专利名称：自清洁上釉板的制作方法
技术领域：
本发明涉及自清洁上釉板，涉及含有自清洁上釉板的多层上釉单元或叠层件，以及含有自清洁上釉板的窗和门。
自清洁上釉板具有一个亲水性表面。与亲水性表面接触的雨水或其它水将扩散越过此表面并清洗掉它的脏垢。用自清洁上釉板装窗户是有利的，因为它比普通的窗户需要较少的清洗。自清洁上釉板可以是塑料板，但更经常的是玻璃板。自清洁上釉板通常设置一个亲水性涂层在上釉板上。此涂层可以是，例如氧化硅或金属氧化物。
一种特别有用的自清洁上釉板是这样的一种，其亲水性涂层是光催化活性的。当一个半导体被一个特定频率的光线照射时，光催化活性在一个空穴-电子对的半导体内由于发光而产生。空穴-电子对能够在太阳光下产生和能够在湿空气内反应，以形成羟基和过氧基在半导体的表面上。羟基和过氧基氧化表面上的尘垢。光催化活性涂层在被照射时倾向于破坏表面上的有机尘垢。它们还倾向于保持它们的亲水性性能，因为表面的活性清洁是照射的一个结果。光催化活性涂层可以含有一个半导体，带有一个适当的带隙，例如，氧化钛。
在玻璃上的氧化钛光催化涂层公开于下列文献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亲水性本性在比现在达到的更高的水平，从而能提高自清洁性能的效率。对于一个光催化活性涂层。这样能够带来表面的光催化活性的增加。
本发明因此在第一方面提供一个自清洁上釉板，包括一个衬底，一个亲水性涂层在衬底的一个表面上，以及加热器件用于提高自清洁上釉板的温度。
亲水性涂层最好是一个光催化活性涂层。
意外的是，提高衬底的温度导致涂层的活性的增加，它又导致涂层的自清洁性能的改善。
加热器件可以包括一个有动力的加热器，例如一个电加热器。适当的加热器件可以包括在自清洁上釉板的表面上的导电涂层，或细金属丝作为加热元件附着在自清洁上釉板上。
然而，加热器件最好是含有被动的加热器件，更希望是使用入射辐射能(例如太阳光)的器件，以提高衬底的温度至超过没有加热器件的衬底的温度。这样做的优点是，显然不需要一个单独的供电，以及在价格和环境保护方面也是有效率的。加热器件可以包括一个热反射涂层在衬底的另一个表面上，或者一个热吸收涂层在衬底的一个表面上，但更希望的是加热器件包括一个染色的衬底，尤其是一个染色的玻璃衬底。因此，在一个优选的实施例中，本发明的一个方面提供一个自清洁上釉板，包括一个染色的玻璃底衬，包括一个亲水性涂层在衬底的一个表面上。亲水性涂层通常具有静力水接触角为40°或更低，最好为25°或更低。亲水性涂层最好是一个光催化活性涂层，它的衬底具有一个直接太阳热吸收率为0.15或更大。然而，更希望，衬底具有一个直接太阳热吸收率为0.2或更大，0.25或更大，0.35或更大，或者0.4或更大。衬底可以是一个塑料衬底(例如聚碳酸酯)但是最好是一个玻璃衬底，尤其是一个浮法玻璃衬底。染色玻璃衬底可以借助在基体玻璃组分内添加染料而制成。这些染料包括氧化铁，它可以加入到基本玻璃组分中按0.1至0.9重量百分比，最好按0.4至0.9重量百分比(Fe2O3)。
自清洁上釉板可以使用于多层上釉单元，包括自清洁上釉板在与第二上釉板相反的取向上。在此种情况下，多层上釉单元可以自身具有加热器件。加热器件例如可以具有涉及本发明的第一方面上面所述的加热器件，或者补充地或代替地，多层上釉单元内的第二上釉板可以具有加热器件，例如，一个热反射涂层。因此，在第二方面，本发明提供一个多层上釉单元，包括一个自清洁上釉板，一个第二上釉板在与自清洁上釉板相反的取向上，以及加热器件用于提高自清洁上釉板的温度超过没有加热器件的一个自清洁上釉板的温度。最好，在此方面的加热器件具有一个热反射涂层在第二上釉板的一个表面上。
自清洁上釉板也可以合并为叠层(尤其是叠层的玻璃)。因此，在第三方面本发明提供一个叠层，包括一个第一铺层的自清洁上釉板，一个第二玻璃铺层，一个塑料中间层，例如，聚乙烯醇缩丁醛(PVB)以及具有加热器件用于提高叠层的温度。
以上所述的自清洁上釉板，多层上釉单元以及叠层可以合并入建筑用窗户或车辆。以上所述的自清洁上釉板，多层上釉单元以及叠层也可以合并入建筑用门户。
在第四方面，本发明提供一个窗户，包括一个自清洁上釉板。窗户附设有空气流动减少器件，排列为减少越过窗户的空气流动。这样做的优点是由于空气流动减少器件减少越过窗户的空气流动，以及因此减少窗户的对流冷却(保持一个较高的温度以及因此自清洁上釉板的较高的活性)。空气流动减少器件包括至少一个挡板或至少一个偏流器。
借助实例，本发明的实施例将参见附图来说明，其中
图1是在玻璃上的一个氧化钛的光催化活性涂层的反应率与温度关系的一个曲线图；图2是按照本发明的一个自清洁上釉板的示意的剖面图(以及不是按比例的)；图3是一个多层上釉单元的示意的剖面图(以及不是按比例的)，包括一个自清洁上釉板；图4是一个窗户的示意的剖面图(以及不是按比例的)包括一个自清洁上釉单元，在具有风偏流器的一个结构中。
图1的数据是使用一个透明的浮法玻璃衬底获得的，它附设一个涂层，具有一个二氧化硅的碱阻断底层，以及一个氧化钛的光催化活性涂层沉积在二氧化硅层上。二氧化硅和氧化钛层是在浮法玻璃的生产过程中通过化学气相沉积在玻璃的表面上；二氧化硅涂层来自一个原始的气体混合物，含有硅烷，乙烯和氧，氧化钛层来自一个原始的气体混合物，含有氯化钛和乙酸乙酯(一般地说明于WO 00/75087)。
为了测量涂覆的玻璃的光催化活性，在光催化活性表面上沉积硬脂酸薄膜，其方法是取一份1×10-2mol dm-3的标准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。然后它在一台旋转涂覆机上(Electronic Microsystems Ltd spin coater)以1000rpm旋转2min，以及随后放置在空气流中约30min，以保证甲醇完全清除。薄膜的光催化活性的测量是借助在2700cm-1和3000cm-1之间测量硬脂酸的C-H红外展宽振动的特征的综合吸收率，作为辐射时间的一个函数，测量使用的红外摄谱仪为Perkin Elmer 1725 Fourier Transform Infrared Spectrometer(FTIR)。根据具有一个已知的每克分子面积的类似物(比如花生酸(CH3-(CH2)18CO2H))的综合吸收率的文献值给出对于测量的每吸收率cm-1单位的一个值为3.17×1015硬脂酸克分子cm-2(讨论见Y.Paz，Z，Luo，L.Razenberg，A.Heller，J.Mater Res.，1995，10，2842)。硬脂酸的浓度根据此基础计算。辐射是使用一个光化学反应器进行，包括一个半圆筒辐射单元，具有六个8w黑光灯泡(Coast-Air；辐射λ(max)＝355-360nm；长度28.7cm)装置为对着一个半圆筒铝反射器。为了测定温度的作用，涂覆的玻璃样品安装在一个恒温室内以及温度的改变在14和53℃(287和327K)之间。图1示出硬脂酸光氧化的速率作为温度的一个函数。从这些结果可以清晰地看出，提高温度就会增加反应速率。
图2示出一个自清洁上釉板2，包括一个深绿色的染色的浮法玻璃衬底4，具有两层涂层6在一个表面上。浮法玻璃衬底4具有一个基本成分为氧化钙-二氧化硅玻璃，带有0.9重量百分比的氧化铁作为染色剂，如以下表1和2所列。涂层6的上层8是一个氧化钛光催化活性层。涂层6的下层10是一个二氧化硅层，它的作用是作为一个碱阻断层，以减少或防止碱金属离子移动进入涂层6的上层8，它可能减少光催化活性。当上釉板2暴露在辐射能时(例如太阳光)，染色的浮法玻璃衬底4吸收此能量的一部分，以及上釉板2的温度升高。温度的升高具有的作用是改善上釉板的涂覆表12的自清洁性能，这是因为光催化活性层8的光催化活性增加的缘故。温度的升高还可以使表面更具亲水性。
图3示出一个双层上釉单元14，包括一个自清洁上釉板16和一个第二上釉板18安装在它的相反的取向上。自清洁上釉板16和第二上釉板18被一个隔片20分离开，留下一个空气间隙22以改进单元的隔热性。上釉板16与图2所绘的类似，包括一个浮法玻璃衬底24，具有两层涂层在一个表面上。涂层的上层26是一个氧化钛的光催化层，以及下层是一个二氧化硅层，它的作用是作为一个碱阻断层。自清洁上釉板16的涂覆的表面30是这样定位，当双层上釉单元14安装到一个结构中时，涂覆的表面可以处于外面。第二上釉板18包括一个深绿色的染色的浮法玻璃衬底32，具有一个光催化沉积热反射涂层34在一个表面上。热反射涂层包括一个硅-碳氧化物底层和一个氟掺杂氧化锡层(约300nm厚)。代替地，热反射层可以包括一个溅射涂层，具有一个或多个薄银层和抗反射层。
在使用中，辐射能(例如太阳光)将前进通过双层上釉单元14以及被热反射涂层34反射至自清洁上釉板16，从而提高它的温度。第二上釉板18的深绿色玻璃衬底32也作用于提高自清洁上釉板16的温度，这时借助吸收辐射能，再辐射的吸收能也可以被热反射涂层34反射至自清洁上釉板16。
图4示出一个窗户40，包括一个自清洁上釉板42在一个结构中。窗户40安装在一个框架元件44内。固定到框架元件44和凸出至结构的外部46的是倾斜的风偏转器48。风转器48是定位和成形为这样，使风W的分量偏转，它的流动基本上是平行于窗户40的表面。这种偏转的结果是窗户40的对流冷却减少，它导致对于窗户而言，在一个给定的入射辐射能强度下较高的温度升高。风偏转器的一个代替方案是挡板可以使用以减慢越过窗户的风或其它空气流。
本发明借助下列的实例进一步说明，它们涉及自清洁上釉板，包括光催化活性涂层，沉积在玻璃衬底上。玻璃衬底具有一个基本成分，其元素在表1所示的大致范围内，其添加的染料在表2所示的大致范围内。通常染料是添加在基本成分的顶上，在此种情况下，成分是重新标准化的。数量是按重量百分比，少量的其它元素也可能存在。二价铁(Fe2+)的数量以光学百分比的形式测量。玻璃衬底可以按玻璃技术中已知的方法制造以及透明的和染色的玻璃衬底(带有与这里所述的玻璃衬底相同或相似的性能)可以作为常用商品采购。
表1
表2
染色玻璃具有的氧化铁数量(如Fe2O3的重量百分比)在0.4至0.9范围内，但也可以具有更宽阔的数量范围(例如0.1至0.9)以及具有二价铁数量在约20至30％光学的范围内。
对于厚度6mm的透明的和染色浮法玻璃试样，它们具有表1和2所列的成分范围，其可见光传输的性能，传输颜色(L*，a*，b*照射器D65)，直接太阳光反射和直接太阳光吸收列于下面表3。可见光传输值，直接太阳光反射和直接太阳光吸收是按照ISO 9050计算的。太阳光值是使用空气物质2计算的。
表3
玻璃的光学性能随着玻璃试样的厚度变化。浅绿色染色玻璃的直接太阳光吸收作为厚度的一个函数列于表4。
表4
光催化活性涂层(按WO 00/75087沉积的)包括两层涂层一个二氧化硅底层和一个氧化钛光催化活性层(成锐钛矿的形式)。二氧化硅底层的沉积可以借助引起含有硅烷，氧，乙烯和氮的一个气体混合物(例如在一个流动率为1∶2∶6∶0.13)接触和在玻璃移动的方向上平行于玻璃表面流动，玻璃温度约670℃。二氧化硅涂层的厚度，例如是在25至<p>下表给出了加载模块DTD 1108的字段布局示例
加载模块1100对DTD 1108的使用方式包括下面的例子
将数据区DTD4中的数据元素(该数据元素由DTD3中的名字来定义)数值增加DTD1中的数值
将数据区DTD4中的数据元素(该数据元素由DTD3中的名字来定义)数值设置为DTD3中的数值。
按照DTD3中的表格对来自DTD1内事件的原子元素进行计算，并将结果返回至DTD2中
按照DTD3中的公式对来自DTD1内事件的原子元素进行计算，并将结果返回至DTD2中
根据由DTD3引用的加载模块创建模板创建加载模块
使用DTD4中的内容修改DTD3中的加载模块表6
实例6至10实例6至10涉及双层上釉板，其中两个玻璃衬底中的每一个为6mm厚以及有一个12.7mm的空气间隙在它们之间。在每个单元内，自清洁上釉板是这样取向的，使光催化活性涂层在外表面上(即向着辐射源)。第二上釉板是透明的。自清洁上釉板是不同染色的。自清洁上釉板的温度对于ISO和ASHRAE的夏季条件列于表7。
表7
实施11至15实例11至15涉及的自清洁上釉板，具有与实例5相同的一个深绿色玻璃衬底，并且玻璃衬底具有一个改变的厚度(在6mm和1mm之间)。自清洁上釉板的温度对于ISO和ASHRAE夏季条件以及直接太阳光吸收(在涂覆侧面测定的)一起列入表8。
表8
实例16至33在表9和10内的实例16至33示出风速对改变风速的双层上釉单元内透明的衬底(实例16至24)或深绿色的玻璃衬底(实例17至33)上自清洁上釉板的温度的影响。每个单元内的第二上釉板是透明的6mm厚的玻璃，带有12.7mm空气间隙。使用于计算温度的其它条件相当于ISO或ASHRAE夏季条件。
表9
表10
权利要求
1.一种自清洁上釉板，包括一个衬底，一个亲水性涂层，位于衬底的一个表面上，以及加热器件，用于提高衬底的温度。
2.按照权利要求1的自清洁上釉板，其特征在于，加热器件含有被动的加热器件。
3.按照权利要求1或2的自清洁上釉板，其特征在于，加热器件含有用于使用入射辐射能以提高衬底温度的器件。
4.按照任一前述权利要求的自清洁上釉板，其特征在于，加热器件含有一个热反射涂层，位于上釉板的另一个表面上。
5.按照任一前述权利要求的自清洁上釉板，其特征在于，加热器件含有一个热吸收涂层，位于板的一个表面上。
6.按照任一前述权利要求的自清洁上釉板，其特征在于，衬底是一个染色的玻璃。
7.按照任一前述权利要求的自清洁上釉板，其特征在于，衬底具有一个直接的太阳热吸收率为0.15或更大。
8.按照任一前述权利要求的自清洁上釉板，其特征在于，亲水性涂层含有一个光催化活性涂层。
9.一种自清洁上釉板，包括一个染色衬底，该衬底的一个表面上具有光催化活性涂层。
10.一种多层上釉单元，包括一个按照任一前述权利要求的自清洁上釉板，以及一个第二上釉板，位于与自清洁上釉板相反的取向上。
11.一种多层的上釉单元，包括一个自清洁上釉板，一个第二上釉板，位于与自清洁上釉板相反的取向上，以及加热器件，用于提高自清洁上釉板的温度。
12.按照权利要求11的多层上釉单元，其特征在于，加热器件含有一个热反射涂层在第二上釉板的一个表面上。
13.一种叠层，包括一个第一铺层的自清洁上釉板，一个第二玻璃铺层和一个塑料中间层以及加热器件用于提高叠层的温度。
14.一种窗户，包括一个按照任一前述权利要求的自清洁上釉板，一个按照权利要求11或12的多层上釉单元，或者一个按照权利要求13的叠层。
15.一种窗户，包括一个自清洁上釉板，窗户，附设有空气流动减少器件，排列为减少越过窗户的空气流动。
16.按照权利要求15的窗户，其特征在于，空气流动减少器件包括至少一个挡板。
17.按照权利要求15或16的窗户，其特征在于，空气流动减少器件包括至少一个风偏转器。
18.一种门户，包括一组按照权利要求1至9的自清洁上釉板，一组按照权利要求11或12的上釉单元，或一组按照权利要求13的叠层。
19.一种自清洁上釉板，基本上如同参见图2在此以前所述的。
20.多层上釉单元，基本上如同参见图3在此以前所述的。
全文摘要
一种自清洁上釉板，最好是玻璃的，包括一个衬底，一个亲水性涂层在衬底的一个表面上，以及加热器件用于提高自清洁上釉板的温度超过没有加热器件的自清洁上釉板的温度。最好，亲水性涂层是光催化活性的，更希望是氧化钛的。优选的加热器件包括一个染色玻璃衬底，它能够使用入射的辐射能，以提高衬底的温度。多层上釉单元和叠层，包括一个自清洁上釉板和加热器件也已经公开。
文档编号C03C17/36GK1602285SQ02824531
公开日2005年3月30日 申请日期2002年12月4日 优先权日2001年12月8日
发明者凯文·D·桑德森, 詹姆斯·A·诺尔斯 申请人:皮尔金顿公共有限公司