[发明专利]一种中透光耐磨自洁净玻璃及其制备方法

说明书

本发明公开了一种中透光耐磨自洁净玻璃及其制备方法。该玻璃包括玻璃基体和通过磁控溅射法在玻璃基体表面上形成的薄膜层；所述的薄膜层包括以下质量百分比计的原料：羟基氧化铁15～25％、富勒烯羧酸衍生物5～15％、纳米二氧化钛65～75％，制得的薄膜层厚度为100～300nm。本发明提供的中透光耐磨自洁净玻璃具有强的光催化活性和亲水性，自洁净能力强，对油酸的降解率达87.4％，对甲基橙的降解率达90.0％，对可见光的透过率达74.2％，并且耐磨性佳，在获得较佳自洁净效果的同时，具有高的可见光透过性和使用耐久性。

技术领域

本发明涉及一种功能玻璃，具体涉及一种中透光耐磨自洁净玻璃及其制备方法。

背景技术

功能玻璃是目前广泛应用的新型材料。随着建筑物不断高层化和玻璃幕墙、玻璃屋顶、玻璃结构在高层建筑中的大规模应用，以及世界范围内环境污染问题的不断增多，玻璃的清洁问题日益突出，寻求一种具有高效自洁净功能的玻璃，成为世界各国研究的热点和难点。

目前，市面上的自洁净玻璃主要是通过溶胶-凝胶法、化学气相沉积法、磁控溅射法等镀膜技术在普通玻璃表面上形成一层TiO₂薄膜来实现洁净功能的。其原理主要是：TiO₂具有较强的光催化活性，在太阳光的作用下，TiO₂产生具有强氧化能力的电子-空穴对，可将玻璃表面的几乎所有的有机污染物完全氧化并降解为CO₂、HO₂和无机物，这样玻璃表面的无机物容易被雨水冲洗掉，而使玻璃表面保持洁净，另外，TiO₂薄膜经光照射后产生的光生电子会与薄膜表面的桥氧反应形成氧空位，这样水分子中的氧就会占据这些氧空位，形成化学吸附水，在二氧化钛薄膜表面形成一层水膜，所形成的水膜会将薄膜表面的污染物与薄膜隔开，污染物漂浮在水面上，很容易被雨水冲洗掉，从而实现玻璃的自洁净效果。

然而，上述利用TiO₂的光催化活性和成膜后的亲水性制得的自洁净玻璃存在以下不足：1)TiO₂光催化量子产率低，总反应速度慢，光生载流子很容易重新复合，直接影响光催化效率，有机物分解效果；2)由于TiO₂的能带结构决定了膜层只能吸收利用紫外线部分，只有在紫外线照射下才产生光催化活性，大大限制了自洁净玻璃的使用范围；3)多孔的TiO₂薄膜在实际应用过程中容易累积粉尘等微笑污染物，容易产生多重光生电子与空穴复合途径，导致TiO₂薄膜玻璃快速失效，缩短产品寿命；4)TiO₂薄膜镜面反射现象较为严重，容易引起光污染，并且随着TiO₂含量的增加，可见光透过率降低，影响室内采光。5)多孔的TiO₂薄膜耐划伤性能较差，在外力作用下容易磨损，甚至脱落，导致TiO₂薄膜玻璃自洁净性能丧失。因此，目前对洁净玻璃的研究主要集中在提高薄膜的光催化降解效率和使用寿命，通过在TiO₂膜中掺杂ZnO、Fe₂O₃、SnO₂、CdS、ZnFe₂O₄等物质，或使玻璃表面的亲水性提高，从而使玻璃表面的污染物容易被清理，或使半导体的禁带宽度变狭，激发波长向长波方向移动，使可见光也可起光催化作用，或能有效促进TiO₂中光生电子与空位的分离，实现载流子的分离，从而实现提高玻璃的自洁净性能。公开号为CN 105948525 A的中国专利申请公开了一种超亲水耐磨氧化锌/二氧化钛薄膜自洁净玻璃及其制备方法，该自洁净玻璃通过浸渍提拉法在玻璃基体上形成氧化锌/二氧化钛薄膜可提高玻璃的亲水性，使玻璃表面的污染物容易被清理，并可改善玻璃的耐划伤性能，但是薄膜的光催化性没有得到明显改善。公开号为CN 107759099 A的中国专利申请公开了一种致密高透过高催化活性超亲水自洁净薄膜玻璃及其制备方法，该自洁净薄膜玻璃的薄膜材料由纳米TiO₂、ZnO和SnO₂复合组成，通过同时掺入ZnO和SnO₂改善TiO₂的光催化活性、润湿性和耐久性。