刷清洗不干凈擋風(fēng)玻璃上的雨霧而帶來的視線模糊，使司機產(chǎn)生很大困擾，…。自清潔玻璃的研發(fā)和制備對發(fā)展新的生態(tài)建筑材料和環(huán)境協(xié)調(diào)型材料,保護環(huán)境和實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。這類新型功能材料的使用面極廣,具有廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景,可廣泛應(yīng)用在與人們生活環(huán)境相關(guān)的玻璃和玻璃制品上。其在紫外光或者太陽光照射下具有降解有機污染物物和殺菌消毒的效果,可以用于醫(yī)院手術(shù)儀器、廚房玻璃等；其超親水性使空氣中的水蒸氣不會凝結(jié)在玻璃表面,可以用于汽車擋風(fēng)玻璃及后視鏡,浴室鏡子,眼睛鏡片,儀器儀表玻璃等；其自清潔性能使其廣泛用于玻璃幕墻、門窗玻璃、天窗玻璃、家電玻璃、燈具燈罩玻璃等。因此，自清潔玻璃的研究與制備無疑具有良好的經(jīng)濟效益與社會效益。 所謂自清潔玻璃,是指普通玻璃在經(jīng)過特殊的物理或化學(xué)方法處理后,其表面產(chǎn)生獨特的物理化學(xué)特性,從而使玻璃不再通過傳統(tǒng)的人工擦洗方法而在自然雨水或人工定期噴淋的沖刷下達(dá)到清潔一新的狀態(tài)。目前較為普遍的是在玻璃表面覆上TiO2薄膜，因為TiO2吸收一定強度的光后會使使電子激發(fā)，從而使吸附的水變成?OH，玻璃上的?OH層使得玻璃具有很強的親水性，且?OH的強氧化性還可以分解在其上面附著的有機物，殺死細(xì)菌等，這一系列的性質(zhì)使得涂層玻璃或其他的噴涂表面具有了自清潔能力。 目前生產(chǎn)上主要采用的方法包括化學(xué)氣相沉積法(CVD)、溶膠-凝膠高溫?zé)Y(jié)法(Sol-Gel)和磁控濺射法等。傳統(tǒng)自潔玻璃不僅制備工藝復(fù)雜、設(shè)備昂貴，而且所鍍的納米TiO2膜為純銳鈦礦晶型，需要紫外光激發(fā)，不能有效地利用太陽光或日光燈，所以市場推廣困難。 二、作品科學(xué)性和先進性 1.本發(fā)明采用常溫絡(luò)合—控制水解新技術(shù)成功制備出了粒度僅為1.5 nm的混晶TiO2無色透明水溶膠。首先將TiCl4水解轉(zhuǎn)化為TiO2?H2O，然后與有機羧酸在室溫下進行絡(luò)合反應(yīng)，得到透明配合物，再經(jīng)分段控制水解即可得納米混晶TiO2無色透明水溶膠。該方法原料廉價易得、制備工藝先進、環(huán)保節(jié)能，適于批量生產(chǎn)。所得水溶膠無色透明，性能穩(wěn)定。 2.將本發(fā)明無色透明納米混晶TiO2水溶膠用普通高壓噴槍噴涂到玻璃表面，經(jīng)室溫晾干后，就會獲得具有均勻納米涂膜的超親水性、高自潔性能的玻璃制品。該自清潔玻璃的制備方法與目前市場上采用的氣相沉積法、磁控濺射法和溶膠提拉加高溫?zé)Y(jié)法相比，具有工藝簡單、不用專門復(fù)雜設(shè)備、投資少、膜厚均勻等優(yōu)點，并可在任何條件下（比如在玻璃安裝前或安裝后）噴涂，為自清潔玻璃的普遍推廣和廣泛市場化開創(chuàng)了先河。 3.本發(fā)明方法制得的自清潔玻璃，由于混晶效應(yīng)，效果極佳。按照GB/T 23764-2009方法檢驗，用JC2000接觸角測量儀測得其表面接觸角接近0度，具有高度超親水性能和自潔性能，在太陽光或日光燈照射下可以在短時間內(nèi)完成對玻璃表面有機污染物的降解，同CVD法、磁控濺射和溶膠提拉加高溫?zé)Y(jié)法相比，極大改善了自清潔玻璃表面超親水性能低，光催化性能不高的缺陷。 三、作品創(chuàng)新點 1.以普通無機鹽TiCl4為原料，以有機羧酸為絡(luò)合劑，采用常溫絡(luò)合-控制水解新技術(shù)成功制備出了安全、無毒、高效、平均粒徑1.5 nm的混晶TiO2無色透明水溶膠，該工藝具有原料易得、成本低、工藝簡單，環(huán)保節(jié)能、便于工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)點。 2.將本發(fā)明的水溶膠利用普通高壓噴槍將其均勻涂覆在玻璃表面，所產(chǎn)生牢固的、透明的納米薄膜不但有超親水性（按照GB/T 23764-2009國際標(biāo)準(zhǔn)，用JC2000接觸角測量儀測得其表面接觸角接近0度），而且有高自潔性，在太陽光或日光燈照射下，可以將吸附在玻璃表面的甲醛、苯類以及病毒微生物等完全降解，從而實現(xiàn)對環(huán)境的完全凈化。 經(jīng)中國科學(xué)技術(shù)信息研究所查新證明，該發(fā)明成果在國內(nèi)外尚未見報道(詳見查新報告)，已經(jīng)申報了國家發(fā)明專利。 四、應(yīng)用前景 本發(fā)明采用常溫絡(luò)合—控制水解新技術(shù)制備出的納米TiO2水溶膠無色透明，儲存穩(wěn)定性好，有兩大應(yīng)用領(lǐng)域：一、可以直接用普通高壓噴槍噴涂在玻璃制品表面，自然晾干后，就會得到鍍有無色透明、均勻納米薄膜的超親水玻璃，解決了傳統(tǒng)的磁控濺射、化學(xué)氣相沉積和溶膠提拉法設(shè)備復(fù)雜、制膜困難的難題；不會使玻璃由于高溫等苛刻條件下的操作而變形，并且可以在已安裝好的玻璃上直接噴涂，省去了更換玻璃的費用；二、可以作為光觸媒產(chǎn)品治理居家裝修、公共場所等空氣環(huán)境污染。與市場現(xiàn)有的乳白色和黃色光觸媒相比，該透明水溶膠呈中性，產(chǎn)品無色透明，可直接噴涂在室內(nèi)家具、壁紙和墻壁等任何物體上，在太陽光或日光燈照射下就會完成對甲醛、苯類等有機污染物以及病毒細(xì)菌等有毒微生物的完全降解，從而實現(xiàn)對環(huán)境的凈化。 本發(fā)明工藝簡單，原料易得，成本低，極大降低了應(yīng)用門檻，使得納米自清潔玻璃成本降得極低，保證了市場接受能力和生產(chǎn)廠家足夠的利潤空間。如果應(yīng)用于上述兩個領(lǐng)域，保守估計每年市場需1000噸納米TiO2水溶膠。如果籌建一個年產(chǎn)1000噸企業(yè)，總投資500萬元（包括設(shè)備、廠房和流動資金），企業(yè)銷售額可達(dá)30000萬元（3個億），利稅15000萬元（1.5個億），如果在加上自潔玻璃的銷售利潤，其經(jīng)濟效益和社會效益將是巨大的。 近年來，我國機動車玻璃，高層建筑外墻裝飾玻璃和防霧玻璃發(fā)展快速，如果在這些玻璃制品上推廣使用超親水、自清潔性玻璃，其應(yīng)用前景將非?？捎^。

作品圖片

  • 自清潔玻璃制備新方法
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作品專業(yè)信息

設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

為了解決:1.陰雨天由于機動車輛的雨霧造成的視線模糊對司機產(chǎn)生的困擾，2.高層建筑裝飾玻璃每年清洗所導(dǎo)致的高風(fēng)險、高費用問題，3.目前自清潔玻璃制備必須采用磁控濺射、氣相沉積和溶膠提拉高溫?zé)Y(jié)法等復(fù)雜技術(shù)難題，本發(fā)明首先制備一種高效混晶納米TiO2無色透明水溶膠光催化劑，然后利用普通噴涂技術(shù)將其涂覆在普通浮法玻璃表面，使其具有超親水性和高自潔性能,為國內(nèi)外自清潔玻璃的推廣奠定基礎(chǔ)。 本發(fā)明的創(chuàng)新點主要是：（1）以普通無機鹽TiCl4為原料，以有機羧酸為絡(luò)合劑，采用常溫絡(luò)合-控制水解新技術(shù)成功制備出了安全、無毒、高效、平均粒徑1.5 nm的混晶TiO2無色透明水溶膠，該工藝具有原料易得、成本低、工藝簡單，環(huán)保節(jié)能、便于工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)點。（2）將本發(fā)明的水溶膠利用普通高壓噴槍將其均勻涂覆在玻璃表面，所產(chǎn)生牢固、透明的納米薄膜不但有超親水性（按照GB/T 23764-2009國際標(biāo)準(zhǔn)，用JC2000接觸角測量儀測得其表面接觸角接近0度），而且有高自潔性，在太陽光或日光燈照射下，可以將吸附在玻璃表面的甲醛、苯類以及病毒微生物等完全降解，從而實現(xiàn)對環(huán)境的完全凈化。 經(jīng)中國科學(xué)技術(shù)信息研究所查新證明，該發(fā)明成果在國內(nèi)外尚未見報道(詳見查新報告)，已經(jīng)申報了國家發(fā)明專利。

科學(xué)性、先進性

1.本發(fā)明采用常溫絡(luò)合-控制水解新技術(shù)成功制備出了粒度僅為1.5 nm的混晶TiO2無色透明水溶膠。該方法原料廉價易得、制備工藝先進、環(huán)保節(jié)能，適于批量生產(chǎn)。所得水溶膠無色透明，性能穩(wěn)定。 2.將無色透明納米混晶TiO2水溶膠用普通高壓噴槍噴涂到玻璃表面，經(jīng)室溫晾干后獲得具有均勻納米涂膜的超親水、高自潔的玻璃制品。該自清潔玻璃的制備方法與目前市場上采用的氣相沉積法、磁控濺射法和溶膠提拉加高溫?zé)Y(jié)法相比，具有工藝簡單、不用專門復(fù)雜設(shè)備、投資少、膜厚均勻等優(yōu)點，并可在任何條件下（比如在玻璃安裝前或安裝后）噴涂，為自清潔玻璃普遍推廣和廣泛市場化開創(chuàng)了先河。 3.本發(fā)明制得的自清潔玻璃涂膜，由于混晶效應(yīng)，較普通的銳鈦礦納米TiO2薄膜具有更高的太陽能利用率。按GB/T 23764-2009方法測得表面接觸角接近0度，在太陽光或日光燈照射下可在短時間內(nèi)完成對玻璃表面有機污染物的降解，同CVD法、磁控濺射和溶膠提拉加高溫?zé)Y(jié)法相比，極大改善了自清潔玻璃表面的超親水和光催化性能。

獲獎情況及鑒定結(jié)果

申請中國發(fā)明專利一項 題目：一種高自潔親水玻璃及制備方法 申請?zhí)枺?01110089601.0 申請日：2011年4月11日

作品所處階段

實驗室階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

技術(shù)轉(zhuǎn)讓或聯(lián)合辦廠均可

作品可展示的形式

實物、產(chǎn)品

使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測

本發(fā)明采用常溫絡(luò)合-控制水解新技術(shù)制備出的納米TiO2水溶膠無色透明，儲存穩(wěn)定性好，容易批量生產(chǎn)。該產(chǎn)品可直接用普通高壓噴槍噴涂在玻璃制品表面，自然晾干后，就會得到鍍有無色透明、均勻納米薄膜的超親水和高自潔玻璃，解決了傳統(tǒng)的磁控濺射、化學(xué)氣相沉積和溶膠提拉法設(shè)備復(fù)雜、制膜困難的難題；不會使玻璃由于在高溫等苛刻條件下操作而變形，并且可以在已安裝好的玻璃上直接噴涂，省去了更換玻璃的費用，近年來，我國機動車玻璃，高層建筑外墻裝飾玻璃發(fā)展快速，如果在這些玻璃制品上推廣使用自清潔玻璃，應(yīng)用前景將非?？捎^； 本發(fā)明工藝簡單，原料易得，成本低，極大降低了應(yīng)用門檻，使得納米自清潔玻璃成本降得極低，保證了市場接受能力和生產(chǎn)廠家足夠的利潤空間。如果應(yīng)用于上述兩個領(lǐng)域，保守估計每年市場需1000噸納米TiO2水溶膠。如果籌建一個年產(chǎn)1000噸企業(yè)，總投資500萬元（包括設(shè)備、廠房和流動資金），企業(yè)銷售額可達(dá)30000萬元（3個億），利稅15000萬元（1.5個億），經(jīng)濟效益和社會效益可觀。

同類課題研究水平概述

1. 化學(xué)氣相沉積法是最早進行研究和在生產(chǎn)線上使用的自清潔玻璃制備方法，其實質(zhì)上是把含有構(gòu)成薄膜元素的一種或幾種化合物的單質(zhì)或氣體供給基板，借助氣相反應(yīng)，在基片表面上反應(yīng)生成薄膜的方法。2002年英國Pilkington公司利用CVD技術(shù)沉積制造出了世界第一塊應(yīng)用型自清潔玻璃，并已推廣應(yīng)用。以后相繼有古巴哈瓦那大學(xué)的Zumeta和西班牙巴塞羅那大學(xué)Ayllon等以及英國Pilkington公司的Sanderson等人發(fā)表文章，論述了他們的研究工作。國內(nèi)目前有張敬暢、吳興惠等申請了使用CVD法制備TiO2自清潔玻璃的專利。 2. 溶膠-凝膠高溫?zé)Y(jié)法是先由含鈦有機化合物溶液制備溶膠，然后將溶膠涂布于玻璃表面形成凝膠，再經(jīng)干燥和高溫焙燒后在玻璃表面形成一層TiO2薄膜。1995年美國的Paz和Lou制備了玻璃上的光氧化自清潔透明TiO2膜， 近年來又有日本soda公司Shigemichi與日本東京大學(xué)先進科學(xué)技術(shù)中心Toshiya Watanabe等、土耳其伊斯坦布爾科技大學(xué)Sam等采用溶膠-凝膠法在鈉鈣玻璃上制備納米TiO2膜，并對納米TiO2膜光催化活性和光致超親水性進行了細(xì)致的研究。我國有任達(dá)森等人采用溶膠-凝膠法制備了SiO2/TiO2鍍膜玻璃，并研究其光催化性能。 3. 磁控濺射法是薄膜物理氣相沉積(PVD)的一種方法，是與化學(xué)氣相沉積相聯(lián)系又截然不同的一類薄膜沉積技術(shù)。1999年，董昊等采用直流磁控濺射方法制備TiO2玻璃并研究了其光催化性能。以后日本的Okada、德國Zywitzki等研究脈沖磁控濺射法沉積制備納米TiO2晶體膜的結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系，并研究了它在水溶液中的光催化活性。國內(nèi)專利方面，使用磁控濺射法制備TiO2玻璃的有王浩、唐振方、楊錫良等。 本作品發(fā)明了一種超親水、高自潔玻璃的新型制備方法。首先采用常溫絡(luò)合—控制水解新技術(shù)成功制備出了粒度僅為1.5 nm的納米混晶TiO2無色透明水溶膠。然后用普通高壓噴槍噴涂到玻璃表面，室溫晾干后獲得涂有一層牢固均勻透明的納米涂膜，實驗證明，由于混晶效應(yīng)，該玻璃同時具有超親水性和高自潔性能。與目前市場上采用的三種方法相比，該方法工藝簡單、不用專門復(fù)雜設(shè)備、投資少，可在任何條件下（比如玻璃安裝前或安裝后）噴涂，為自清潔玻璃的普遍推廣和廣泛市場化開創(chuàng)了一條新路，應(yīng)用前景廣闊。
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