自清潔玻璃研究進(jìn)展

王　寧

[摘要]自清潔玻璃在降低勞動(dòng)強(qiáng)度，處理環(huán)境污染等方面有著良好的應(yīng)用前景。國內(nèi)外眾多研究機(jī)構(gòu)及玻璃生產(chǎn)公司正在致力于自清潔玻璃的研究。對(duì)玻璃自清潔效率，耐老化程度以及生產(chǎn)成本等的探索，正在促進(jìn)自清潔玻璃早日市場(chǎng)化。

[關(guān)鍵詞]自清潔玻璃 TiO2

中圖分類號(hào)：O79文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1671－7597（2009）0520002－01

一、引言

玻璃在建筑、汽車等方面廣泛地被應(yīng)用，空氣污染等問題使得這些玻璃非常容易變臟而失去其透光度。玻璃的清潔工作也變得困難，尤其對(duì)于高層建筑，清潔玻璃還帶有很高的危險(xiǎn)性。一種新型自清潔玻璃針對(duì)以上問題被廣泛而深入地研究。自清潔玻璃顧名思義就是可以自動(dòng)清潔表面污染物，使玻璃可以一直保持干凈，良好透光率的玻璃。借助自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)或者外界因素如雨水，陽光等自動(dòng)清洗玻璃表面，達(dá)到自凈作用[1]。有些自清潔玻璃也具有一定的殺菌效應(yīng)[2]。

二、自清潔玻璃的分類

自清潔玻璃按材質(zhì)分類可分為無機(jī)膜材料自清潔玻璃和有機(jī)膜材料自清潔玻璃，按親水性分類可分為超親水性自清潔玻璃和超疏水自清潔玻璃。

市場(chǎng)上出現(xiàn)的自清潔玻璃，主要還是以有效成分為TiO2的無機(jī)膜材料的超親水性自清潔玻璃。國內(nèi)外研究者和生產(chǎn)企業(yè)所研究和生產(chǎn)的自清潔玻璃一般是指在普通玻璃的一面或者兩面鍍上一層主要成分是TiO2的功能薄膜的玻璃。自清潔玻璃必須具有兩種性能：光催化性和光致超親水性。前者是指在太陽光的照射下，玻璃表面具有光催化能力，可以分解吸附在玻璃表面的有機(jī)污染物分子，使之分解為小分子，甚至是二氧化碳和水分子；后者是指在太陽光照射下，玻璃表面能長時(shí)間保持與水的超親和性，雨水在玻璃表面不會(huì)形成水珠而是一層均勻的水膜，這樣，玻璃表面的污染物在雨水的沖刷下被一起帶走。

三、國內(nèi)外自清潔玻璃研究現(xiàn)狀

對(duì)于自清潔玻璃的研究不僅僅局限于試驗(yàn)階段，進(jìn)入21世紀(jì)，國內(nèi)外一些企業(yè)在玻璃表面涂TiO2或摻雜TiO2膜，工業(yè)化生產(chǎn)出自清潔玻璃，并在市場(chǎng)上銷售。

日本作為最早發(fā)現(xiàn)TiO2具有光催化性能的國家，很早就開始了TiO2鍍膜玻璃的研究，日本的納米TiO2光催化自清潔產(chǎn)品的研發(fā)和應(yīng)用都是走在世界前列的。2000年，日本Soda公司Shigemichi Fukayama與日本東京大學(xué)先進(jìn)科學(xué)技術(shù)中心Toshiya Watanbe等合作采用溶膠凝膠法在鈉鈣硅玻璃上制備納米TiO2薄膜。日本的旭硝子公司和康寧硅酸鹽工業(yè)公司等，采用化學(xué)氣相沉積法（CVD）生產(chǎn)了自清潔玻璃產(chǎn)品并投入市場(chǎng)，但是這種方法制造的產(chǎn)品光催化效率比較低，而且成本較高，所以市場(chǎng)反應(yīng)一般。

英國皮爾金頓（Pilkington）公司對(duì)自清潔玻璃的研發(fā)和制造也是比較成功的。在有效清除無機(jī)有機(jī)灰塵的同時(shí)，還要求其自清潔土層是永久性的，即與玻璃有相同的使用壽命。該公司主要采用熱解CVD法，其產(chǎn)品的透過率相對(duì)于溶膠凝膠法來說比較低，光誘導(dǎo)超親水性和光催化能力都比較好。不過他們的產(chǎn)品由于性價(jià)比低，并為贏取市場(chǎng)的認(rèn)可。

美國PPG公司和ATOFINA公司也采用類似于Pilington方法生產(chǎn)自清潔玻璃。2000年福特公司J.T.Remillard在TiO2膜上研究了硬脂酸的光催化氧化的原位光譜散射現(xiàn)象，用光譜散射測(cè)試無定形硅和玻璃底層上的TiO2的光催化活性。但是該產(chǎn)品成本高，性價(jià)比一般，至今仍未在投入市場(chǎng)。

德國、法國等歐洲國家對(duì)自清潔玻璃主要集中在研究上。代表人物主要有德國的M.Flemming,K.Reins,M.dreja,O,Zywitzki，法國的Virginie Romeas等。另外古巴哈瓦那大學(xué)的I.Zumeta，西班牙巴塞羅那大學(xué)的J.A.Ayllon等也對(duì)自清潔玻璃的研究做出了相當(dāng)?shù)呢暙I(xiàn)。

我國是關(guān)注自清潔玻璃比較早的國家，早在1995年就報(bào)到了日本相關(guān)產(chǎn)品的出現(xiàn)。比較早的有余家國、趙修建、俞新剛、王承遇等。他們對(duì)自清潔玻璃的制備，表征，改性等做了大量的研究，發(fā)表了眾多相關(guān)論文報(bào)道。之后又有唐懷軍、丁鵬、曾人杰等做了很多研究，例如通過Fe3+Sn2+Y3+

等的摻雜，來提高TiO2的光催化效率，進(jìn)而提高自清潔玻璃的自清潔能力。劉熙娟提出在照明工程中使用自清潔玻璃，利用光催化自清潔原理，提高照明設(shè)備的光通量，并凈化空氣。劉景輝研究了TiO2在汽車擋風(fēng)玻璃上的親水性，并得出納米TiO2膜可以達(dá)到防霧效果的結(jié)論。從公布的專利情況看，我國制備自清潔玻璃主要集中在溶膠凝膠發(fā)商。到目前為止，在國內(nèi)真正具有自清潔玻璃生產(chǎn)線，能夠批量生產(chǎn)并且有自清潔玻璃產(chǎn)品投入市場(chǎng)的主要是格蘭特（中山）工程玻璃有限公司、秦皇島易鵬玻璃工程有限公司。像我國的國家大劇院，廣東中山市財(cái)政局大樓等均采用了自清潔玻璃。北京的水立方也是采用的自清潔表層。[3，4]

四、自清潔玻璃研究方向

對(duì)于自清潔玻璃的研究主要集中在表面涂層TiO2的光催化性能上，TiO2膜雖然熱穩(wěn)定性好，成本低，對(duì)人體無害，可用多種涂膜方法，但其禁帶寬度為3.2eV,只有波長小于387nm的紫外光才可起催化作用，太陽光中紫外光只有3%～4%，而可見光占40%～44%。因此，提高自清潔玻璃對(duì)可見光的催化效率，不僅有科學(xué)意義，而且有實(shí)際價(jià)值，可促進(jìn)自清潔玻璃的生產(chǎn)和滿足客戶的使用。通過部分金屬和非金屬的摻雜均可以實(shí)現(xiàn)自清潔玻璃的可見光吸收拓展。

不僅僅是光催化效率，自清潔玻璃還需要較好的透光率，表面涂層的耐老化性能，薄膜層與基體良好的結(jié)合性能。一般而言溶膠凝膠法生產(chǎn)的自清潔玻璃遠(yuǎn)比CVD法或者濺射法生產(chǎn)的自清潔玻璃透光率高。即使光催化效率很高，但若耐老化性能不好，或者薄膜開裂脫裂都不具備實(shí)際應(yīng)用意義。

五、前景展望

自清潔玻璃是一種集環(huán)保，節(jié)省勞動(dòng)力，降低作業(yè)危險(xiǎn)于一身的新型玻璃，有著良好的應(yīng)用前景。提高其光催化效率，降低生產(chǎn)成品后有良好的市場(chǎng)前景。不僅可以帶來經(jīng)濟(jì)利潤，更重要的是提高人們生活質(zhì)量，節(jié)約勞動(dòng)力。在今后的玻璃產(chǎn)品中會(huì)逐漸取代普通玻璃，成為人們生活中必不可少的產(chǎn)品。

參考文獻(xiàn)：

[1]王德憲、林鴻賓，溶膠-凝膠納米技術(shù)與鍍膜功能玻璃材料[J].玻璃，2004,174(3):18-20.

[2]Linsebigler L.A,Lu G,Yates J T.Photocatalysis on TiO2 surface：Princilpes,Mechanisms and Selected Results[J].Amer Chem Soc,1995,95(3):725-758.

[3]武漢理工大學(xué)，制備高活性二氧化鈦薄膜自潔凈玻璃材料的方法[P].中國專利：CN1400185A,2003.03.05.

[4]長春新世紀(jì)納米技術(shù)研究所，納米級(jí)自潔凈玻璃及生產(chǎn)工藝[P].中國專利：CN1336342A,2002.02.20.