玻璃幕墻是一種美觀新穎的建筑墻體裝飾方法，能充分體現建筑師的想象力，展示建筑物的現代風格，發揮玻璃本身的特性，使建筑物顯得別具一格。


　　然而在大量使用的玻璃幕墻中存在著耐污性差的問題。尤其在大氣含塵量較多、空氣污染嚴重、干旱少雨的北方地區，玻璃幕墻極易蒙塵納垢，出現色澤不均勻，波紋各異，使得光反射不可控，導致光環境雜亂，破壞城市景觀。


　　由于玻璃幕墻上所粘附的污垢種類不同，結合力和結合方式不同，在幕墻上的沉積時間不同，所以清洗起來有很大不同，也就對幕墻清洗劑提出一系列技術要求。玻璃幕墻清洗 的難度大，而且大量使用有機溶劑，清洗后易對周圍環境造成污染，清洗廢液的排放也是難題。因此，開發具有自清潔功能的涂層玻璃成為當前研究的重點。


　　國內自潔玻璃研究現狀

　　納米技術賦予建筑玻璃自潔功能的研究方興未艾，我國國內主要集中在納米光觸媒自潔玻璃。它的自潔原理為：光觸媒自潔玻璃膜中含有一種具有光催化活性的納米材料（TiO2），它能吸收一定波長的光，產生自由電子和空穴，使膜表面吸咐的污染物發生氧化還原分解而除去并殺死表面微菌，達到自潔的目的。已有研究表明可以將空氣中有機物和氨化物等有害污染分子除去。這種涂層的基本功能是：（1）超親水功能。應用這個功能玻璃可以將水完全均勻地在玻璃表面鋪展開來，同時浸潤玻璃和污 染物，最終通過水的重力將附著在玻璃上的污染物帶走，而且也可以起到一定的防霧作用。（2）光催化功能。在紫外線的照射下，光觸媒對有機物會有分解作用，對于無機物不產生任何作用。


　　現有的自潔玻璃大都采用TiO2涂層，而TiO2禁帶寬度為3.2eV，激發光的波長要在385nm以下，僅采用紫 外線才能起光催化作用，而太陽輻射能量中紫外線只占4%-6%。因此，在自然條件下，光觸媒自潔的功效難以發揮。特別是在陰雨多云天和面北的玻璃幕墻都難以發生光催化反應。


　　此外，銳鈦礦型TiO2的不同晶面光催化能力不同，001面的催化效果還不及110面的一半，要控制高催化能力晶面的朝向也是棘手的問題。


　　光觸媒自潔玻璃存在的另一問題是膜層的耐久性問題。Pilkington公司介紹自潔玻璃使用壽命為10年，國內自潔玻璃研究報告還未涉及此問題。自潔玻璃的壽命長短可從兩方面來考慮，一方面是玻璃表面涂覆半導體膜材料會在光催化反應中被降解；另一方面是半導體膜在長期反復受紫外線照射下光催化功能的衰減，這些問題都限制了光觸媒在自然條件下戶外應用的可行性。


　　專用納米自清潔涂層問世

　　最近中國科學院過程分析所的納米粉體大規模制備與應用創新課題組研制出了一種玻璃幕墻專用納米自清潔涂層。該課題組從1995年就開始進行有機-無機雜化膜的研究，在國內第一次將無機納米粒子引入有機-無機雜化膜的研究，在國內第一次將無機納米粒子引入有機-無機雜化膜來提高基材各項性能的實驗室，經過多年的研究和探索，成功研制出多種納米復合涂層。由于該涂層制備過程中，應用了多種納米材料和納米技術，從而大大提高了涂層的耐洗刷性、附著力、光潔度、抗老化性、表面硬度以及防粘污、自潔、抗菌、防霉等環境凈化性能。


　　針對目前玻璃幕墻在使用過程中存在的不足以及市場需求，該技術主要通過在特種涂層體系中引入特殊納米粒子及其他功能單元來賦予涂層耐污自潔功能。


　　納米涂層體系在不影響玻璃透過率的情況下，隔絕了玻璃與外界的接觸，使得灰塵等污 垢 難以通過庫侖力與玻璃結合。涂層體系本身與玻璃表面形成共價鍵牢固結合，耐久性優異。同時，涂層特有的疏水性能使得含有機物、無機鹽以及夾帶污垢 的雨水不會在玻璃上留下水紋，具有荷葉效應。涂層對靜電具有緩沖和導除能力，杜絕了灰塵的靜電吸附，這樣大大提高了玻璃幕墻的防污自清潔性能。


　　在常壓室溫下，采取噴涂工藝對玻璃進行在線敷膜，設備費用低，易操作。具體有三種加工方式：烘烤（溫度在15oC左右）、反復擦拭噴涂表面、毛刷打磨噴涂面。


　　相關性能檢測

　　接觸角。實際當中，玻璃表面與水的接觸角變化很大。通過接觸角測試儀測量，涂膜前后接觸角由20o增加到110o，疏水性良好。接觸到玻璃夾帶污物的水滴、油滴迅速滑落而不附著其上形成水紋，具有良好的自潔性能。


　　透射系數。涂敷納米涂層的玻璃樣板委托國家化工建筑材料測試中心按國家標準（GB/T18915.1-18915.2-2002）進行透射系數測試。實驗表明，涂敷前后透射系數分別為77.12、79.36，透射系數沒有下降，涂層不影響玻璃的光透過率。


　　抗老化性。涂敷納米涂層的玻璃樣板委托國家化工建筑材料測試中心根據國家標準（GB/T16422.2-1999）進行人工加速老化測試。測試條件為l輻照強度0.5W/m2，黑板溫度65oc+_3oC，相對溫度（50+_5）%，噴水周期為每次噴水時間18min,兩次噴水之間的無水時間為120min，經過2000h涂層表面無破損等現象。總色差E為1.03,變色零級，涂層抗老化性能優越。


　　涂層厚度。利用日本電子JSM-5700場發射電子顯微鏡對玻璃涂層表面形相貌和厚度進行測試，涂層厚度約為2um,玻璃表面平整、光潔。


　　附著力按照GB/T9286-1998來考察涂層附著力即結合強度，采用20o單刃刀具間隔2mm對涂層進行劃格，與標準中試驗結果分級圖比較，十字交叉切割區無任何脫落，說明涂層與玻璃結合牢固。


　　耐酸性。配制5%的鹽酸溶液（pH值=1.5），將涂敷納米涂層的玻璃樣板浸入其中，24小時取出，薄膜疏水角不變，表面無變色、無裂痕、無起泡、無粉化等現象。涂層具有抵御酸雨侵蝕的能力。


　　玻璃幕墻在實際使用過程中容易污染，將納米技術用于對玻璃涂層進行升級改造，制備出具有自清潔功能的涂層是解決幕墻玻璃易污 染問題的可行途徑。無論是何種納米技術生產的納米材料，只有各種耐久性能優異，便于規模化加工的納米材料才能應用到真正的生產中去。玻璃幕墻專用納米自清潔涂層實際的大規模生產以及應用的實例還不多，還需要在生產和應用中不斷探索和改進。

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