專(zhuān)利名稱(chēng)：自清潔上釉板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及自清潔上釉板，涉及含有自清潔上釉板的多層上釉單元或疊層件，以及含有自清潔上釉板的窗和門(mén)。
自清潔上釉板具有一個(gè)親水性表面。與親水性表面接觸的雨水或其它水將擴(kuò)散越過(guò)此表面并清洗掉它的臟垢。用自清潔上釉板裝窗戶(hù)是有利的，因?yàn)樗绕胀ǖ拇皯?hù)需要較少的清洗。自清潔上釉板可以是塑料板，但更經(jīng)常的是玻璃板。自清潔上釉板通常設(shè)置一個(gè)親水性涂層在上釉板上。此涂層可以是，例如氧化硅或金屬氧化物。
一種特別有用的自清潔上釉板是這樣的一種，其親水性涂層是光催化活性的。當(dāng)一個(gè)半導(dǎo)體被一個(gè)特定頻率的光線照射時(shí)，光催化活性在一個(gè)空穴-電子對(duì)的半導(dǎo)體內(nèi)由于發(fā)光而產(chǎn)生?？昭?電子對(duì)能夠在太陽(yáng)光下產(chǎn)生和能夠在濕空氣內(nèi)反應(yīng)，以形成羥基和過(guò)氧基在半導(dǎo)體的表面上。羥基和過(guò)氧基氧化表面上的塵垢。光催化活性涂層在被照射時(shí)傾向于破壞表面上的有機(jī)塵垢。它們還傾向于保持它們的親水性性能，因?yàn)楸砻娴幕钚郧鍧嵤钦丈涞囊粋€(gè)結(jié)果。光催化活性涂層可以含有一個(gè)半導(dǎo)體，帶有一個(gè)適當(dāng)?shù)膸叮?，氧化鈦?br> 在玻璃上的氧化鈦光催化涂層公開(kāi)于下列文獻(xiàn)EP 0901991A2，WO97/07069，WO 97/10186，WO 98/06675，WO 98/41480，WO 00/75087，inAbstract 735 of 187th Elecfrochemical Meeting(Reno，NV 95-1，p.1102)and in New Scientist magazine(26 August 1995，p.19)。
有利的是保持表面的親水性本性在比現(xiàn)在達(dá)到的更高的水平，從而能提高自清潔性能的效率。對(duì)于一個(gè)光催化活性涂層。這樣能夠帶來(lái)表面的光催化活性的增加。
本發(fā)明因此在第一方面提供一個(gè)自清潔上釉板，包括一個(gè)襯底，一個(gè)親水性涂層在襯底的一個(gè)表面上，以及加熱器件用于提高自清潔上釉板的溫度。
親水性涂層最好是一個(gè)光催化活性涂層。
意外的是，提高襯底的溫度導(dǎo)致涂層的活性的增加，它又導(dǎo)致涂層的自清潔性能的改善。
加熱器件可以包括一個(gè)有動(dòng)力的加熱器，例如一個(gè)電加熱器。適當(dāng)?shù)募訜崞骷梢园ㄔ谧郧鍧嵣嫌园宓谋砻嫔系膶?dǎo)電涂層，或細(xì)金屬絲作為加熱元件附著在自清潔上釉板上。
然而，加熱器件最好是含有被動(dòng)的加熱器件，更希望是使用入射輻射能(例如太陽(yáng)光)的器件，以提高襯底的溫度至超過(guò)沒(méi)有加熱器件的襯底的溫度。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是，顯然不需要一個(gè)單獨(dú)的供電，以及在價(jià)格和環(huán)境保護(hù)方面也是有效率的。加熱器件可以包括一個(gè)熱反射涂層在襯底的另一個(gè)表面上，或者一個(gè)熱吸收涂層在襯底的一個(gè)表面上，但更希望的是加熱器件包括一個(gè)染色的襯底，尤其是一個(gè)染色的玻璃襯底。因此，在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，本發(fā)明的一個(gè)方面提供一個(gè)自清潔上釉板，包括一個(gè)染色的玻璃底襯，包括一個(gè)親水性涂層在襯底的一個(gè)表面上。親水性涂層通常具有靜力水接觸角為40°或更低，最好為25°或更低。親水性涂層最好是一個(gè)光催化活性涂層，它的襯底具有一個(gè)直接太陽(yáng)熱吸收率為0.15或更大。然而，更希望，襯底具有一個(gè)直接太陽(yáng)熱吸收率為0.2或更大，0.25或更大，0.35或更大，或者0.4或更大。襯底可以是一個(gè)塑料襯底(例如聚碳酸酯)但是最好是一個(gè)玻璃襯底，尤其是一個(gè)浮法玻璃襯底。染色玻璃襯底可以借助在基體玻璃組分內(nèi)添加染料而制成。這些染料包括氧化鐵，它可以加入到基本玻璃組分中按0.1至0.9重量百分比，最好按0.4至0.9重量百分比(Fe2O3)。
自清潔上釉板可以使用于多層上釉單元，包括自清潔上釉板在與第二上釉板相反的取向上。在此種情況下，多層上釉單元可以自身具有加熱器件。加熱器件例如可以具有涉及本發(fā)明的第一方面上面所述的加熱器件，或者補(bǔ)充地或代替地，多層上釉單元內(nèi)的第二上釉板可以具有加熱器件，例如，一個(gè)熱反射涂層。因此，在第二方面，本發(fā)明提供一個(gè)多層上釉單元，包括一個(gè)自清潔上釉板，一個(gè)第二上釉板在與自清潔上釉板相反的取向上，以及加熱器件用于提高自清潔上釉板的溫度超過(guò)沒(méi)有加熱器件的一個(gè)自清潔上釉板的溫度。最好，在此方面的加熱器件具有一個(gè)熱反射涂層在第二上釉板的一個(gè)表面上。
自清潔上釉板也可以合并為疊層(尤其是疊層的玻璃)。因此，在第三方面本發(fā)明提供一個(gè)疊層，包括一個(gè)第一鋪層的自清潔上釉板，一個(gè)第二玻璃鋪層，一個(gè)塑料中間層，例如，聚乙烯醇縮丁醛(PVB)以及具有加熱器件用于提高疊層的溫度。
以上所述的自清潔上釉板，多層上釉單元以及疊層可以合并入建筑用窗戶(hù)或車(chē)輛。以上所述的自清潔上釉板，多層上釉單元以及疊層也可以合并入建筑用門(mén)戶(hù)。
在第四方面，本發(fā)明提供一個(gè)窗戶(hù)，包括一個(gè)自清潔上釉板。窗戶(hù)附設(shè)有空氣流動(dòng)減少器件，排列為減少越過(guò)窗戶(hù)的空氣流動(dòng)。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是由于空氣流動(dòng)減少器件減少越過(guò)窗戶(hù)的空氣流動(dòng)，以及因此減少窗戶(hù)的對(duì)流冷卻(保持一個(gè)較高的溫度以及因此自清潔上釉板的較高的活性)?？諝饬鲃?dòng)減少器件包括至少一個(gè)擋板或至少一個(gè)偏流器。
借助實(shí)例，本發(fā)明的實(shí)施例將參見(jiàn)附圖來(lái)說(shuō)明，其中

圖1是在玻璃上的一個(gè)氧化鈦的光催化活性涂層的反應(yīng)率與溫度關(guān)系的一個(gè)曲線圖；圖2是按照本發(fā)明的一個(gè)自清潔上釉板的示意的剖面圖(以及不是按比例的)；圖3是一個(gè)多層上釉單元的示意的剖面圖(以及不是按比例的)，包括一個(gè)自清潔上釉板；圖4是一個(gè)窗戶(hù)的示意的剖面圖(以及不是按比例的)包括一個(gè)自清潔上釉單元，在具有風(fēng)偏流器的一個(gè)結(jié)構(gòu)中。
圖1的數(shù)據(jù)是使用一個(gè)透明的浮法玻璃襯底獲得的，它附設(shè)一個(gè)涂層，具有一個(gè)二氧化硅的堿阻斷底層，以及一個(gè)氧化鈦的光催化活性涂層沉積在二氧化硅層上。二氧化硅和氧化鈦層是在浮法玻璃的生產(chǎn)過(guò)程中通過(guò)化學(xué)氣相沉積在玻璃的表面上；二氧化硅涂層來(lái)自一個(gè)原始的氣體混合物，含有硅烷，乙烯和氧，氧化鈦層來(lái)自一個(gè)原始的氣體混合物，含有氯化鈦和乙酸乙酯(一般地說(shuō)明于WO 00/75087)。
為了測(cè)量涂覆的玻璃的光催化活性，在光催化活性表面上沉積硬脂酸薄膜，其方法是取一份1×10-2mol dm-3的標(biāo)準(zhǔn)的硬脂酸甲醇溶液以及用滴管滴3×10-2cm3在玻璃片的涂TiO2表面上。然后它在一臺(tái)旋轉(zhuǎn)涂覆機(jī)上(Electronic Microsystems Ltd spin coater)以1000rpm旋轉(zhuǎn)2min，以及隨后放置在空氣流中約30min，以保證甲醇完全清除。薄膜的光催化活性的測(cè)量是借助在2700cm-1和3000cm-1之間測(cè)量硬脂酸的C-H紅外展寬振動(dòng)的特征的綜合吸收率，作為輻射時(shí)間的一個(gè)函數(shù)，測(cè)量使用的紅外攝譜儀為Perkin Elmer 1725 Fourier Transform Infrared Spectrometer(FTIR)。根據(jù)具有一個(gè)已知的每克分子面積的類(lèi)似物(比如花生酸(CH3-(CH2)18CO2H))的綜合吸收率的文獻(xiàn)值給出對(duì)于測(cè)量的每吸收率cm-1單位的一個(gè)值為3.17×1015硬脂酸克分子cm-2(討論見(jiàn)Y.Paz，Z，Luo，L.Razenberg，A.Heller，J.Mater Res.，1995，10，2842)。硬脂酸的濃度根據(jù)此基礎(chǔ)計(jì)算。輻射是使用一個(gè)光化學(xué)反應(yīng)器進(jìn)行，包括一個(gè)半圓筒輻射單元，具有六個(gè)8w黑光燈泡(Coast-Air；輻射λ(max)＝355-360nm；長(zhǎng)度28.7cm)裝置為對(duì)著一個(gè)半圓筒鋁反射器。為了測(cè)定溫度的作用，涂覆的玻璃樣品安裝在一個(gè)恒溫室內(nèi)以及溫度的改變?cè)?4和53℃(287和327K)之間。圖1示出硬脂酸光氧化的速率作為溫度的一個(gè)函數(shù)。從這些結(jié)果可以清晰地看出，提高溫度就會(huì)增加反應(yīng)速率。
圖2示出一個(gè)自清潔上釉板2，包括一個(gè)深綠色的染色的浮法玻璃襯底4，具有兩層涂層6在一個(gè)表面上。浮法玻璃襯底4具有一個(gè)基本成分為氧化鈣-二氧化硅玻璃，帶有0.9重量百分比的氧化鐵作為染色劑，如以下表1和2所列。涂層6的上層8是一個(gè)氧化鈦光催化活性層。涂層6的下層10是一個(gè)二氧化硅層，它的作用是作為一個(gè)堿阻斷層，以減少或防止堿金屬離子移動(dòng)進(jìn)入涂層6的上層8，它可能減少光催化活性。當(dāng)上釉板2暴露在輻射能時(shí)(例如太陽(yáng)光)，染色的浮法玻璃襯底4吸收此能量的一部分，以及上釉板2的溫度升高。溫度的升高具有的作用是改善上釉板的涂覆表12的自清潔性能，這是因?yàn)楣獯呋钚詫?的光催化活性增加的緣故。溫度的升高還可以使表面更具親水性。
圖3示出一個(gè)雙層上釉單元14，包括一個(gè)自清潔上釉板16和一個(gè)第二上釉板18安裝在它的相反的取向上。自清潔上釉板16和第二上釉板18被一個(gè)隔片20分離開(kāi)，留下一個(gè)空氣間隙22以改進(jìn)單元的隔熱性。上釉板16與圖2所繪的類(lèi)似，包括一個(gè)浮法玻璃襯底24，具有兩層涂層在一個(gè)表面上。涂層的上層26是一個(gè)氧化鈦的光催化層，以及下層是一個(gè)二氧化硅層，它的作用是作為一個(gè)堿阻斷層。自清潔上釉板16的涂覆的表面30是這樣定位，當(dāng)雙層上釉單元14安裝到一個(gè)結(jié)構(gòu)中時(shí)，涂覆的表面可以處于外面。第二上釉板18包括一個(gè)深綠色的染色的浮法玻璃襯底32，具有一個(gè)光催化沉積熱反射涂層34在一個(gè)表面上。熱反射涂層包括一個(gè)硅-碳氧化物底層和一個(gè)氟摻雜氧化錫層(約300nm厚)。代替地，熱反射層可以包括一個(gè)濺射涂層，具有一個(gè)或多個(gè)薄銀層和抗反射層。
在使用中，輻射能(例如太陽(yáng)光)將前進(jìn)通過(guò)雙層上釉單元14以及被熱反射涂層34反射至自清潔上釉板16，從而提高它的溫度。第二上釉板18的深綠色玻璃襯底32也作用于提高自清潔上釉板16的溫度，這時(shí)借助吸收輻射能，再輻射的吸收能也可以被熱反射涂層34反射至自清潔上釉板16。
圖4示出一個(gè)窗戶(hù)40，包括一個(gè)自清潔上釉板42在一個(gè)結(jié)構(gòu)中。窗戶(hù)40安裝在一個(gè)框架元件44內(nèi)。固定到框架元件44和凸出至結(jié)構(gòu)的外部46的是傾斜的風(fēng)偏轉(zhuǎn)器48。風(fēng)轉(zhuǎn)器48是定位和成形為這樣，使風(fēng)W的分量偏轉(zhuǎn)，它的流動(dòng)基本上是平行于窗戶(hù)40的表面。這種偏轉(zhuǎn)的結(jié)果是窗戶(hù)40的對(duì)流冷卻減少，它導(dǎo)致對(duì)于窗戶(hù)而言，在一個(gè)給定的入射輻射能強(qiáng)度下較高的溫度升高。風(fēng)偏轉(zhuǎn)器的一個(gè)代替方案是擋板可以使用以減慢越過(guò)窗戶(hù)的風(fēng)或其它空氣流。
本發(fā)明借助下列的實(shí)例進(jìn)一步說(shuō)明，它們涉及自清潔上釉板，包括光催化活性涂層，沉積在玻璃襯底上。玻璃襯底具有一個(gè)基本成分，其元素在表1所示的大致范圍內(nèi)，其添加的染料在表2所示的大致范圍內(nèi)。通常染料是添加在基本成分的頂上，在此種情況下，成分是重新標(biāo)準(zhǔn)化的。數(shù)量是按重量百分比，少量的其它元素也可能存在。二價(jià)鐵(Fe2+)的數(shù)量以光學(xué)百分比的形式測(cè)量。玻璃襯底可以按玻璃技術(shù)中已知的方法制造以及透明的和染色的玻璃襯底(帶有與這里所述的玻璃襯底相同或相似的性能)可以作為常用商品采購(gòu)。
表1
表2
染色玻璃具有的氧化鐵數(shù)量(如Fe2O3的重量百分比)在0.4至0.9范圍內(nèi)，但也可以具有更寬闊的數(shù)量范圍(例如0.1至0.9)以及具有二價(jià)鐵數(shù)量在約20至30％光學(xué)的范圍內(nèi)。
對(duì)于厚度6mm的透明的和染色浮法玻璃試樣，它們具有表1和2所列的成分范圍，其可見(jiàn)光傳輸?shù)男阅?，傳輸顏?L*，a*，b*照射器D65)，直接太陽(yáng)光反射和直接太陽(yáng)光吸收列于下面表3?？梢?jiàn)光傳輸值，直接太陽(yáng)光反射和直接太陽(yáng)光吸收是按照ISO 9050計(jì)算的。太陽(yáng)光值是使用空氣物質(zhì)2計(jì)算的。
表3
玻璃的光學(xué)性能隨著玻璃試樣的厚度變化。淺綠色染色玻璃的直接太陽(yáng)光吸收作為厚度的一個(gè)函數(shù)列于表4。
表4
光催化活性涂層(按WO 00/75087沉積的)包括兩層涂層一個(gè)二氧化硅底層和一個(gè)氧化鈦光催化活性層(成銳鈦礦的形式)。二氧化硅底層的沉積可以借助引起含有硅烷，氧，乙烯和氮的一個(gè)氣體混合物(例如在一個(gè)流動(dòng)率為1∶2∶6∶0.13)接觸和在玻璃移動(dòng)的方向上平行于玻璃表面流動(dòng)，玻璃溫度約670℃。二氧化硅涂層的厚度，例如是在25至<p>下表給出了加載模塊DTD 1108的字段布局示例
加載模塊1100對(duì)DTD 1108的使用方式包括下面的例子
將數(shù)據(jù)區(qū)DTD4中的數(shù)據(jù)元素(該數(shù)據(jù)元素由DTD3中的名字來(lái)定義)數(shù)值增加DTD1中的數(shù)值
將數(shù)據(jù)區(qū)DTD4中的數(shù)據(jù)元素(該數(shù)據(jù)元素由DTD3中的名字來(lái)定義)數(shù)值設(shè)置為DTD3中的數(shù)值。
按照DTD3中的表格對(duì)來(lái)自DTD1內(nèi)事件的原子元素進(jìn)行計(jì)算，并將結(jié)果返回至DTD2中
按照DTD3中的公式對(duì)來(lái)自DTD1內(nèi)事件的原子元素進(jìn)行計(jì)算，并將結(jié)果返回至DTD2中
根據(jù)由DTD3引用的加載模塊創(chuàng)建模板創(chuàng)建加載模塊
使用DTD4中的內(nèi)容修改DTD3中的加載模塊表6
實(shí)例6至10實(shí)例6至10涉及雙層上釉板，其中兩個(gè)玻璃襯底中的每一個(gè)為6mm厚以及有一個(gè)12.7mm的空氣間隙在它們之間。在每個(gè)單元內(nèi)，自清潔上釉板是這樣取向的，使光催化活性涂層在外表面上(即向著輻射源)。第二上釉板是透明的。自清潔上釉板是不同染色的。自清潔上釉板的溫度對(duì)于ISO和ASHRAE的夏季條件列于表7。
表7
實(shí)施11至15實(shí)例11至15涉及的自清潔上釉板，具有與實(shí)例5相同的一個(gè)深綠色玻璃襯底，并且玻璃襯底具有一個(gè)改變的厚度(在6mm和1mm之間)。自清潔上釉板的溫度對(duì)于ISO和ASHRAE夏季條件以及直接太陽(yáng)光吸收(在涂覆側(cè)面測(cè)定的)一起列入表8。
表8
實(shí)例16至33在表9和10內(nèi)的實(shí)例16至33示出風(fēng)速對(duì)改變風(fēng)速的雙層上釉單元內(nèi)透明的襯底(實(shí)例16至24)或深綠色的玻璃襯底(實(shí)例17至33)上自清潔上釉板的溫度的影響。每個(gè)單元內(nèi)的第二上釉板是透明的6mm厚的玻璃，帶有12.7mm空氣間隙。使用于計(jì)算溫度的其它條件相當(dāng)于ISO或ASHRAE夏季條件。
表9
表10
權(quán)利要求
1.一種自清潔上釉板，包括一個(gè)襯底，一個(gè)親水性涂層，位于襯底的一個(gè)表面上，以及加熱器件，用于提高襯底的溫度。
2.按照權(quán)利要求1的自清潔上釉板，其特征在于，加熱器件含有被動(dòng)的加熱器件。
3.按照權(quán)利要求1或2的自清潔上釉板，其特征在于，加熱器件含有用于使用入射輻射能以提高襯底溫度的器件。
4.按照任一前述權(quán)利要求的自清潔上釉板，其特征在于，加熱器件含有一個(gè)熱反射涂層，位于上釉板的另一個(gè)表面上。
5.按照任一前述權(quán)利要求的自清潔上釉板，其特征在于，加熱器件含有一個(gè)熱吸收涂層，位于板的一個(gè)表面上。
6.按照任一前述權(quán)利要求的自清潔上釉板，其特征在于，襯底是一個(gè)染色的玻璃。
7.按照任一前述權(quán)利要求的自清潔上釉板，其特征在于，襯底具有一個(gè)直接的太陽(yáng)熱吸收率為0.15或更大。
8.按照任一前述權(quán)利要求的自清潔上釉板，其特征在于，親水性涂層含有一個(gè)光催化活性涂層。
9.一種自清潔上釉板，包括一個(gè)染色襯底，該襯底的一個(gè)表面上具有光催化活性涂層。
10.一種多層上釉單元，包括一個(gè)按照任一前述權(quán)利要求的自清潔上釉板，以及一個(gè)第二上釉板，位于與自清潔上釉板相反的取向上。
11.一種多層的上釉單元，包括一個(gè)自清潔上釉板，一個(gè)第二上釉板，位于與自清潔上釉板相反的取向上，以及加熱器件，用于提高自清潔上釉板的溫度。
12.按照權(quán)利要求11的多層上釉單元，其特征在于，加熱器件含有一個(gè)熱反射涂層在第二上釉板的一個(gè)表面上。
13.一種疊層，包括一個(gè)第一鋪層的自清潔上釉板，一個(gè)第二玻璃鋪層和一個(gè)塑料中間層以及加熱器件用于提高疊層的溫度。
14.一種窗戶(hù)，包括一個(gè)按照任一前述權(quán)利要求的自清潔上釉板，一個(gè)按照權(quán)利要求11或12的多層上釉單元，或者一個(gè)按照權(quán)利要求13的疊層。
15.一種窗戶(hù)，包括一個(gè)自清潔上釉板，窗戶(hù)，附設(shè)有空氣流動(dòng)減少器件，排列為減少越過(guò)窗戶(hù)的空氣流動(dòng)。
16.按照權(quán)利要求15的窗戶(hù)，其特征在于，空氣流動(dòng)減少器件包括至少一個(gè)擋板。
17.按照權(quán)利要求15或16的窗戶(hù)，其特征在于，空氣流動(dòng)減少器件包括至少一個(gè)風(fēng)偏轉(zhuǎn)器。
18.一種門(mén)戶(hù)，包括一組按照權(quán)利要求1至9的自清潔上釉板，一組按照權(quán)利要求11或12的上釉單元，或一組按照權(quán)利要求13的疊層。
19.一種自清潔上釉板，基本上如同參見(jiàn)圖2在此以前所述的。
20.多層上釉單元，基本上如同參見(jiàn)圖3在此以前所述的。
全文摘要
一種自清潔上釉板，最好是玻璃的，包括一個(gè)襯底，一個(gè)親水性涂層在襯底的一個(gè)表面上，以及加熱器件用于提高自清潔上釉板的溫度超過(guò)沒(méi)有加熱器件的自清潔上釉板的溫度。最好，親水性涂層是光催化活性的，更希望是氧化鈦的。優(yōu)選的加熱器件包括一個(gè)染色玻璃襯底，它能夠使用入射的輻射能，以提高襯底的溫度。多層上釉單元和疊層，包括一個(gè)自清潔上釉板和加熱器件也已經(jīng)公開(kāi)。
文檔編號(hào)C03C17/36GK1602285SQ02824531
公開(kāi)日2005年3月30日 申請(qǐng)日期2002年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月8日
發(fā)明者凱文·D·桑德森, 詹姆斯·A·諾爾斯 申請(qǐng)人:皮爾金頓公共有限公司