一種液態自清潔玻璃膜、自清潔玻璃的制備方法及所得產品的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種液態自清潔玻璃膜、自清潔玻璃的制備方法及所得產品，制備步驟為：將鈦酸四丁酯、烷氧基硅烷和乙醇混合，攪拌至鈦酸四丁酯與烷氧基硅烷充分混合均勻，得透明溶液，加入水和酸，繼續攪拌至鈦酸四丁酯與烷氧基硅烷充分水解；充分水解后，將所得溶液濃縮，得液態自清潔玻璃膜，將該玻璃膜涂覆在玻璃表面，干燥，即得自清潔玻璃。本發明方法在室溫下進行，工藝簡單，玻璃膜與玻璃基材結合牢固，自清潔能力強，親水性好，光降解有機污染物效果好，使用壽命長，與現有方法比工藝簡單，成本低廉，便于工業化生產，可廣泛用于玻璃幕墻、窗玻璃、太陽能電站等領域。
【專利說明】
一種液態自清潔玻璃膜、自清潔玻璃的制備方法及所得產品
技術領域
[0001 ]本發明涉及一種液態自清潔玻璃膜的制備方法及所得的液態自清潔玻璃膜，還涉及一種自清潔玻璃的制備方法及所得自清潔玻璃，屬于納米涂層自清潔技術領域。
【背景技術】
[0002]環境污染嚴重影響人們的正常生活，困擾社會經濟的發展，建筑外表面的污染既影響了建筑物的美觀，又增加了維護成本，耐沾污性成為是評定建筑外墻涂料優劣的一個重要指標；而對于目前的各類太陽能電站，也被保潔問題困擾，而且直接影響發電量。因此自清潔成為熱點，直接在玻璃表面涂覆一層透明的自清潔涂料成為解決該問題的直接途徑之一。現有的技術一種是在玻璃表面高溫覆蓋一層高親水或高憎水的膜，該方法成本高。另一種方法是在表面涂覆T12光觸媒層，該方法成本低，但持續時間短，效果相對較差。目前已有的技術多采用T12或S12納米顆粒直接涂覆在玻璃表面形成自清潔膜，例如申請公開的專利CN103468086A公開了一種用Ti02或Si02納米顆粒制成的膜，這些膜將Ti02或Si02納米顆粒覆在玻璃表面，納米顆粒分布不均勻，所得薄膜不僅自清潔效果不好，還用到含F的修飾劑;也有用二氧化鈦溶膠和二氧化硅單獨制溶膠再混合涂抹的(CN103771021A)，經馬弗爐退火后，該膜具有親水防霧的效果，該發明不僅工藝復雜，還添加了很多有機硅烷試劑和有機胺類的催化劑，而且胺類的催化劑導致水解后S12單體的聚合，影響膜的質量。
【發明內容】
[0003]針對現有自清潔涂層技術的局限性，本發明提供了一種液態自清潔玻璃膜的制備方法及所得液態自清潔玻璃膜，該方法操作簡單，原料種類少，所得玻璃膜均勻、透明，與玻璃基材結合牢固，具有很好的自清潔能力，使用壽命長。
[0004]本發明還提供了一種自清潔玻璃的制備方法及所得自清潔玻璃，該自清潔玻璃表面涂覆本發明自清潔玻璃膜制備而得，制備簡單、易于實施，玻璃膜的厚度可以很薄，在可見光范圍內可以完全透明，與玻璃結合牢固，自清潔能力強。
[0005]本發明具體技術方案如下:
一種液態自清潔玻璃膜的制備方法，該方法包括以下步驟:
(1)將鈦酸四丁酯、烷氧基硅烷和乙醇混合，攪拌至鈦酸四丁酯與烷氧基硅烷充分混合均勻，得透明溶液；
(2)將步驟(I)的透明溶液中加入水和酸，繼續攪拌至鈦酸四丁酯與烷氧基硅烷充分水解；
(3 )充分水解后，將所得溶液濃縮，得液態自清潔玻璃膜。
[0006]本發明通過兩步水解的方式得到玻璃膜，即首先將鈦酸四丁酯與烷氧基硅烷攪拌進行初步預水解，形成T1-Si網絡結構，將不完全水解的Ti前驅體引入到不完全水解的S12網絡中，使T12單體均勻分布在網絡中，之后加入水及酸繼續攪拌至硅和鈦完全水解，得到Si02-Ti02均勻溶膠，Ti02納米顆粒均勻分布在Si02溶膠中。
[0007]上述步驟(I)中，所述烷氧基硅烷包括正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、正硅酸丁酯或正硅酸丙酯。
[0008]上述步驟(I)中，鈦酸四丁酯和烷氧基硅烷的體積比為0.05-0.25:1。
[0009]上述步驟(I)中，乙醇和烷氧基硅烷的體積比為5-11:1。
[0010]上述步驟(I)中，將混合物不斷攪拌，使Ti前驅體均勻的分布在溶膠凝膠S12網絡中。優選的，在38-42°C下攪拌至少10h。
[0011 ] 上述步驟(2)中，水和酸的體積比為:0.5-1:0.0Ol0
[0012]上述步驟(2)中，鈦酸四丁酯和烷氧基硅烷的總體積和水的體積的比值為0.1:
0.5-1。
[0013]上述步驟(2)中，加入水和酸后，繼續攪拌至少5h，使原料充分水解。
[0014]本發明方法中，水的加入量不能太多，以保證玻璃膜的易附著性和質量，如果水分含量過大，玻璃膜干燥后會開裂，無法使用。上述步驟(3)中，將溶液濃縮除水至為原體積的60-70%ο
[0015]按照上述方法制得的液態自清潔玻璃膜也在本發明保護范圍之內。該玻璃膜是液態，由T12納米顆粒均勻分布在溶膠凝膠S12網絡中形成，具有二氧化鈦和二氧化硅的優良性能，噴涂方便，與玻璃結合性好，能夠在玻璃表面形成一層均勻透明的薄膜，具有很好的自清潔和光催化性能，親水效果好，性能穩定、持久。
[0016]本發明還提供了一種自清潔玻璃的制備方法，該方法在玻璃表面涂覆一層本發明液態自清潔玻璃膜，干燥后即得自清潔玻璃。本發明自清潔玻璃膜性能穩定、持久，與玻璃結合牢固，不易脫落，其厚度可以控制在可見光范圍內，形成完全透明的玻璃膜。
[0017]上述制備方法中，所述液態自清潔玻璃膜可以采用噴涂、旋涂、浸涂、印刷等任意一種方式涂覆在玻璃表面。
[0018]按照上述方法制得的自清潔玻璃也在本發明保護范圍之內。因為玻璃膜的優良性能，其厚度可以控制在可見光范圍內，不影響玻璃的透光性。
[0019]本發明通過兩步水解的方式制備玻璃膜，首先將鈦酸四丁酯和烷氧基硅烷進行初步預水解形成T1-Si網絡結構，之后加入水及酸催化劑繼續攪拌水解，得到S12-T12溶膠，使T12納米顆粒能均勻分布在玻璃膜中，在涂覆在玻璃表面時也能均勻分布，保證自清潔效果。本發明方法在室溫下進行，工藝簡單，玻璃膜與玻璃基材結合牢固，自清潔能力強，親水性好，光降解有機污染物效果好，使用壽命長，與現有方法比工藝簡單，成本低廉，便于工業化生產，可廣泛用于玻璃幕墻、窗玻璃、太陽能電站等領域。
【具體實施方式】
[0020]下面通過實施例，進一步闡明本發明的突出特點和顯著進步，下述實施例僅在于說明本發明而決不限制本發明。
[0021]實施例1
(1)將ImL鈦酸四丁酯和4mL正硅酸乙酯加入30mL乙醇中，在40攝氏度下攪拌10小時，得到透明的溶液；
(2)在步驟(I)得到的透明溶液中加入水50mL，鹽酸50yL，在室溫下攪拌5小時，得到透明溶液； (3)將步驟(2)得到的透明溶液用旋轉蒸發儀濃縮至56mL，得液態自清潔玻璃膜；
(4)將步驟(3)得到的液態自清潔玻璃膜噴涂到玻璃表面，干燥后得到自清潔玻璃。該自清潔玻璃表面的玻璃膜均勻透明平整、無裂痕。將步驟(2)得到的透明溶液不經濃縮直接噴涂到玻璃表面，干燥后形成的玻璃膜開裂。
[0022]實施例2
(1)將0.21mL鈦酸四丁酯和3.9mL正硅酸甲酯加入40mL乙醇中，在40攝氏度下攪拌10小時，得到透明的溶液；
(2)在步驟(I)得到的透明溶液中加入水42mL，鹽酸42yL，在室溫下攪拌5小時，得到透明溶液；
(3)將步驟(2)得到的透明溶液用旋轉蒸發儀濃縮至52mL，得液態自清潔玻璃膜；
(4)將步驟(3)得到的液態自清潔玻璃膜旋涂到玻璃表面，干燥后得到自清潔玻璃。該自清潔玻璃表面的玻璃膜均勻透明平整、無裂痕。
[0023]實施例3
(1)將0.5mL鈦酸四丁酯和4mL正娃酸丙酯加入30mL乙醇中，在40攝氏度下攪拌10小時，得到透明的溶液；
(2)在步驟(I)得到的透明溶液中加入水23mL，鹽酸45yL，在室溫下攪拌5小時，得到透明溶液；
(3)將步驟(2)得到的透明溶液用旋轉蒸發儀濃縮至40mL，得液態自清潔玻璃膜；
(4)將步驟(3)得到的液態自清潔玻璃膜用印刷的方式涂覆到玻璃表面，干燥后得到自清潔玻璃。該自清潔玻璃表面的玻璃膜均勻透明平整、無裂痕。
[0024]實施例4
(1)將ImL鈦酸四丁酯和4mL正硅酸丁酯加入20mL乙醇中，在38-42攝氏度下攪拌10小時，得到透明的溶液；
(2)在步驟(I)得到的透明溶液中加入水50mL，鹽酸50yL，在室溫下攪拌5小時，得到透明溶液；
(3)將步驟(2)得到的透明溶液用旋轉蒸發儀濃縮至48mL，得液態自清潔玻璃膜；
(4)將步驟(3)得到的液態自清潔玻璃膜噴涂到玻璃表面，干燥后得到自清潔玻璃。該自清潔玻璃表面的玻璃膜均勻透明平整、無裂痕。
[0025]對比例I
(1)將0.5mL鈦酸四丁酯和4mL正硅酸乙酯加入30mL乙醇中，在室溫下攪拌5小時，得不到透明的溶液，只能得到不透明的混濁液；
(2)在步驟(I)得到的混濁液中加入水23mL，鹽酸45yL，在室溫下攪拌5小時，得到均勻不透明溶液；
(3)將步驟(2)得到的溶液用旋轉蒸發儀濃縮至40mL，得玻璃膜；
(4)將步驟(3)得到的玻璃膜用印刷的方式涂覆到玻璃表面，干燥后所得玻璃膜不透明。
[0026]對比例2
(I)將4mL正硅酸乙酯加入30mL乙醇溶液中，在40攝氏度下攪拌10小時，得到透明的溶液； (2)在步驟(I)得到的透明溶液中加入水23mL，鹽酸45yL，在室溫下攪拌5小時，得到透明溶液；
(3)將步驟(2)得到的透明溶液用旋轉蒸發儀濃縮至40mL;
(4)將步驟(3)得到的透明溶液用印刷的方式涂覆到玻璃表面，干燥后得到玻璃膜，該膜透明均勻。
[0027]對比例3
(1)將0.5mL鈦酸四丁酯和4mL正硅酸乙酯加入30mL乙醇中，然后加入23ml水和45yL鹽酸，在40攝氏度下攪拌20小時，由于鈦酸四丁酯先水解而形成大的顆粒，因此得不到透明的溶液；
(2)將步驟(2)得到的透明溶液用旋轉蒸發儀濃縮至40mL，用印刷的方式涂覆到玻璃表面，得不到透明的玻璃膜。
[0028]應用例
將各實施例和對比例的玻璃膜在同樣的室外環境下放置，對比例1-3的玻璃膜放置一天就完全被灰塵覆蓋，而實施例1-4的玻璃膜放置一天后灰塵明顯少于對比例，2個月后肉眼觀察實施例1-4玻璃表面的灰塵明顯比對比例1-3的少，實施例1-4的玻璃膜表面的灰塵易于清洗，用水沖洗后，實施例1-4的玻璃膜完好如初，表面滴水后迅速分散鋪平，親水性好;而對比例1-3的玻璃膜表面的灰塵用水沖洗后不易清除，玻璃膜表面粗糙、自清潔能力差。
【主權項】
1.一種液態自清潔玻璃膜的制備方法，其特征是包括以下步驟: (1)將鈦酸四丁酯、烷氧基硅烷和乙醇混合，攪拌至鈦酸四丁酯與烷氧基硅烷充分混合均勻，得透明溶液； (2)將步驟(I)的透明溶液中加入水和酸，繼續攪拌至鈦酸四丁酯與烷氧基硅烷充分水解； (3 )充分水解后，將所得溶液濃縮，得液態自清潔玻璃膜。2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征是:步驟(I)中，鈦酸四丁酯和烷氧基硅烷的體積比為0.05-0.25:1；乙醇和烷氧基硅烷的體積比為5-11:1。3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征是:步驟(2)中，水和鹽酸的體積比為:0.5-1:0.001;鈦酸四丁酯和燒氧基娃燒的總體積和水的體積的比值為0.1:0.5-1。4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征是:步驟(I)中，在38-42°C下攪拌至少1h;步驟(2)中，加入水和酸后，繼續攪拌至少5h。5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征是:步驟(3)中，將溶液濃縮至為原體積的60-70%ο6.根據權利要求1-5中任一項所述的制備方法，其特征是:步驟(I)中，所述烷氧基硅烷包括正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、正硅酸丁酯或正硅酸丙酯。7.按照權利要求1-7中任一項所述的液態自清潔玻璃膜的制備方法制得的液態自清潔玻璃膜。8.—種自清潔玻璃的制備方法，其特征是:在玻璃表面涂覆一層權利要求7所述的液態自清潔玻璃膜，干燥后即得自清潔玻璃。9.根據權利要求8所述的制備方法，其特征是:所述液態自清潔玻璃膜采用噴涂、旋涂、浸涂或印刷的方式涂覆在玻璃表面。10.按照權利要求8所述的自清潔玻璃的制備方法制得的自清潔玻璃。
【文檔編號】C03C17/23GK106007393SQ201610362500
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月30日
【發明人】楊萍, 王剛, 車全德
【申請人】濟南大學