[发明专利]一种自清洁防霉卫浴玻璃制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种自清洁防霉卫浴玻璃制备工艺。

技术背景

普通的卫浴玻璃在使用过程中难免会残留水渍和其他洗浴污渍，长期积累不仅影响美观而且会使大量细菌滋生，影响居住环境和身体健康。对卫浴玻璃的频繁清洁则会消耗大量的水资源，同时洗涤剂的大量使用排放也会对环境造成二次污染。另一方面，普通玻璃长期使用后，由于受到水气的侵蚀会发生霉变现象，表面失去光泽，形成彩虹、白斑或雾状物等，不仅使透明度降低，而且难以清洗。卫浴玻璃由于长期处于潮湿的环境中，大量水汽和CO2等气体的存在会进一步加剧这种发霉现象，严重影响玻璃的使用寿命。

自清洁玻璃必须具有两种性能：光催化性和光致超亲水性。前者是指在光的照射下，玻璃表面具有光催化能力，可以分解吸附在玻璃表面的有机污染物分子，使之分解为小分子，甚至是二氧化碳和水分子；后者是指在光照射下，玻璃表面能长时间保持与水的超亲和性，水在玻璃表面不会形成水珠而是一层均匀的水膜，这样，玻璃表面的污染物在水的冲刷下被一起带走。自清洁玻璃最突出的优点就是可以自动清洁而无需再用洗涤剂或外力去清洗，因而受到了业界的广泛关注。

自清洁玻璃的制备是在普通玻璃表面镀一层具有自清洁功能的薄膜，TiO2膜因具有光催化降解有机物特性和光致超亲水性，成为最原始和应用最广泛的自清洁功能材料。1972年日本东京大学的Hashimoto，Fujishima等发现TiO2电极在光照条件下可以使水分解，还发现TiO2薄膜经光照后表面具有光催化活性。这些成果一经发表马上引起了世界众多研究者的注意，各国学者迅速展开了有关TiO2光催化性能的研究，并开始应用于工业领域，最初的应用主要是污水和污染空气的净化方面。1997年，Fujishima等进一步发现TiO2薄膜还具有光致超亲水性。TiO2薄膜在紫外光照射下其亲水性能有较大的变化：水与TiO2薄膜表面接触，开始时接触角在数十度以上；当受到紫外光照射后，接触角会迅速变小，最后达到或接近零度，呈现超亲水性能；停止照射，接触角会逐步升高，若再经照射又会变成超亲水状态。化学气相沉积法是最早进行研究和在生产线上应用的自清洁玻璃的制备方法。化学气相沉积是将化学物质气化之后，流经衬底(玻璃)表面进行化学反应，在玻璃表面生成固态物质形成薄膜的方法。其优点是制备的薄膜纯度高、致密性好，容易形成良好的结晶材料；易于实现规模化连续生产，产品质量稳定。采用CVD法制备TiO2薄膜，沉积结果往往为三种TiO2晶型共存，由于有效成份锐钛矿型的TiO2含量低，亲水性和光催化性难以保证；同时该法制备的薄膜通常为非纳米结构，比表面积小，也使得其效率较低。为弥补上述不足，CVD法往往通过增加膜厚方式来提高性能，导致薄膜的透射率降低。此外，由于设备要求高、成本高、初期投资大、灵活性差等缺点，CVD法的产品在市场上有过推广，但是因为性能和成本因素，市场反馈效果并不十分理想。

磁控溅射法是薄膜物理气相沉积的一种方法，是在环状磁场控制下的辉光放电的条件下，利用气体放电产生的正离子，在电场作用下加速成为高能粒子，撞击固体膜层材料表面，进行能量和动量交换后，膜层材料的原子或分子在轰击下离开表面并沉积在玻璃基片上成膜的方法。磁控溅射法制备的薄膜具有高质量、高密度、良好的附着力和强度，且加工装置性能稳定，便于操作，工艺容易控制，生产重复性好，适用于大面积沉积膜，方便连续和半连续生产。但是由于以钛为靶材，在玻璃表面生成TiO2薄膜的速度慢，镀膜效率低，影响生产成本；同时镀膜的厚度达不到一定程度，使膜的光催化效率达不到应用指标，但镀膜太厚又会影响玻璃的可见光透过率。因此，到目前为止磁控溅射法仍未能应用于大量生产TiO2薄膜自清洁玻璃。

溶胶-凝胶法是目前已经产业化和产品的自清洁效果较好的自清洁玻璃的生产方法。溶胶-凝胶法是从溶液出发，经过溶胶化、凝胶化后，在低温条件下制备纳米膜的一种方法。优点是：1、低温也可以得到自清洁玻璃，设备简单，初期投资成本低；2、通过调整原料溶液的组成、pH值、反应温度和干燥时间等因素可以实现对材料的微孔大小、分布和结晶体在材料内的排列状况的调节，得到理想功能的薄膜材料；3、原料以分子状态溶解、混合，对多组分反应也可以得到均匀组成的材料。缺点是：1、获得的是非晶态结构，必须经过后续热处理才能制备具有良好光催化性能的锐钛矿结构，存在转化效率问题，而且热处理会导致晶粒长大，降低薄膜的比表面积，从而影响其自清洁效果；2、浸渍提拉常常造成薄膜表面结构的不均匀，因此出现彩虹现象，使薄膜的透光率降低；3、膜层与玻璃的附着力较差，影响自清洁玻璃的使用寿命。