一种中透光耐磨自洁净玻璃及其制备方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
一种中透光耐磨自洁净玻璃及其制备方法
本专利技术涉及一种功能玻璃，具体涉及一种中透光耐磨自洁净玻璃及其制备方法。
技术介绍
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CN105948525A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CN107759099A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。虽然，目前对自洁净玻璃的研究已获得不少进展，但是能同时具有强的光催化活性和亲水润湿性的自洁净玻璃相对较少，并且大部分自洁净玻璃为了获得高的透光性多采用多孔薄膜，耐久性差，不能同时通过满足高透光性和强耐久性的要求。因此，仍需要开发一种新型的耐磨自洁净玻璃，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。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种中透光耐磨自洁净玻璃，该玻璃通过磁控溅射法在普通玻璃基体表面上形成一层由羟基氧化铁、富勒烯羧酸衍生物和纳米二氧化钛组成的薄膜层，具有超强的光催化活性和亲水性，杀菌能力强，耐磨自清洁效果佳，并且薄膜表层排列紧密，不容易累积粉尘，耐磨性高，使玻璃使用寿命长。本专利技术的另外一个目的是提供一种中透光耐磨自洁净玻璃的制备方法，该方法通过磁控溅射法在普通玻璃本体表面上进行镀膜，不但可获得大面积均匀沉积高质量的薄膜，而且容易推广和工业化大规模生产。本专利技术是通过以下技术方案予以实现的：一种中透光耐磨自洁净玻璃，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％。优选地，所述的薄膜层包括以下质量百分比计的原料：羟基氧化铁20％、富勒烯羧酸衍生物10％、纳米二氧化钛70％。具体地，所述的薄膜层的厚度为100～300nm。所述的玻璃基体为硼酸盐玻璃、硅酸盐玻璃或磷酸盐玻璃。所述的羟基氧化铁可以为市售产品，也可以通过以下方法进行制备，具体地，羟基氧化铁的制备方法包括以下步骤：将氯化铁、尿素和PEG-2000置于反应釜中，加入水，在105～125℃反应24～36h，冷却至室温，过滤，得到黄褐色固体，将固体分别用无水乙醇、去离子水清洗，真空干燥，即得羟基氧化铁；其中，所述氯化铁与尿素的摩尔比为1:0.2～0.3；所述PEG-2000的加入量为氯化铁质量的0.3～0.4倍。所述富勒烯羧酸衍生物通过以下方法制备得到：在氮气保护下，将富勒烯C60、对羧基苯甲醛和肌氨酸分散于甲苯中，于100～115℃反应8～10h，所述富勒烯C60：对羧基苯甲醛：肌氨酸：甲苯的摩尔比为：1:(10～12):(8～10):(35～40)，反应结束后，用水洗涤所得固体，烘干，得到富勒烯羧酸衍生物。此外，本专利技术还提供一种所述的中透光耐磨自洁净玻璃的制备方法，该方法包括以下步骤：(1)玻璃基体的预处理：首先用纯碱清洗玻璃基体表面的污渍，然后用无水乙醇超声清洗5～15min，再用去离子水淋洗30～60min，晾干，即得清洁无污染的玻璃基体；(2)薄膜料液的制备：分别制备含纳米二氧化钛的料液A和含羟基氧化铁和富勒烯羧酸衍生物的料液B；(3)磁控溅射处理：将步骤(1)得到的清洁无污染的玻璃基体固定在样品载台上，然后放入过渡真空室抽真空5～10min，通过磁力传递杆传入至溅射真空室，开启衬底加热系统，将玻璃基体加热至400～450℃并保持恒定；将步骤(2)得到的料液A置于二氧化钛陶瓷靶，将料液B置于金属钴靶，采用共溅射的方式将料液A和料液B同时溅射，即得中透光耐磨自洁净玻璃。具体地，上述步骤(2)中含纳米二氧化钛的料液A的制备为：将纳米二氧化钛加入正丁醇中，使用直径为2～3cm的玛瑙珠，以200～250r/min的转速球磨分散25～30min，得到料液A，所述的纳米二氧化钛与正丁醇的摩尔比为1:6～8；含羟基氧化铁和富勒烯羧酸衍生物的料液B的制备为：将羟基氧化铁、富勒烯羧酸衍生物加入甲醇水溶液中，于60～70℃，50～60r/min条件下搅拌反应1～2h，得到料液B，所述的甲醇水溶液中甲醇和水的体积比为0.7～1:2，所述的甲醇水溶液的加入量为羟基氧化铁和富勒烯羧酸衍生物总重量的4～5倍；上述步骤(3)中，所述二氧化钛陶瓷靶的射频功率为120～150W，所述金属钴靶的射频功率为10～50W，溅射气体为氩气，流速为25～35sccm。二氧化钛经紫外线照射后会产生光生电子和空穴，光生电子与薄膜表面的桥氧反应形成氧空位，使水分子中的氧可以占据这些氧空位，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种中透光耐磨自洁净玻璃，其特征在于，所述的中透光耐磨自洁净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％。

【技术特征摘要】
1.一种中透光耐磨自洁净玻璃，其特征在于，所述的中透光耐磨自洁净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％。2.根据权利要求1所述的中透光耐磨自洁净玻璃，其特征在于，所述的薄膜层的厚度为100～300nm。3.根据权利要求1所述的中透光耐磨自洁净玻璃，其特征在于，所述羟基氧化铁的制备包括以下步骤：将氯化铁、尿素和PEG-2000置于反应釜中，加入水，在105～125℃反应24～36h，冷却至室温，过滤，得到黄褐色固体，将固体分别用无水乙醇、去离子水清洗，真空干燥，即得羟基氧化铁。4.根据权利要求3所述的中透光耐磨自洁净玻璃，其特征在于，所述氯化铁与尿素的摩尔比为1:0.2～0.3；所述PEG-2000的加入量为氯化铁质量的0.3～0.4倍。5.根据权利要求1所述的中透光耐磨自洁净玻璃，其特征在于，所述富勒烯羧酸衍生物的制备包括以下步骤：在氮气保护下，将富勒烯C60、对羧基苯甲醛和肌氨酸分散于甲苯中，于100～115℃反应8～10h，所述富勒烯C60：对羧基苯甲醛：肌氨酸：甲苯的摩尔比为：1:(10～12):(8～10):(35～40)，反应结束后，用水洗涤所得固体，烘干，得到富勒烯羧酸衍生物。6.根据权利要求1所述的中透光耐磨自洁净玻璃，其特征在于，所述的玻璃基体为硼酸盐玻璃、硅酸盐玻璃或磷酸盐玻璃。7.一种制备如权利要求1-6任一所述的中透光耐磨自洁净玻璃的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)玻璃基体的预处理：...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈文学，
申请(专利权)人：陈文学，
类型：发明
国别省市：广东,44