影响自洁玻璃光催化性能的热处理工艺研究

【中玻网】自清洁玻璃是在优异清洁玻璃基片上镀一层二氧化钛膜，膜经太阳光照射后，具有了降解农业生产体系物和光诱导超亲水性作用，在雨水的冲刷下，能将污物松散并除去，达到玻璃表面的自洁净的目的。

　　热处理工艺对光催化效果的影响。TiO2光催化自洁玻璃成膜分为两个过程：①将TiO2前驱体涂覆在玻璃表面，进行表干；②在合适的温度下，将TiO2晶化，形成TiO2薄膜，不同的晶化温度制备的薄膜晶粒尺寸及晶型均不同，这将会影响自洁玻璃的光催化效果。利用溶胶－凝胶法制备了TiO2溶胶，涂覆在玻璃表面进行表干。在不同晶化温度下进行晶化，制备了T1~T9不同厚度的薄膜，分别研究其光催化效果，从而找出很好光催化效果的热处理工艺。

　　不同晶化温度下的晶型XRD图分析。图1是T3~T10经200~800℃热处理后的TiO2XRD图，可以看出，当低于400℃时TiO2以非晶态存在，400℃时有少量锐钛矿结构产生，450℃结晶比较高，直到600℃时才出现金红石结构，750℃时锐钛矿已全部转换成金红石。在此过程中从未出现过板钛矿。计算得出各温度下形成薄膜的晶相组成，如图2所示。从图中可以看到：在550~700℃之间，锐钛矿随温度升高而快速转变成金红石。

　　图1 TiO2的XRD图

　　图2晶相温度对晶相组成的影响

　　不同晶型对TiO2自洁膜光催化效果影响。TiO2光催化的反应机理类似于以OH基团为中介物的电催化反应机理。由图3可知，锐钛矿的光催化作用比金红石强，而掺杂30%金红石的锐钛矿晶相（w（R）∶w（A）＝3∶7）的光催化性很强（晶化温度为670℃），接近90%。

　　图3晶相组成与亚甲基蓝3h光解率关系

　　T1~T10按JT/T 2168—2013《自洁净镀膜玻璃》对样品T1~T10分别进行光催化降解亚甲基蓝溶液，获得相对应光解率如表1所示。

　　表1不同晶化温度与光解率关系

　　从表2可看出，在670~700℃时的锐钛矿与金红石共存晶相时，光解率很高，可达到87%，接近90%。综上所述，欲获得较好光催化效果的纳米TiO2薄膜，前驱体制备后需将晶化温度控制在670℃左右。这就要求纳米TiO2自洁玻璃一定需要经过钢化处理，钢化炉的上表面温度均控制在670~710℃，以达到锐钛矿与金红石7∶3共存结构，从而获得优异的光催化性能。

　　中山格兰特自清洁玻璃性能，薄膜的附着力测试结果，薄膜的附着力非常大（为20 N左右），薄膜与玻璃基体具有较高的结合强度。总体来说，相对于第1代的自清洁玻璃，中山市格兰特实业有限公司的第二代自清洁玻璃，无论是接触角还是附着力及农业生产体系物降解能力都有很大提升，产品性能满足JT/T 2168—2013《自洁净镀膜玻璃》的要求。

　　通过进行一系列的研究可以得出：纳米TiO2的晶型、晶粒尺寸、结晶度、晶格缺点以及表面积都对纳米自洁玻璃的光催化有着重大影响。而晶化温度决定了纳米TiO2薄膜的晶型及晶粒大小，从而对自洁玻璃的光催化效果有较大的影响，当钢化温度为670~710℃时，能达到锐钛矿与金红石7∶3的混合晶型，此时光催化率非常高。