自洁玻璃、纳米自洁玻璃的发展历程和未来方向

自洁玻璃、纳米自洁玻璃的发展历程和未来方向

自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，从方法上区分自洁玻璃有以下两类：

超亲水自洁玻璃

超疏水自洁玻璃

超亲水自洁玻璃

超亲水自洁玻璃在玻璃制备出超亲水性薄膜。超亲水自洁玻璃又分为无机纳米硅超亲水自洁玻璃和纳米二氧化钛型超亲水自洁玻璃

无机纳米硅超亲水自洁涂料在市场上的唯一产品为好瑞佳自洁涂料，其特点是超亲水、防静电（防灰尘）、防霉抗菌、施工简单易学、常温急速干燥（5分钟内）、一次施工5年长期有效。目前，超亲水自洁玻璃已经成为自洁玻璃的开发和生产的基本方向。

纳米二氧化钛型超亲水自洁玻璃其特点是超亲水、防油污、防霉抗菌，但由于二氧化钛对阳光的依赖性，一些背光面的效果很差，晚上更是没有自洁效果。

超疏水自洁玻璃

超疏水自洁玻璃：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，均以超亲水自洁玻璃为主展开。

超亲水自洁玻璃的几种方式：

超亲水自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。

超亲水自洁玻璃的由来和发展

超亲水自洁玻璃的理论由来：

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洁玻璃。

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洁玻璃的技术关键。

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洁玻璃的研究开发和制作，如英国PilkingtonActiv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，使得前期的自洁玻璃均未突破技术瓶颈，制约了自洁玻璃的快速发展，未能满足所对应的巨大的市场需求。

国内外自洁玻璃的技术状况

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方法生产自洁玻璃成本很高。

C、应用该方法生产的自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。

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