自洁玻璃-幕墙的新选择

自清洁玻璃概述
1．1 自清洁玻璃定义
自清洁玻璃是指普通玻璃在经过通过特殊的物理或化学方法处理后，使其表面产生独特的物理特性，从而使玻璃不再通过传统的人工擦洗方法而达到清洁效果的玻璃。
目前，从方法上区分自清洁玻璃有以下两类：
超亲水自清洁玻璃
超疏水自清洁玻璃
1．1．1超亲水自清洁玻璃
超亲水自清洁玻璃在玻璃制备出超亲水性光催化TiO2薄膜。该光催化薄膜具有两大特性。
1、 超亲水性能：使材料表面对水具有超亲和作用，使水的液滴在玻璃材料表面上的接触角趋于零，因此，当水接触到材料时，迅速在其表面铺展，形成均匀的水膜，表现出超亲水的性质，通过均匀水膜的重力下落带走污渍，通过该方式将可以去处大部分有机或无机污渍。
2、 光催化分解有机物能力：通过光催化反应，该TiO2薄膜将有能力分解各类有机物，通过该特性可以有效去处残余的顽固有机污渍并有杀灭粘附于表面的病菌效果。
目前，该方式已经成为自清洁玻璃的开发和生产的基本方向。
1．1．2超疏水自清洁玻璃
超疏水自清洁玻璃：利用超疏水技术使得玻璃表面产生超疏水和超疏油的特殊表面，从而，使得亲水性污渍和亲油性污渍无法粘附于玻璃表面，从而保证了玻璃的自清洁。
该方法特点：效果明显。但是由于该方法的时效性差，无法保证玻璃产品作为耐用消费品的长期使用寿命，从而无法保证真正意义上的自清洁效果。该方法已经被玻璃行业放弃。
以下论述，均以超亲水自清洁玻璃为主展开。
1．1．3 超亲水自清洁玻璃的几种方式：
超亲水自清洁玻璃发展到目前为止主要有以下方式：
A 化学气相沉积（CVD）法
B 磁控溅射法
C 溶胶凝胶＋高温烧结的方法
D 常温固化超亲水自清洁玻璃
就目前产品开发和市场调研情况看：化学气相沉积（CVD）法、磁控溅射法和溶胶凝胶＋高温烧结的方法等，由于技术局限、成本因素等问题均未得到市场的充分认可。而常温固化由于其工艺简单、成本低廉、性能和效果好，已经得到中国玻璃界的权威耀华玻璃、洛阳玻璃、深南玻等厂家的有关技术专家和权威人事的认可，得到了非常积极的评价，该项技术已经成功地运用到了国家标志性工程——国家大剧院。并得到了国家大剧院相关各方的一致好评。
2．超亲水自清洁玻璃的由来和发展
2．1 超亲水自清洁玻璃的理论由来：
自20世纪70年代以来，日本东京大学的藤岛昭(Fujishima)、桥本和仁(Hashimoto)等人的研究发现，在微弱光下即在太阳光（紫外光强度约为1mw·Cm-2）或在日光灯(紫外光强度约为0.2mw·cm-2)照射下，TiO2吸收近紫外光后，光生电子和空穴分别使TiO2表面吸附的氧还原和水氧化，生成·O-2和－OH活性基因，这些活性基因足以使玻璃表面的有机污物、微生物和细菌分解为CO2和H2O等简单无机物。与此同时，藤岛昭等人在研究中还发现TiO２薄膜经微弱光照射后，Ti02表面具有两亲性—即超亲水性和光催化活性，如果遮断光源，这种两项特性在黑暗中仍能保持一段时间。TiO2光催化材料的应用已被称为一场“光清洁革命”。正是基于该项理论，各国玻璃行业厂家和研究机构的利用各种方法力图实现在玻璃上进行TiO2光催化材料的涂附，以期得到具有超亲水的TiO2光催化材料薄膜，开发出有实用价值的自清洁玻璃。
2．2 超亲水型TiO2光催化材料研究
进一步研究发现TiO2光催化材料在通常状态下有三种晶型形态：锐钛矿晶型、金红石晶型和板钛矿晶型，其中锐钛矿晶型有最强的超亲水特性和光催化活性；金红石晶型基本没有超亲水特性和光催化活性，而大多数的TiO2材料是以该状态存在；板钛矿晶型仅有微弱的超亲水特性和光催化活性。
研究中还发现TiO2光催化材料的超亲水特性和光催化活性和该材料的比表面积成正比。
因而如何开发出高比表面积，和高超亲水特性和光催化活性的锐钛矿晶型的TiO2光催化材料并将改材料稳定涂覆玻璃表面是开发自清洁玻璃的技术关键。
2．3 自清洁技术研究状况
在基础研究方面，目前，世界上发达国家均有知名公司在专门从事自清洁玻璃的研究开发和制作，如英国Pilkington Activ公司、日本TOTO公司、美国PPG公司、德国GEA公司、VTA公司、UIC公司等。 2000-2004年，共发表相关文章4097996篇。
在应用开发方面，日本率先展开开发推广应用TiO2光催化自清洁玻璃，英国皮尔金顿公司、美国PPG公司的玻璃商也看好这一产品的开发、加工、生产及推广应用的大市场。英国皮尔金顿玻璃公司在开发应用TiO2光催化自洁净玻璃方面已走在欧、美玻璃商的前列，并在2002年底之前把该产品推广到欧洲及其他国家和美国玻璃市场，进行公开批量销售。并已在北美、欧洲、大洋洲的澳大利亚、亚洲的日本等地区及国家推出，即将形成新的大市场，绝不容忽视。北美皮尔金顿公司在2002年年底推出自己的自清洁玻璃窗，这种玻璃窗利用太阳光中的紫外线分解尘粒中的有机物，再让雨水冲去。即使用水洗，这种玻璃窗也不会留下水痕。但是由于成本和效果问题，该自清洁玻璃窗未能得到大规模推广。
为了促进自清洁、光催化技术及其产品的共同发展，2000年10月，以TOTO为首组织了以此为题的论坛，目的就是制定光催化产品的相关指标及检测标准，将光催化技术及其一系列产品迅速推向市场，为人类的环保工作做出贡献。
由此可见，自清洁玻璃的开发和应用已经得到各国玻璃行业的专业厂家极大关注，并且投入大量的研究和应用开发，但是，由于产品的性能和成本问题，使得前期的自清洁玻璃均未突破技术瓶颈，制约了自清洁玻璃的快速发展，未能满足所对应的巨大的市场需求。
3 国内外自清洁玻璃的技术状况
3．1采用化学气相沉积（CVD）方法
采用这种方法的企业主要有英国Pilkington、美国PPG公司、美国AFG公司和日本旭硝子公司。
即通过化学汽相沉积（CVD）方法将TiO２沉积到洁净玻璃的表面，沉积结果往往为三种TiO２晶型共存在沉积在一起，该自清洁玻璃具有特点：
A 锐钛矿型TiO２晶型的含量极低,仅仅具有很有限的超亲水和光催化功能。
B 应用CVD方法生产自清洁玻璃成本很高。
C 应用该方法生产的自清洁玻璃将使玻璃本身的透射率大大降低（约降低10%）。
D 为非纳米材料，比表面积很低，使得性能和效率较低。
E 为弥补性能低下的缺陷，CVD方法将通过增加膜厚方式来提高性能。
由于有效成份锐钛TiO２晶型的含量极低，亲水性和光催化性难以保证，加上透射率降低以及生产成本较高等负面因素。因而，该产品市场上有过推广，但是因为性能，价格和成本因素，市场反馈效果极差。玻璃行业专家评价，英国Pilkington 生产的自清洁玻璃的性能对比不明显。市场售价6mm白玻260元/平方米，8mm 白玻320元/平方米，成本高，市场难以接受。
3．2 磁控溅射方法
利用现有的玻璃生产的磁控溅射镀膜设备，通过将金属钛溅射到玻璃表面，在玻璃表面自然氧化生成TiO２的薄膜，使得玻璃表面具有一定的亲水性，来达到自清洁效果。由于磁控溅射技术限制，玻璃表面生成的TiO２薄膜为无定型的TiO２薄膜。这样，所得到自清洁玻璃具有如下特点：
A 玻璃表面的亲水性及自清洁性能极其有限。
B 磁控溅射的成本高额昂。
因而，该技术具有很大的局限性，市场反馈效果差。实际上，该技术没有得到推广，采用该技术的代表厂家有中国三峡新材公司，目前该公司已经放弃了使用该方法生产自清洁玻璃。
3．3溶胶提拉+高温烧结技术
即将TiO２制成溶胶，再将玻璃放入该溶胶中浸润提拉的方式得到处理过的玻璃，再将该玻璃再高温烧结炉中烧结550。C， 3-4h完成金红石晶型向锐钛矿晶型的转化。该方法存在缺陷：
A 通过高温烧结，成本高，不利于规模化生产。
B金红石晶型向锐钛矿晶型的转化存在转化效率问题,自清洁效果有限。
C 有彩虹现象。
D 使得玻璃的透光率降低15-20%。
因此，该技术从投放市场以来一直未得到积极反响。采用该技术的代表厂家有三峡新材公司，长春新世纪公司，代表工程有长春长江路步行街采光顶5700平米，市场反应一般，没有持续工程和市场拓展。

4 中科纳米的常温固化纳米自清洁玻璃的技术优势
4.1关键技术及创新点论述
中科纳米公司的科研人员通过近七年的潜心研究，利用特种纳米技术生产出光催化，和亲水性极高活性并且性能稳定的纳米TiO2薄膜材料，并且经过常温常压下涂覆的工艺，生产出纳米自清洁玻璃，该技术生产出的纳米自清洁玻璃克服了以上各种技术所带来的缺陷，真正意义上实现了在保持玻璃表面原貌的情况下，达到玻璃的高效自清洁和光催化效果。
4．2项目的技术成熟性和项目产品可靠性论述
4．2．1纳米自清洁玻璃产品完成了如下测试

检测内容 检测单位 测试条件 检测结果 检测标准 结 果

耐老化试验 国家 2000h氙灯老化 外观无变化 GB/T1865-1997 通 过
建筑
材料
测试
中心

粉化，变色 2000h氙灯老化 GB/T1766-1995 通 过

透光系数 GB/T18915.1-2 透射率提高1-2%

耐沾污性 0级 GB/T9755-2001

耐酸性 5%H2SO4浸泡48h 表面无变化 GB/9755-2001 通 过

耐碱性饱和 Ca(OH)2浸泡48h 表面无变化 GB/T9755-2001 通 过

附着力 刻划法 划格法0级 GB/T17748-1999 通 过

硬 度 0 .95（玻璃硬度为1，该材料硬度和玻璃硬度接近）


4．2．2 完成了常温常压下自清洁玻璃涂覆工艺的摸索及效果评价。
4．2．2．1 特种规格，超大板面玻璃自清洁制作
同玻璃的深加工工艺结合，完成超大版面自清洁玻璃的制作，完成工程国家大剧院6000平米。单片规格2000mmX4500mm，总面积逾百平米超大规格的汽车展示厅项目。
4．2．2．2 自清洁玻璃的效果评价
完成了自然状态下的效果评价，效果良好，该效果已经被国家大剧院正式采纳为国家大剧院的清洗方案。
4．2．3我方技术优势
和化学汽相沉积，磁控溅射，溶胶提拉＋高温烧结不同，我方技术具有如下优势：
4．2．3．1工艺简单，成本极低
采用了常温常压喷涂的方式，工艺极其简单，也就降低了该技术的应用门槛。使得纳米自清洁玻璃成本降得极低，保证了市场接受能力，和生产厂家足够得利润空间。
4．2．3．2效果明显
由于采用了的固含量TiO2材料为完全的锐钛矿晶型TiO2,这样就保证了极佳的纳米自清洁性能和光催化性能。
比较数据表明：（1）表征超亲水性能采用玻璃与水的接触角，一般玻璃与水的接触角为30°左右，而中科纳米自清洁玻璃的接触角为6.5°,Pilkington 的自清洁玻璃的接触角为17°，中科纳米自清洁玻璃的亲水性远远好于Pilkington的产品，真真达到了超亲水效果；（2）表征光催化分解有机物的光催化活性：中科纳米自清洁玻璃是Pilkington自清洁玻璃的16倍。中科纳米产品已经可以达到实用要求。
4．2．3．3具有增透效果
以往的自清洁玻璃往往使得玻璃的透射率大大降低（降低幅度达10％左右），而我方的自清洁玻璃却能够使得自清洁玻璃的透射率提高1-2%，这是我方独有的特性，该特性将极大地提高用户对自清洁玻璃本身的信赖。
4．2．3．4克服了彩虹现象
彩虹现象是TiO2 薄膜在玻璃表面产生的干涉现象造成。彩虹现象是制约纳米自清洁玻璃发展的一个重要因素。先期的技术生产的自清洁玻璃都或多或少的带有彩虹现象，彩虹现象破坏了玻璃原有的表观视觉装饰效果，为最终消费者难以接受.因而，该现象也就极大地限制相应的产品的市场准入。中科纳米公司生产的纳米自清洁玻璃在该方面得到了完全的突破，为相应的自清洁玻璃进入市场提供了最基本保证。
4．2．3．5超常的使用寿命
该自清洁玻璃实际那人工老化测试已经超过2000小时，这将意味着，该自清洁玻璃的实际使用寿命将可超过10年，将可以完全满足玻璃行业的实际需要。
4．2．3．6实现在线自清洁玻璃的加工
由于我方技术可以在常温常压下实现，因而是在性能保证的前提下，目前唯一的能够满足浮法玻璃在线生产自清洁玻璃的技术，该领域的应用将预示着纳米自清洁玻璃超大规模化生产的在不久的将来成为可能。这样也就为自清洁玻璃的普及性应用提供可能。
4．2．3．7可以实现已经安装上的建筑玻璃的自清洁处理
通过工艺的改进，利用纳米技术和机器人技术结合，中科纳米公司的纳米自清洁玻璃技术已经成功地应用于已经上墙的建筑玻璃的纳米自清洁处理。这将为已有的高档建筑的幕墙玻璃的清洗和维护提供了全新的方案。
5．综述
该项目属于创新性高科技项目，技术水平居于国际领先；相关技术应用已经成熟可靠，可以完成规模化生产；该项目具有投资回报率高、投资回报快，风险低、经济及社会效益显著的特点。目前,该技术已经玻璃行业的广泛关注,一些玻璃行业有实力的知名企业正在积极寻求与中科纳米公司的合作，相信该技术将会很快推向市场，实现该技术相应的经济效益和社会效益.