建筑材料论文--玻璃幕墙自洁玻璃的特点与应用(封面目录都有下载即可使用无间隔障碍)

2016/7/5学号：512013430|工程造价1302班张三玻璃幕墙自洁玻璃的特点与应用2目录摘要…………………………………………………………………………………………31前言………………………………………………………………………………………32TiO2自洁净玻璃的制备…………………………………………………………………32.1清洗玻片……………………………………………………………………………32.2制备薄膜……………………………………………………………………………43自洁净玻璃的光催化原理………………………………………………………………53.1自洁净………………………………………………………………………………53.2防雾………………………………………………………………………………53.3抗菌………………………………………………………………………………53.4净化空气…………………………………………………………………………64自洁净玻璃面临的问题…………………………………………………………………65自洁净玻璃研究的市场前景……………………………………………………………66结论………………………………………………………………………………………7参考文献……………………………………………………………………………………73幕墙自洁净玻璃的特点与应用张三512013430工程造价摘要：本文介绍了自洁净玻璃的制备方法和自洁净玻璃的光催化原理，分析了自洁净玻璃发展面临的问题和自洁净玻璃研究进展与市场前景，以及在城市幕墙建筑中的应用。关键词：玻璃幕墙；自洁净玻璃；制备；应用；前景1前言玻璃幕墙作为一种新型、高档的外围护结构，节约了水资源，避免了清洗剂对环境的污染，被称为“绿色玻璃”。除已被广泛用于高级建筑物的玻璃幕墙装饰玻璃，还用于盖板玻璃、汽车玻璃、高档玻璃镜等。以其独特的色彩与光影，多变的造型吸引了业主和建筑师，广泛应用于多层和高层建筑中。近年来，各地特别是沿海城市兴建了大批采用玻璃幕墙作外围护结构的建筑，对提高建筑品质、丰富城市景观起到了积极的作用。随着材料科学技术的不断进步与发展，幕墙玻璃的种类也在不断变化和发展。目前，我国许多高级建筑的玻璃幕墙采用了自洁净玻璃。所谓自洁净玻璃是在具备光功能薄膜基础上开发出的杀菌防雾新型智能环保产品。它采用特有的镀膜工艺(目前主要是溶胶—凝胶工艺和磁控溅射法)在玻璃表面上制备纳米TiO2薄膜，利用该薄膜的优良特性使玻璃具有在光催化条件下的抑菌、杀菌和防雾等自洁净性能。这种玻璃不需要擦洗，遇到太阳光或荧光灯、紫外线照射后，在外界光的激发状态下会使附着在表面的有机物、污染物变为CO2和水且自动消除，免除了玻璃幕墙清洗之烦恼，节约了水资源，避免了清洗剂对环境的污染，被称为“绿色玻璃”。除已被广泛用于高级建筑物的玻璃幕墙装饰玻璃，还用于盖板玻璃、汽车玻璃、高档玻璃镜等。2TiO2自洁净玻璃的制备2.1清洗玻片暴露于大气中的玻片表面容易受到污染，表面上附着一些物质或能量等污染物。最初的污染常常是玻片表面本身形成过程中的一部分。玻璃发生的吸附现象、化学反应、浸析和干燥过程、机械处理以及扩散和离析过程都使各种成分的表面污染物增加。自洁净玻璃是在普通玻璃上制备纳米TiO2薄膜或复合膜而制成的，玻片上的污染物会影响在它上面形成的薄膜的性质，因此在镀膜4前必须对玻片进行清洗，玻片清洗是自洁净玻璃的研制步骤中很重要的一道工序。目前，常见的清洗方法主要有：手工清洗法、浸洗法、喷射清洗法、超声波清洗法、蒸气脱脂清洗法。2.2制备薄膜二氧化钛(TiO2)光催化膜在近年来得到广泛的研究应用，尤其是在平板玻璃的表面已得到有效的应用。这种TiO2光催化膜的制备方法有：金属钛的加热阳极氧化、电子束沉积、离子溅射、化学气相沉积、金属有机化学气相沉积、等离子体增强的化学气相沉积、热溶胶以及溶胶—凝胶法等近10种方法，但制作“自洁玻璃”工艺中应用最多的是溶胶-凝胶法。其生产流程大致为：玻璃原片备制→清洗→干燥→入镀膜池→镀制→烘干→进入热处理炉烧结→出炉降温冷却→产品检验→包装→出厂。采用溶胶-凝胶镀膜法制作生产自洁玻璃有以下几大优点：a)通过简单的设备可涂较大的复杂形状的玻璃基板；b)能够获得高度均匀的多组分氧化物涂层；c)热处理所需温度较低；d)可获得纳米级粒子尺寸的涂层；e)容易引入微量元素，掺杂改性；f)可改变膜的表面结构和性能；g)可制备别的方法不能制备的材料，如有机-无机复合涂层。为了阻止玻璃本体内的碱金属离子进入纳米TiO2薄膜，影响其光催化除菌防雾效果，多数生产商采用二次镀膜的方法来阻断碱金属离子向膜层的渗透。也有厂家采用其他物理化学方法对玻璃原片进行处理来达到相同的目的。因此，目前能够提供的自洁净玻璃基本为双面膜，这对提高产品的有效性非常有益。采用溶胶－凝胶法工艺制作“自洁玻璃”，可以通过控制溶胶组成、提拉速度和热处理工艺制度，在钠钙平板玻璃基片上制备出具有光催化活性的二氧化钛(TiO2)薄膜，可实现玻璃的自洁和易清洗功能。经测定，其二氧化钛(TiO2)薄膜稳定，耐磨性、耐酸碱、外观指标都已达到JC693—1998《热反射玻璃标准》，符合商业应用的要求。因此，这种表面涂覆了TiO2光催化剂的“自洁玻璃”完全可以有效地对付脏物。并且可以用来钢化和热弯夹层，进一步加工成安全玻璃使用。近年来，自洁净玻璃的研究开发取得了长足进展，在光催化理论5逐步建立的同时也正在解决产业化过程中的许多技术难题，但如何有效提高日光下的光催化抑菌杀菌自洁效果，如何把TiO2薄膜与水的浸润角降至5℃以下并延长有效时间，至今仍是制约自洁净玻璃广泛应用的主要技术障碍。3自洁净玻璃的光催化原理3.1自洁净玻璃表面的TiO2薄膜是一种具有光催化活性的纳米材料。纳米级TiO2本身是一种半导体，它在吸收一定波长的光能后产生自由电子(e－)空穴(h+)对，并与其表面吸附的OH-和O2作用生成羟基自由基OH和超氧化物阴离子自由基O2-，新生成的OH羟基自由基具有很强的氧化能力，它直接氧化细胞壁、细胞膜和细胞内的组分，导致细菌死亡或变异。玻璃表面吸附了空气中的有机物和无机物后，有机物不易溶于水，时间一长，形成污垢，表面变脏。而且这些有机污垢在水中的溶解度小，用水很难擦洗干净。如果在玻璃表面涂覆一层TiO2膜，利用一定条件使其发生上述的氧化钛的光催化反应可以把吸附在氧化钛表面的有机物分解为二氧化碳和水，剩余的无机物则被雨水冲刷干净，实现自洁。这就是所称自洁净玻璃机理。3.2防雾将TiO2镀在基片上制备成薄膜，与粉体TiO2相比有一个特殊的性质，即超亲水性。在通常情况下，将水滴在TiO2薄膜表面，表面与水有90°以上的接触角，但在紫外光的照射下，水的接触角减小，甚至达到0°(水滴完全浸润氧化钛薄膜表面)，显示了薄膜的亲水性。光照停止后，薄膜表面的这种亲水性可以维持数小时甚至几天，随后又慢慢地恢复到紫外光照射前情况，薄膜具有的这种性质被称为超亲水性。再用紫外光照射，则再次表现出超亲水性，采用间歇紫外光照射就可以使得薄膜表面始终保持超亲水性。在紫外光照前，水滴与TiO2表面的接触角为91°，紫外光照后，接触角逐渐减小，最后接触角为0°，即水滴平铺在氧化钛表面。3.3抗菌掺杂在TiO2光催化膜表面的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌在光照20min内灭菌率达到90%，80min可全部被杀灭。在室内照明光源如日光灯照射下，紫外光强为1μm/cm2~10μm/cm2，同样可以起到杀菌作用。将涂覆TiO2薄膜的卫生陶瓷应用于医院可杀死附着于墙面的细菌；用于浴室，可减少由于地面和墙上积聚的肥皂细菌作用而引起的粘稠状物质等，起到防滑和防污的作用；用于卫生间，可明显降低其中的氮气浓度，使人不会有不适的感觉。63.4净化空气用紫外光照射TiO2光催化膜，光催化剂受激发产生的电子-空穴对能将空气中有机或无机的污染物如氮氧化合物(NOX)、甲醛(HCHO)、二氧化硫(SO2)等直接分解成无害的物质，达到净化空气的目的。将TiO2涂覆于建材混凝土表面用于道路两侧，在光照下可以产生光催化作用，有效地将汽车尾气排放的NOX氧化成危害相对较小的HNO3，同时将SOX氧化，从而净化了空气。4自洁净玻璃面临的问题虽然自洁净玻璃技术最近十多年得到了较快发展，但从整体上看目前仍处在产业化开发的前期，许多机理还有待于验证，其应用程度受到一定制约，主要原因是：a)太阳能利用率低。由于TiO2薄膜的能带结构决定了膜层只能够吸收可利用太阳光中的紫外线部分，TiO2被激发产生的空穴-电子对虽然具有很高的氧化能力，但其光吸收仅限于紫外光，部分尚不足照射到地面太阳光能量的10%，对太阳光的利用率比较低，是目前生产的自洁净玻璃在日常条件自b)量子产率低，总反应速度慢。光生载流子(h+e-)很容易重新复合，直接影响光催化效率、杀菌、防雾效果。4%~10%量子产率远满足不了自洁净玻璃的使用要求。要想强化玻璃自洁净效果就必须有新的技术来阻止光生载流子的重新复合。洁效果不明显的主要原因之一。c)大面积镀膜工艺在技术上尚有难度，尤其是在大面积条件下如何保证TiO2薄膜中的锐钛矿型结构提高、膜层均匀一致和热加工后的自洁净效果验证等方面还有待于做更多的工作。d)目前的自洁净玻璃功能作用的明显实现要借助于一定的试验条件，尤其是辅助紫外光的照射，自然太阳光条件下的自洁净防雾效果不显著。上述关键问题的根本解决有待于深入的基础研究尤其是应用基础研究。就光催化反应来说，关键在于提高光催化反应的活性和选择性，提高光量子产率，将其激发波长扩展到可见光区，提高光能利用率。5自洁净玻璃研究的市场前景7自洁玻璃因性能优越，可以广泛应用于高层建筑物的幕墙、窗玻璃和汽车玻璃等领域，产品市场极为看好。现已成为国际市场绿色环保玻璃热销的焦点。目前，我国的“二氧化钛光催化玻璃”和“TiO2薄膜自洁净玻璃”不久将批量上市，这将大大推动我国二氧化钛光催化膜自洁玻璃产品的开发、研制及推广应用的步伐，并成为了自洁玻璃销售市场的亮点。另据有关资料介绍，2004年我国平板玻璃生产已超过3亿重量箱，其中建筑用玻璃超过5亿m2，汽车用玻璃超过1500万m2，特殊行业用玻璃超过64万m2，今后，这些玻璃的大部分将被功能玻璃所替代。随着社会的进步，市场前景会越好。2005年，功能建筑玻璃的需求量超过1亿m2，其建筑玻璃市场每年将超过100亿元，这个数字约占平板玻璃总量的1/6左右，与经济发达国家80%的玻璃都使用功能玻璃的数量相比，还有较大差距。另外，随着2008年奥运会成功在北京举办及2010年上海世博会的召开，这期间，北京、上海等相关周边城市各类建筑物宾馆的兴建，“自洁玻璃”等绿色环保建材的需量将会每年以10%的增幅上升，国内自洁玻璃市场将会一路看好，前景十分广阔。6结论玻璃幕墙就象一面面硕大无比的镜子，为人们推出了一幕幕变幻莫测的城市风景画面。近年来，幕墙玻璃也在不断推陈出新，自洁净玻璃作为一种生态建筑材料和环境协调型材料，在环境保护、污水处理、空气净化等方面具有广泛的应用前景，在建筑幕墙也得到了较快的应用和发展。TiO2薄膜光催化剂由于其较宽的禁带宽度、高的折射率和机械强度以及稳定的化学性能，其薄膜材料在紫外光照射下，能产生活性自由基，自由基能分解有机化合物，具有杀菌和自清洁等作用，在包括玻璃幕墙等众多领域中具有广泛的应用前景。目前，虽然自洁净玻璃的理论基础及应用研究都还不是非常成熟，所生产的产品离实际应用有一段距离，但是作为一种新型材料，自洁净玻璃所显示的优异性能是不容忽视的。笔者相信，随着研究的深入，自洁净玻璃将在改善我们的生存环境，给我们的日常生活带来更多的便利方面起到重要作用；TiO2薄膜在各项领域的应用将会越来越广泛，它将在科技、生活等方面发挥巨大潜力。参考文献：[1]赵云云.玻璃幕墙的光污染与防治措施[J].门窗,2008,2(4):23-27.[2]徐美君,白玉.自洁玻璃的开发应用与市场前景[J].建材发展导向2007(6):39-45.[3]周圆,李长虹.Ti