本發(fā)明涉及一種玻璃圖層材料，具體是一種使玻璃具有自清潔效果的涂層材料的制備和應(yīng)用方法。
背景技術(shù)：
普通玻璃表面易產(chǎn)生靜電，會吸收空氣中的浮塵、汽車尾氣，特別是霧霾天多的時候，時間一長，極容易臟污，另外，當(dāng)下雨時，普通玻璃與水的接觸角為30-40度，所以在玻璃表面很容易形成水珠，并且水珠不易滑落，在水珠干燥過程中，又極容易吸咐空氣中漂浮著的一定量的有機物，干燥后形成水痕，天長日久，形成污垢，這種污漬雨水難以沖去，只有人工涮洗才可以除凈。由于城市建筑大量采用玻璃幕墻為裝修材料，一旦形成大面積的污垢，會極大影響城市市容，而且長時間不清潔，污垢表面會長霉菌，近一步污染空氣，加劇危害大眾健康。但是，人工清洗涉及高空作業(yè)問題，具有高度的危險性和操作難度，并且給大樓內(nèi)部人員造成隱私上的不便。另外人工高空清洗作業(yè)成本和保險費用高昂。
近年來，超親水玻璃因具有超親水、自清潔、防霧等特性在建筑物外墻玻璃、汽車玻璃、家用浴室防霧玻璃、電子產(chǎn)品的顯示器和太陽能電池的采光板等方面得到廣泛的應(yīng)用.目前，超親水玻璃的制備方法多種多樣，按照超親水的機理可以分為兩大類:一是粗糙度致超親水，即通過對玻璃表面化學(xué)和幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，使玻璃表面具有一定的粗糙度，從而獲得超親水性能.通過層層自組裝法將sio2納米粒子組裝到聚陽離子層中制備出多孔結(jié)構(gòu)的玻璃薄膜，該薄膜表面對水接觸角在0.5s內(nèi)就能小于5°。但薄膜的超親水性能維持時間不長，一旦空氣的有機污染物吸附在薄膜表面，即覆蓋-oh等親水基團(tuán)，薄膜將失去親水能力，故此法制備的薄膜無法應(yīng)用于外界環(huán)境、
二是光催化超親水，即用tio2、sno2等光催化物質(zhì)鍍制的薄膜，經(jīng)紫外光或可見光照射后可表現(xiàn)出超親水性能。其中tio2作為典型的半導(dǎo)體光催化材料，在超親水領(lǐng)域受到極大的重視.fujishima等對tio2薄膜的親水行為進(jìn)行較為系統(tǒng)的研究，用銳鈦型tio2溶膠制備的tio2薄膜，在紫外光照射下表現(xiàn)出超親水性能，但將此薄膜黑暗放置一段時間，表面轉(zhuǎn)變?yōu)槭杷?此法制備的薄膜具有較強的光致超親水性，能夠有效地降解有機污染物，但其無法實現(xiàn)弱光或室內(nèi)采光環(huán)境下的超親水性。
目前市場上的最好的超親水涂層主要成分是二氧化鈦(tio2)。在玻璃上鍍/涂一層二氧化鈦薄膜后，由于二氧化鈦在(紫外線)光能的作用下能夠產(chǎn)生良好的光催化特性而具有超親水性。這種超親水特性使得很小的水滴會聚成大的水膜，在重力的作用下脫落，從而使得沾染在其上的污漬能夠容易的被水沖走，使玻璃具有易清潔的特性，因此特別適合用于戶外建筑玻璃。其優(yōu)點是價格便宜，缺點是二氧化鈦的吸收帶是在紫外區(qū)所有必須有紫外線照射，而且附著性不佳。很多人用摻雜的方法來使得二氧化鈦獲得一些顏色，但這些雜原子又會造成二次污染，而且易受氧化而褪色，效果并不佳。
制約二氧化鈦光電催化劑因在環(huán)境和能源方面的應(yīng)用的一個瓶頸因素是光子利用率，如常用的光催化劑二氧化鈦(tio2)只能吸收紫外光，約占太陽光全譜能量中的5％。黑色tio2是一種新型的可見光催化材料，通過在二氧化鈦納米顆粒表面或者體相進(jìn)行ti3+摻雜或制造氧空位，從而實現(xiàn)其光譜吸收范圍的可控調(diào)節(jié)。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種粒徑均勻、穩(wěn)定性好的使玻璃具有自清潔效果的涂層材料的制備和應(yīng)用方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
一種使玻璃具有自清潔效果的涂層材料的制備方法，具體步驟如下：
(1)往30-60重量份的氫化鈦粉末中加入100-120重量份的20％過氧化氫水溶液，混合均勻，再加入120-150重量份的水，攪拌均勻，得到的黃色膠體狀產(chǎn)物；
(2)將水熱反應(yīng)釜的聚四氟乙烯內(nèi)襯在室溫下在50％硝酸中浸泡1天，然后用80℃去離子水浸泡三次，再將步驟(1)制備的黃色膠體狀產(chǎn)物混合液和添加劑放入聚四氟乙烯內(nèi)襯中，將聚四氟乙烯內(nèi)襯置于配套的鈦套筒中，擰緊；
(3)將水熱反應(yīng)釜置于恒溫反應(yīng)器中，在150-250℃下，反應(yīng)10h，反應(yīng)結(jié)束后，得到黑色的二氧化鈦粉體；
(4)制備的粉體混合液在聚四氟乙烯內(nèi)襯中的填充度為60％，再用真空過濾的方法得到粉體，隨后在氬氣氣氛中烘干得到干燥的黑色二氧化鈦粉末。
作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述添加劑為氯酸鈉、高錳酸鉀、過硼酸鈉、雙氧水、過硫酸鈉、過硫酸鉀、碳酸鈉、碳酸氫鈉和過硼酸鈉中的一種或多種。
一種使玻璃具有自清潔效果的涂層材料的應(yīng)用方法，具體步驟如下：
(1)將玻璃進(jìn)行前處理，將玻璃經(jīng)過火燒和電暈槍處理后放入漂白水中，在漂白水的上表面用白色棉布進(jìn)行濕覆蓋，放置2.5-4.5h后用清水沖洗并用雨刮收水；
(2)清水沖洗后進(jìn)行檢驗，再次噴水后成為親水性則前處理完成得到超親水玻璃；
(3)將使玻璃具有自清潔效果的涂層材料按照0.3％的重量比加入只清水中，靜置隔夜無沉淀分層得到涂層材料清水溶液；
(4)用上述涂層材料清水溶液對超親水玻璃進(jìn)行噴涂，噴口的直徑小于0.3mm；
(5)干燥后在用噴火槍燒撩一遍，燒撩時間小于1s，噴火槍的溫度為400-500℃。
作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案：所述漂白水為次氯酸鈉溶液。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
本發(fā)明制得一種粒徑均勻、穩(wěn)定性好、表面-oh高、內(nèi)部氧空位或ti3+多，制備方法簡單、制備時間短、易于精確控制、所生產(chǎn)的黑色二氧化鈦顆粒為超薄片狀的銳鈦礦相或金紅石相，一般厚度只有1-10納米，因此和玻璃等表面能緊密結(jié)合，而且其超薄的特點也不影響透光率，解決了玻璃幕墻需要定期人工清洗的問題，解決了超親水玻璃涂層材料的長期附著力問題。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施方式對本專利的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)地說明。
實施例1
一種使玻璃具有自清潔效果的涂層材料的制備方法，具體步驟如下：
(1)往30重量份的氫化鈦粉末中加入100重量份的20％過氧化氫水溶液，混合均勻，再加入120重量份的水，攪拌均勻，得到的黃色膠體狀產(chǎn)物；
(2)將水熱反應(yīng)釜的聚四氟乙烯內(nèi)襯在室溫下在50％硝酸中浸泡1天，然后用80℃去離子水浸泡三次，再將步驟(1)制備的黃色膠體狀產(chǎn)物混合液和添加劑放入聚四氟乙烯內(nèi)襯中，將聚四氟乙烯內(nèi)襯置于配套的鈦套筒中，擰緊；
(3)將水熱反應(yīng)釜置于恒溫反應(yīng)器中，在150℃下，反應(yīng)10h，反應(yīng)結(jié)束后，得到黑色的二氧化鈦粉體；
(4)制備的粉體混合液在聚四氟乙烯內(nèi)襯中的填充度為60％，再用真空過濾的方法得到粉體，隨后在氬氣氣氛中烘干得到干燥的黑色二氧化鈦粉末。
所述添加劑為氯酸鈉、高錳酸鉀、過硼酸鈉、雙氧水、過硫酸鈉、過硫酸鉀、碳酸鈉、碳酸氫鈉和過硼酸鈉中的一種或多種。
一種使玻璃具有自清潔效果的涂層材料的應(yīng)用方法，具體步驟如下：
(1)將玻璃進(jìn)行前處理，將玻璃經(jīng)過火燒和電暈槍處理后放入次氯酸鈉溶液中，在次氯酸鈉溶液的上表面用白色棉布進(jìn)行濕覆蓋，放置2.5h后用清水沖洗并用雨刮收水；
(2)清水沖洗后進(jìn)行檢驗，再次噴水后成為親水性則前處理完成得到超親水玻璃；
(3)將使玻璃具有自清潔效果的涂層材料按照0.3％的重量比加入只清水中，靜置隔夜無沉淀分層得到涂層材料清水溶液；
(4)用上述涂層材料清水溶液對超親水玻璃進(jìn)行噴涂，噴口的直徑小于0.3mm，噴出均勻薄霧；
(5)干燥后在用噴火槍燒撩一遍，燒撩時間小于1s，噴火槍的溫度為400℃，燒固后實效時間延長。
實施例2
一種使玻璃具有自清潔效果的涂層材料的制備方法，具體步驟如下：
(1)往45重量份的氫化鈦粉末中加入110重量份的20％過氧化氫水溶液，混合均勻，再加入135重量份的水，攪拌均勻，得到的黃色膠體狀產(chǎn)物；
(2)將水熱反應(yīng)釜的聚四氟乙烯內(nèi)襯在室溫下在50％硝酸中浸泡1天，然后用80℃去離子水浸泡三次，再將步驟(1)制備的黃色膠體狀產(chǎn)物混合液和添加劑放入聚四氟乙烯內(nèi)襯中，將聚四氟乙烯內(nèi)襯置于配套的鈦套筒中，擰緊；
(3)將水熱反應(yīng)釜置于恒溫反應(yīng)器中，在200℃下，反應(yīng)10h，反應(yīng)結(jié)束后，得到黑色的二氧化鈦粉體；
(4)制備的粉體混合液在聚四氟乙烯內(nèi)襯中的填充度為60％，再用真空過濾的方法得到粉體，隨后在氬氣氣氛中烘干得到干燥的黑色二氧化鈦粉末。
所述添加劑為氯酸鈉、高錳酸鉀、過硼酸鈉、雙氧水、過硫酸鈉、過硫酸鉀、碳酸鈉、碳酸氫鈉和過硼酸鈉中的一種或多種。
一種使玻璃具有自清潔效果的涂層材料的應(yīng)用方法，具體步驟如下：
(1)將玻璃進(jìn)行前處理，將玻璃經(jīng)過火燒和電暈槍處理后放入次氯酸鈉溶液中，在次氯酸鈉溶液的上表面用白色棉布進(jìn)行濕覆蓋，放置3.5h后用清水沖洗并用雨刮收水；
(2)清水沖洗后進(jìn)行檢驗，再次噴水后成為親水性則前處理完成得到超親水玻璃；
(3)將使玻璃具有自清潔效果的涂層材料按照0.3％的重量比加入只清水中，靜置隔夜無沉淀分層得到涂層材料清水溶液；
(4)用上述涂層材料清水溶液對超親水玻璃進(jìn)行噴涂，噴口的直徑小于0.3mm，噴出均勻薄霧；
(5)干燥后在用噴火槍燒撩一遍，燒撩時間小于1s，噴火槍的溫度為450℃，燒固后實效時間延長。
實施例3
一種使玻璃具有自清潔效果的涂層材料的制備方法，具體步驟如下：
(1)往60重量份的氫化鈦粉末中加入120重量份的20％過氧化氫水溶液，混合均勻，再加入150重量份的水，攪拌均勻，得到的黃色膠體狀產(chǎn)物；
(2)將水熱反應(yīng)釜的聚四氟乙烯內(nèi)襯在室溫下在50％硝酸中浸泡1天，然后用80℃去離子水浸泡三次，再將步驟(1)制備的黃色膠體狀產(chǎn)物混合液和添加劑放入聚四氟乙烯內(nèi)襯中，將聚四氟乙烯內(nèi)襯置于配套的鈦套筒中，擰緊；
(3)將水熱反應(yīng)釜置于恒溫反應(yīng)器中，在250℃下，反應(yīng)10h，反應(yīng)結(jié)束后，得到黑色的二氧化鈦粉體；
(4)制備的粉體混合液在聚四氟乙烯內(nèi)襯中的填充度為60％，再用真空過濾的方法得到粉體，隨后在氬氣氣氛中烘干得到干燥的黑色二氧化鈦粉末。
所述添加劑為氯酸鈉、高錳酸鉀、過硼酸鈉、雙氧水、過硫酸鈉、過硫酸鉀、碳酸鈉、碳酸氫鈉和過硼酸鈉中的一種或多種。
一種使玻璃具有自清潔效果的涂層材料的應(yīng)用方法，具體步驟如下：
(1)將玻璃進(jìn)行前處理，將玻璃經(jīng)過火燒和電暈槍處理后放入次氯酸鈉溶液中，在次氯酸鈉溶液的上表面用白色棉布進(jìn)行濕覆蓋，放置4.5h后用清水沖洗并用雨刮收水；
(2)清水沖洗后進(jìn)行檢驗，再次噴水后成為親水性則前處理完成得到超親水玻璃；
(3)將使玻璃具有自清潔效果的涂層材料按照0.3％的重量比加入只清水中，靜置隔夜無沉淀分層得到涂層材料清水溶液；
(4)用上述涂層材料清水溶液對超親水玻璃進(jìn)行噴涂，噴口的直徑小于0.3mm，噴出均勻薄霧；
(5)干燥后在用噴火槍燒撩一遍，燒撩時間小于1s，噴火槍的溫度為500℃，燒固后實效時間延長。
水熱法是指在特制的高壓反應(yīng)釜里，采用水溶液作為反應(yīng)介質(zhì)，通過對反應(yīng)容器加熱，創(chuàng)造一個高溫、高壓反應(yīng)環(huán)境，使得通常難溶或不溶的物質(zhì)溶解并且重結(jié)晶。由于水熱反應(yīng)是在非受限的條件下進(jìn)行，因此在制備納米粉體上與其它濕化學(xué)方法相比有許多優(yōu)越性，如具有在高溫高壓下一次完成，無需后期晶化處理，所制得粉體粒度分布窄，團(tuán)聚程度低，成分純凈，制備過程污染小，易實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)點而且通過該方法制得的產(chǎn)品粒徑可通過控制反應(yīng)條件調(diào)節(jié)。該方法制備工藝簡單，設(shè)備廉價，極其適合于企業(yè)的大規(guī)模生產(chǎn)。另外采用水熱法制備黑色二氧化鈦可以通過控制反應(yīng)條件控制產(chǎn)品粒徑與摻雜濃度得到不同性能的黑色二氧化鈦產(chǎn)品。
本發(fā)明中的主要成分為三價鈦和/或氧空位摻雜的二氧化鈦納米顆粒。起始原料則是利用二價鈦比如氫化鈦為前驅(qū)體，通過水熱或溶劑熱的方法結(jié)合惰性氣氛中的煅燒溫度調(diào)控，成功控制了黑色tio2材料體相，形貌和ti3+摻雜濃度，進(jìn)而分別優(yōu)化其可見光吸收強度和表面的結(jié)合面積，以及光催化性能，發(fā)展了一種溫和條件下可控制備黑色tio2材料的新方法，所制備的黑色tio2材料具有較大的比表面積(500m2/g)和良好的可見光吸收性能。
本發(fā)明以三價鈦摻雜的二氧化鈦為有效成分之一，通過對水熱或溶劑熱的方法所生產(chǎn)出的黑色二氧化鈦的表面進(jìn)行適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)調(diào)控，以及對隨后配置的光電涂層的配方的氧化還原性質(zhì)的化學(xué)調(diào)控，可以使得配方具有以下特性：
1.所生產(chǎn)的黑色二氧化鈦顆粒為超薄片狀的銳鈦礦相或金紅石相，一般厚度只有1-10納米，因此和玻璃等表面能緊密結(jié)合，而且其超薄的特點也不影響透光率。
2.配方中的添加劑成分能夠?qū)⒁话阊趸?玻璃，石材，瓷磚等)表面的有機成分降解成可溶性的有機酸，從而被水沖洗掉，起到預(yù)清洗作用。這些添加劑成分可以隨后在氧化物表面形成富-oh(羥基)表面，從而使得表面已經(jīng)有oh基團(tuán)的二氧化鈦納米顆?？梢栽诟稍镞^程中脫水與表面形成ti-o-si鍵，從而以化學(xué)鍵的形式牢固地粘結(jié)在物體表面。這些添加劑成分包括次氯酸鈉，高錳酸鉀，過硼酸鈉，雙氧水，過硫酸鈉，過硫酸鉀，碳酸鈉，碳酸氫鈉，過硼酸鈉。
3.二氧化鈦納米顆粒內(nèi)部有大量氧空位或ti3+離子，從而獲得良好的可見光區(qū)吸光性，不用摻雜的方法也能實現(xiàn)有色的二氧化鈦，來獲得更好的吸光效應(yīng)，而且通過表面的分子層面的處理，來獲得與各種表面的強結(jié)合度。
本發(fā)明制得一種粒徑均勻、穩(wěn)定性好、表面-oh高、內(nèi)部氧空位或ti3+多，制備方法簡單、制備時間短、易于精確控制、所生產(chǎn)的黑色二氧化鈦顆粒為超薄片狀的銳鈦礦相或金紅石相，一般厚度只有1-10納米，因此和玻璃等表面能緊密結(jié)合，而且其超薄的特點也不影響透光率，解決了玻璃幕墻需要定期人工清洗的問題，解決了超親水玻璃涂層材料的長期附著力問題。
上面對本專利的較佳實施方式作了詳細(xì)說明，但是本專利并不限于上述實施方式，在本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以在不脫離本專利宗旨的前提下作出各種變化。