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基本信息

項(xiàng)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(jī)車以及居家玻璃的清洗中，而此項(xiàng)工作不僅浪費(fèi)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(jī)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(jī)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(hù)環(huán)境和實(shí)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(jī)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(jì)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(dú)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?yàn)門iO2吸收一定強(qiáng)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(qiáng)的親水性，且?OH的強(qiáng)氧化性還可以分解在其上面附著的有機(jī)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(jìn)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(jī)羧酸在室溫下進(jìn)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(jìn)、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(diǎn)，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(yàn)，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(jī)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(diǎn) 1.以普通無機(jī)鹽TiCl4為原料，以有機(jī)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(diǎn)。 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(shí)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(fèi)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(jī)污染物以及病毒細(xì)菌等有毒微生物的完全降解，從而實(shí)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(jì)效益和社會效益將是巨大的。 近年來，我國機(jī)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(diǎn)、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(jī)動車輛的雨霧造成的視線模糊對司機(jī)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(fèi)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(diǎn)主要是：（1）以普通無機(jī)鹽TiCl4為原料，以有機(jī)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(diǎn)。（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(shí)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(jìn)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(jìn)、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(diǎn)，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(jī)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(xiàng) 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(shí)驗(yàn)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(shí)物、產(chǎn)品

使用說明,技術(shù)特點(diǎn)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(jì)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(fèi)用，近年來，我國機(jī)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(jì)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(jìn)行研究和在生產(chǎn)線上使用的自清潔玻璃制備方法，其實(shí)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(jī)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(jìn)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(jìn)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(shí)驗(yàn)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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