Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Самоочищающееся стекло - это особый тип стекла, поверхность которого защищена от грязи и сажи.

Самоочищающиеся покрытия на стекле делятся на две категории: гидрофобные и гидрофильные . Эти два типа покрытий очищаются под действием воды, первое - скатыванием капель, а второе - водяным слоем, уносящим грязь. Однако гидрофильные покрытия на основе диоксида титана (диоксида титана) обладают дополнительным свойством: они могут химически разрушать поглощенную грязь на солнце.

Требования к самоочищающейся гидрофобной поверхности: очень высокий статический угол контакта с водой θ, часто указываемое условие θ> 160 °, и очень низкий угол скатывания, то есть минимальный угол наклона, необходимый для скатывания капли. поверхность. [1]

Самоочищающиеся поверхности [ править ]

Известно несколько методов создания рисунка на гидрофобных поверхностях с помощью формованных полимеров и восков, с помощью физических методов обработки, таких как ионное травление и сжатие полимерных шариков, а также с помощью химических методов, таких как плазмохимическое придание шероховатости, что может привести к получению сверхвысокой -гидрофобные покрытия. [2]Хотя эти поверхности являются эффективными самоочищающимися средствами, они страдают рядом недостатков, которые до сих пор препятствовали их широкому применению. Периодическая обработка гидрофобного материала - дорогостоящая и трудоемкая технология, а получаемые покрытия обычно мутные, что исключает возможность нанесения на линзы и окна, а также на хрупкие материалы. Второй класс самоочищающихся поверхностей - это гидрофильные поверхности, которые не полагаются только на поток воды для смывания грязи. Эти покрытия химически разрушают грязь под воздействием света - процесс, известный как фотокатализ.. Несмотря на коммерциализацию гидрофильных самоочищающихся покрытий в ряде продуктов, эта область далека от зрелости; Исследования фундаментальных механизмов самоочищения и характеристики новых покрытий регулярно публикуются в первичной литературе.

Открытие самоочищающегося поведения [ править ]

Первое самоочищающееся стекло было основано на тонкопленочном покрытии диоксидом титана . [3] Пленка может быть нанесена методом центрифугирования хелатированного органо-титанатного предшественника (например, изотетрапропоксида титана, хелатированного ацетилацетоном) с последующей термообработкой при повышенных температурах для сжигания органических остатков и образования фазы анатаза. В этом случае натрий может диффундировать из стекла в образующийся диоксид титана, вызывая ухудшение гидрофильного / каталитического эффекта [4], если не будут приняты превентивные меры. Стекло очищается в два этапа. На « фотокаталитической » стадии процесса органическая грязь на стекле разрушается с помощью ультрафиолета и превращается в стекло.супергидрофильный (обычно стекло гидрофобно ). На следующем «супергидрофильном» этапе дождь смывает грязь, почти не оставляя разводов, потому что вода равномерно распространяется по супергидрофильным поверхностям. [5]

Первый коммерческий продукт [ править ]

В 2001 году Pilkington Glass объявила о разработке первых самоочищающихся окон Pilkington Activ ™, а в последующие месяцы несколько других крупных компаний по производству стекла выпустили аналогичные продукты. В результате, остекление, пожалуй, на сегодняшний день является крупнейшим коммерческим применением самоочищающихся покрытий. Все эти окна покрыты тонким прозрачным слоем диоксида титана . Это покрытие действует для очистки окна в два этапа, используя два различных свойства: фотокатализ и гидрофильность.. На солнечном свете фотокатализ заставляет покрытие химически разрушать органическую грязь, адсорбированную на окне. Когда стекло намокает дождем или другой водой, гидрофильность снижает углы контакта до очень низких значений, в результате чего вода образует тонкий слой, а не капли, и этот слой смывает грязь.

Использование диоксида титана в самоочищающихся устройствах [ править ]

Диоксид титана стал предпочтительным материалом для самоочищающихся окон и гидрофильных самоочищающихся поверхностей в целом из-за его благоприятных физических и химических свойств. [ необходима цитата ] Диоксид титана не только очень эффективен при фотокатализации грязи на солнечном свете и достижении супергидрофильного состояния, он также нетоксичен, химически инертен в отсутствие света, недорог, относительно прост в обращении и осаждении в тонкие пленки, а также является известная бытовая химия, которая используется в качестве пигмента в косметике и красках, а также в качестве пищевой добавки. [6]

Механизм [ править ]

Метастабильное анатаза фазы , как правило , считается наиболее фотокаталитический среди полиморфных структур титана, возможно, в результате , как правило , более высокой удельной поверхностью. [7] Кроме того, ультрафиолетовое облучение создает поверхностные кислородные вакансии в местах перемычки, что приводит к превращению соответствующих сайтов Ti 4+ в сайты Ti 3+, которые благоприятны для диссоциативной адсорбции воды. [8]Эти дефекты предположительно влияют на сродство к хемосорбированной воде окружающих их участков, образуя гидрофильные домены, тогда как остальная поверхность остается олеофильной. Гидрофильные домены - это области, где адсорбируется диссоциативная вода, связанная с кислородными вакансиями, которые преимущественно фотогенерируются вдоль направления [001] плоскости (110); в том же направлении, в котором выравниваются сайты кислородных мостиков. [9]

Другие приложения [ править ]

Предполагается, что другими возможными областями применения являются компьютерные мониторы и экраны КПК , где отпечатки пальцев нежелательны. [10]

Стекло на основе диоксида титана не может разлагать толстые непрозрачные отложения, такие как краска или силикон , водостойкие отпечатки пальцев или кровотечение после атмосферных воздействий, а также пыль от штукатурки, образующаяся во время строительства. [11]

С 2001 года комитет TC24 «Покрытия на стекле» Международная комиссия по стеклу пытается разработать методы испытаний для оценки фотокаталитических самоочищающихся покрытий на стекле. [12]

Бренды [ править ]

  • Бренд Pilkington Activ от Pilkington заявлен компанией как первое самоочищающееся стекло. Pilkington Activ ™ состоит из слоя нанокристаллического диоксида титана анатаза толщиной 20–30 нм, нанесенного методом химического осаждения из паровой фазы при атмосферном давлении на натриево-кальциево-силикатное флоат-стекло. [13] В результате получается продукт с чрезвычайно благоприятными свойствами пропускания и отражения видимого света; Activ ™ имеет коэффициент отражения в видимой области около 7% и видимую дымку менее 1%, но поглощает 20% падающего солнечного УФ-излучения, которое используется в процессе самоочистки. Покрытие также является прочным и не может быть повреждено скотчем или умеренным механическим истиранием; Пилкингтон утверждает, что покрытие прослужит весь срок службы оконной рамы.
  • Бренд SunClean от PPG Industries также использует покрытие из диоксида титана, нанесенное по запатентованному процессу. [14]
  • Neat Glass от Cardinal Glass Industries имеет слой диоксида титана толщиной менее 10 нм, нанесенный магнетронным распылением [11]
  • SGG Aquaclean (1-е поколение, только гидрофильные, 2002 [15] ) и Bioclean (2-е поколение, фотоактивные и гидрофильные, 2003 [16] ) от Saint-Gobain . [17] Покрытие Bioclean наносится методом химического осаждения из паровой фазы.
  • REIBORG HIKARI от Nippon Sheet Glass . [18]

См. Также [ править ]

  • Пленки ETFE , прозрачные полимерные пленки, описываемые как самоочищающиеся

Ссылки [ править ]

  1. ^ Мармур, А. Ленгмюра 20, 3517-3519 (2004).
  2. ^ Роуч П., Shirtcliffe, NJ & Newton, MI Soft Matter 4, 224-240, (2008).
  3. ^ Ю. Paz, З. Л, Л. Rabenberg и А Геллер, «Фото-окислительного самоочистки Прозрачного Диоксид титана пленка на стекле», J. Mater. Res., 10, 2842–2848 (1995).
  4. ↑ Y. Paz и A. Heller, "Фотоокислительные самоочищающиеся прозрачные пленки диоксида титана на известковом стекле: пагубный эффект загрязнения натрием и его предотвращение", J. Mater. Res., 12, 2759–2766 (1997).
  5. ↑ BBC News , 8 июня 2004 г.
  6. ^ http://www.mchnanosolutions.com/references/titaniumdioxide.pdf
  7. ^ Искусство трансформации анатаза в рутил, J.Mat.Sci.2011
  8. ^ Assadi, УМО (2016). «Влияние легирования медью на фотокаталитическую активность на плоскостях (101) анатаза TiO 2: теоретическое исследование» . Прикладная наука о поверхности . 387 : 682–689. arXiv : 1811.09157 . Bibcode : 2016ApSS..387..682A . DOI : 10.1016 / j.apsusc.2016.06.178 . S2CID  99834042 .
  9. ^ Ван, Р. и др. «Светоиндуцированные амфифильные поверхности». Nature 388, 431–432 (1997).
  10. ^ "Самоочищающееся стекло" , Engadget , 4 июня 2004 г.
  11. ^ a b Neat Glass Архивировано 6 октября 2008 г. в Wayback Machine , Бюллетень технического обслуживания Cardinal CG № CG05-06 / 06.
  12. ^ "TC24 отчеты" .
  13. ^ "Самоочищающееся стекло Pilkington Activ ™" . www.pilkingtonselfcleaningglass.co.uk .
  14. ^ "Информация о стекле SunClean" .
  15. ^ "Saint Gobain запускает самоочищающееся стекло"
  16. ^ "Saint-Gobain Glass запускает самоочищающееся стекло 2-го поколения" .
  17. ^ "Самоочищающееся стекло - Saint-Gobain Glass UK" . www.selfcleaningglass.com . Проверено 16 июля 2017 .
  18. ^ Hyoumenkagaku Vol. 26, No. 11, pp. 700–703, 2005, Т. Анзаки , фильм, Архивировано 22 июля 2011 г.в Wayback Machine