一种节能健康玻璃及其制备方法与流程

本发明涉及玻璃制品，具体涉及一种节能健康玻璃及其制备方法。

背景技术：

1、玻璃是一种非晶无机非金属材料，一般是用多种无机矿物和少量辅助原料制成的，具有透明、坚硬、高密度、热稳定性、可回收性等特点，广泛应用于建筑和汽车、装饰、医疗、家居用品领域等。

2、我国能源消耗中，建筑能耗居于首位。其中，玻璃能耗占整个建筑能耗的50%，而玻璃生产过程中消耗了大量的能源资源，是碳排放的主要来源。由于工业化和城市化进程的加速，使得城市红外线和紫外线的辐射水平升高，长时间的暴露会对皮肤和眼睛造成损害。

3、近年来，玻璃行业针对能源消耗以及紫外辐射的危害，研发出节能玻璃、low-e防辐射玻璃等，这种low-e玻璃一般是玻璃原片基础上，通过高温加热的气相沉积法或磁控溅射方式制作功能成膜玻璃，生产能源消耗较大；或者是将防辐射涂料涂覆在玻璃上从而使玻璃具有防辐射的功能，但是涂层容易脱落或起泡，影响防辐射效果和使用寿命，以及一定程度影响玻璃的透明度。同时low-e玻璃一般具有光污染、耐老化性能等缺陷。

4、随着社会的发展和环保意识的增加，对绿色建筑和节能玻璃提出了更高的要求。负离子是空气中一种带负电荷的气体离子，也被称为空气中的“维生素”，对人体有许多正向作用，具有抑菌杀菌、除尘除臭、提高身体免疫力、增强新陈代谢、中和正电荷等功能，还能吸收空气中的烟雾、灰尘及杂质，中和静电、电子辐射，达到清新空气、降低辐射的效果，负离子或负氧离子为城市封闭环境提升健康生态抗菌的性能提供了技术手段。但是，负离子或负氧离子具有较高的活性，在玻璃制作中不太稳定，而且分布不均匀，容易影响玻璃的性能和质量。为此，市场急需一种节能健康玻璃以解决上述问题。

技术实现思路

1、针对现有技术的缺陷，本发明设计了一种节能健康玻璃，具有防紫外线、红外线，抗菌抑菌的特点，同时本发明还提供了制备所述节能健康玻璃的方法，操作简单，成本低。

2、为了实现上述目的，本发明解决技术问题采用如下技术方案：

3、一方面，本发明设计了一种无机功能油性涂料，按质量份数计，所述无机功能油性涂料包括8～30份改性sio2、2～10份linbo3、2～8份al2o3、5～12份caf2、10～20份稀土硼化物、0.4～1份分散剂、0.2～0.5份消泡剂、0.2～1份澄清剂、3～6份负氧离子引发剂、25～70份溶剂。

4、优选地，按质量份数计，所述节能健康玻璃包括15份改性sio2、2份linbo3、8份al2o3、8.6份caf2、20份稀土硼化物、0.4份澄清剂、4份负氧离子引发剂、42份溶剂。

5、优选地，所述稀土硼化物为scb5、lab6、ndb3、csb8中的一种或多种。

6、优选地，所述澄清剂为as2o3、kno3、nano3中的一种或多种。

7、优选地，所述负氧离子引发剂包括改性纳米tio2、纳米负氧离子粉、溶剂，所述改性纳米tio2、纳米负氧离子粉和溶剂的比例为（0.5～1.5）：（1～4）：（2～7）。

8、进一步优选地，所述负氧离子引发剂包括改性纳米tio2、纳米负氧离子粉、溶剂比例为1：2：5。

9、优选地，所述溶剂为乙醇、丙二醇甲醚醋酸酯、乙酸乙酯、二丙二醇二甲醚、醋酸丁酯、异构烷烃、二乙二醇二丁醚、n-甲基吡咯烷酮、3-甲氧基-3-甲基-丁醇中的一种或多种。

10、另一方面，本方面提供了一种节能健康玻璃，所述玻璃包括玻璃基片和烧结在所述玻璃基片外表面的功能层，所述功能层的材料包括无机功能油性涂料。

11、另一方面，本方面还提供了所述节能健康玻璃的制备方法，所述方法包括：

12、s1.将改性sio2、linbo3、al2o3、caf2、稀土硼化物、分散剂、消泡剂、澄清剂、负氧离子引发剂、溶剂于1000 r/min～1400 r/min搅拌15min～30 min，混合制备功能油性涂料；

13、s2.玻璃基片清洗后用步骤s1制得的功能油性涂料均匀喷涂至玻璃基片表面形成厚度为0.3μm-5μm的成膜液，干燥后得到无机功能油性涂料的涂覆玻璃；

14、s3.对步骤s2干燥后的涂覆玻璃进行熔烧去碳，熔烧反应完成后退火2～3h，温度降至45～55℃得到节能健康玻璃。

15、优选地，步骤s1中，所述负氧离子引发剂由将改性纳米tio2、纳米负氧离子粉、溶剂于600 r/min～900 r/min搅拌10 min～20 min混合制得。

16、优选地，步骤s3中，所述熔烧温度为650℃～800℃，熔烧时间为100～500 s。

17、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

18、本发明提供了一种节能健康玻璃，包括改性sio2、linbo3、al2o3、caf2、稀土硼化物、分散剂、消泡剂、澄清剂、负氧离子引发剂、溶剂。制得的节能健康玻璃具有较长的玻璃使用寿命，在防紫外线和红外线的同时还不影响可见光的透过，紫外线和红外线的透过率均小于5%，可见光的透过率能达到70%以上。此外，所述节能健康玻璃还能有效抑菌抗菌，当太阳能照射，所述节能健康玻璃吸收红紫外线能量，发生电子能级跃迁，玻璃吸热饱和发生反向电子跃迁发出光量子，向玻璃内外两侧辐射远红外线，同时玻璃加热后，驱动负氧离子引发剂激发负离子，促进环境空间内的空气、水汽发生电离或电子迁移，释放负氧离子，实现环境空间的太阳能源利用、太阳光谱的筛选与空气中负氧离子释放，整个过程没有利用额外的供能装置，实现了自环保能力，而且由于太阳光能的长期有效性，以及熔烧玻璃的“无膜化”，确保内循环长效机制，减少了人工照明和空调的使用，从而达到节能抑菌抗菌的目的。

19、本发明还提供了制备所述节能健康玻璃的方法，采用高温熔烧碳化去膜，改善光学性能，提高了玻璃表面的抗化学腐蚀性能，使其能够更好地抵抗酸、碱等化学物质的侵蚀，还增加玻璃表面的附着力和摩擦力，有利于后续加工和处理，操作简单，成本低，适合大规模工业生产，有利于促进绿色建筑在城市建设中的应用。

20、下面结合具体实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

21、下述实施例中所使用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法；所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，为可从商业途径得到的试剂和材料。

22、实施例1：一种节能健康玻璃

23、一、所述节能健康玻璃是由无机功能油性涂料通过熔烧工艺在玻璃基片上形成烧结层制得，其中所述无机功能油性涂料包括改性sio2、铌酸锂（linbo3）、al2o3、caf2、稀土硼化物（粉体）、分散剂、消泡剂、澄清剂、负氧离子引发剂、溶剂。其中所述稀土硼化物为lab6；所述溶剂为乙酸乙酯；所述分散剂为十二烷基硫酸钠；所述消泡剂为甲基硅油；所述澄清剂为as2o3；

24、所述负氧离子引发剂由改性纳米tio2、纳米负氧离子粉、丙酮按1：2：5的质量比制成。

25、所述节能健康玻璃的的无机功能油性涂料具体配方如下表1所示：

26、表1 节能健康玻璃的无机功能油性涂料配方表

27、

28、二、本实施例还提供了所述节能健康玻璃的制备方法，具体包括：

29、1、改性sio2、改性纳米tio2的制备（偶联剂改性法）

30、将50g sio2粉末加入150ml无水乙醇中搅拌分散，然后分别加入改性剂kh-570（kh-570用量为sio2质量的10%）升温至60℃并反应6h，反应完全后冷却、洗涤，于120℃干燥制得改性sio2。

31、将38g纳米tio2粉末加入120ml无水乙醇中搅拌分散，然后分别加入改性剂kh-570（kh-570用量为纳米tio2质量的15%）升温至75℃并反应3h，反应完全后冷却、洗涤，于120℃干燥制得改性纳米tio2。

32、2、无机功能油性涂料的制备

33、（1）在常温下，将改性纳米tio2、纳米负氧离子粉、乙酸乙酯按1：2：5的质量比混合，于800r/min搅拌15 min得到负氧离子引发剂。

34、（2）将改性sio2、铌酸锂（linbo3）、al2o3、caf2、稀土硼化物、分散剂、消泡剂、澄清剂、溶剂、澄清剂、负氧离子引发剂按配方表放入搅拌罐中，并于1200 r/min搅拌20 min，混合均匀得到无机功能油性涂料。

35、3、选取5mm的玻璃基片用去离子水清洗，然后用上述制得的无机功能油性涂料均匀喷涂至玻璃基片表面，成膜液的厚度为3μm，然后将玻璃基片进行自然烘干，形成无机功能油性涂料的涂覆玻璃。

36、4、高温熔烧以及退火条件的建立和优化

37、将步骤3干燥后的涂覆玻璃进行熔烧去碳，温度700℃，时间为300s；去碳后将玻璃放入退火室退火2h，去除表面应力，温度降低至50℃得到节能健康玻璃。

38、实施例2：一种节能健康玻璃

39、一、所述节能健康玻璃包括改性sio2、铌酸锂（linbo3）、al2o3、caf2、稀土硼化物（粉体）、分散剂、消泡剂、澄清剂、负氧离子引发剂、溶剂。其中所述稀土硼化物为scb5；所述溶剂为乙醇；所述分散剂为聚甲基丙烯酸甲酯；所述消泡剂为甲基硅油；所述澄清剂为as2o3；

40、所述负氧离子引发剂由改性纳米tio2、纳米负氧离子粉、乙酸乙酯按0.5：4：5的质量比制成。

41、所述节能健康玻璃的无机功能油性涂料具体配方如下表2所示：

42、表2 节能健康玻璃的无机功能油性涂料配方表

43、

44、二、所述节能健康玻璃的制备方法同实施例1，不同之处在于，步骤2、步骤4不同。

45、2、无机功能油性涂料的制备

46、（1）在常温下，将改性纳米tio2、纳米负氧离子粉、乙酸乙酯按本实施例2的质量比混合，于900r/min搅拌20 min得到负氧离子引发剂。

47、（2）、将改性sio2、铌酸锂（linbo3）、al2o3、caf2、稀土硼化物、分散剂、消泡剂、澄清剂、溶剂、澄清剂、负氧离子引发剂按配方表放入搅拌罐中，并于1000 r/min搅拌30 min，混合均匀得到无机功能油性涂料。

48、4、高温熔烧以及退火条件的建立和优化

49、将步骤3干燥后的涂覆玻璃进行熔烧去碳，温度600℃，时间为500s；去碳后将玻璃放入退火室退火3h，去除表面应力，温度降低至55℃得到节能健康玻璃。

50、实施例3：一种节能健康玻璃

51、一、所述节能健康玻璃组分包括改性sio2、铌酸锂（linbo3）、al2o3、caf2、稀土硼化物（粉体）、分散剂、消泡剂、澄清剂、负氧离子引发剂、溶剂。其中所述稀土硼化物为scb5；所述溶剂为丙酮；所述分散剂为十二烷基硫酸钠；所述消泡剂为聚二甲基硅氧烷；所述澄清剂为as2o3；

52、所述负氧离子引发剂由改性纳米tio2、纳米负氧离子粉、丙酮按1.5：1：5的质量比制成。所述节能健康玻璃的无机功能油性涂料具体配方如下表3所示：

53、表3 节能健康玻璃的无机功能油性涂料配方表

54、

55、二、所述节能健康玻璃的制备方法同实施例1，不同之处在于，步骤2、步骤4不同。

56、2、无机功能油性涂料的制备

57、（1）在常温下，将改性纳米tio2、纳米负氧离子粉、丙酮按本实施例3的质量比混合，于600r/min搅拌10 min得到负氧离子引发剂。

58、（2）、将改性sio2、铌酸锂（linbo3）、al2o3、caf2、稀土硼化物、分散剂、消泡剂、澄清剂、溶剂、澄清剂、负氧离子引发剂按配方表放入搅拌罐中，并于1400 r/min搅拌15min，混合均匀得到无机功能油性涂料。

59、4、高温熔烧以及退火条件的建立和优化

60、将步骤3干燥后的涂覆玻璃进行熔烧去碳，温度800℃，时间为100s；去碳后将玻璃放入退火室退火2h，去除表面应力，温度降低至45℃得到节能健康玻璃。

61、对比例1：一种节能健康玻璃

62、对比例1与实施例1不同之处在于，所述节能健康玻璃的无机功能油性涂料用的是没有改性的sio2，其它都相同。

63、对比例2：一种节能健康玻璃

64、对比例2与实施例1不同之处在于，所述节能健康玻璃的无机功能油性涂料未添加改性sio2，其它都相同。

65、对比例3：一种节能健康玻璃

66、对比例3与实施例1不同之处在于，所述节能健康玻璃的无机功能油性涂料未添加linbo3，其它都相同。

67、对比例4：一种节能健康玻璃

68、对比例4与实施例1不同之处在于，所述节能健康玻璃的无机功能油性涂料未添加al2o3和caf2，其它都相同。

69、对比例5：一种节能健康玻璃

70、对比例5与实施例1不同之处在于，所述节能健康玻璃的无机功能油性涂料未添加稀土硼化物，其它都相同。

71、对比例6：一种节能健康玻璃

72、对比例6与实施例1不同之处在于，所述节能健康玻璃的无机功能油性涂料未添加负氧离子引发剂，其它都相同。

73、对比例7：一种节能健康玻璃

74、对比例7与实施例1不同之处在于，所述节能健康玻璃的无机功能油性涂料配方不同，其它都相同。

75、所述无机功能油性涂料按质量份包括7份改性sio2、12份linbo3、9份al2o3、4份caf2、25份稀土硼化物、1.5份分散剂、0.6份消泡剂、1.5份澄清剂、2份负氧离子引发剂、75份溶剂。

76、其中所述负氧离子引发剂由质量比为0.4:5:8的改性纳米tio2、纳米负氧离子粉和溶剂配制得到。

77、对比例8：一种节能健康玻璃

78、对比例8与实施例1不同之处在于，所述节能健康玻璃的无机功能油性涂料配方不同，其它都相同。

79、所述无机功能油性涂料按质量份包括35份改性sio2、1份linbo3、1份al2o3、13份caf2、9.5份稀土硼化物、0.3份分散剂、0.1份消泡剂、0.1份澄清剂、7份负氧离子引发剂、34份溶剂。

80、其中所述负氧离子引发剂由质量比为2:1:2的改性纳米tio2、纳米负氧离子粉和溶剂配制得到。

81、对比例9：一种节能健康玻璃

82、对比例9与实施例1不同之处在于，所述节能健康玻璃的无机功能油性涂料配方和玻璃制备方法不同，其它都相同。所述节能健康玻璃的无机功能油性涂料的具体配方如下表4所示：

83、表4 节能健康玻璃配方表

84、

85、所述节能健康玻璃的制备方法采用浮法，具体包括：

86、1、将表4中的原料组分进行均匀混合，采用超声高速分散1h；然后将玻璃放入窑炉中加热7h，1700℃时成为玻璃液，将玻璃液流入锡槽且浮在熔化的金属锡液上，此时温度为1000℃，然后形成一个玻璃带，玻璃与锡有不相同的粘稠性，不会混合。

87、2、玻璃冷却：600℃时，玻璃离开锡槽，然后将玻璃放入退火室退火2h，将玻璃的温度降低至50℃得到退火玻璃，从而制得节能健康玻璃。

88、试验例1：分析节能健康玻璃的性能测试

89、分别对实施例1～3、对比例1～7制得节能健康玻璃和普通玻璃（空白组）进行光学透过率、耐酸、负氧离子浓度、耐候老化性测试，普通玻璃为空白对照组。

90、1、光学透过率测试

91、按照gb/t 2680-2021《建筑玻璃 可见光透射比,太阳光直接透射比、太阳能总透射比、紫外线透射比及有关窗玻璃参数的测定》，对节能健康玻璃和普通玻璃进行光学透过率测试。可见光透过率在380～780nm波长范围内测定；紫外线透过率是在300～380nm波长范围内测定；总红外线透过率是在波长780～2500nm范围内测定的。

92、2、耐酸测试

93、按照gb/t 15728-2021《玻璃耐沸腾盐酸侵蚀性的重量试验方法和分级》进行耐酸测试。

94、结果判定：由低侵蚀性～高侵蚀性，分为h1、h2、h3、h4四个等级。

95、3、负氧离子测试

96、根据jc/t 2110—2012《室内空气离子浓度测试方法》，分别测试有节能健康玻璃的城市房屋、普通玻璃的城市房屋中的负离子浓度。

97、耐候老化性测试（抗uv老化测试）

98、将玻璃放置到紫外线照射箱中，辐照度0.89w（m2/nm），中心波长340nm，照射96小时，测试完成后观察并对比玻璃和未进行照射玻璃的颜色差别。

99、结果判定：玻璃出现明显变黄、开裂则为不通过，不明显则为通过。

100、综上，光学透过率、耐酸、负氧离子浓度、耐候老化性测试结果如表5所示：

101、表5：性能测试结果表

102、

103、由表5可知，实施例1～3制得的玻璃的光学透过率、紫外透过率、红外透过率基本优于对比例1～7，其中可见光的透过率均大于70％，紫外光透过率和红外光的透过率均小于5％，说明本发明制得的玻璃能有效降低紫外和红外的透过，从而达到防辐射的目的。特别是实施例1制得的玻璃的耐酸为h1，具有良好的耐化学腐蚀性、耐候性以及释放的负氧离子浓度高，适用于城市建筑。

104、对比对比例1、2和实施例1可知，对比例1、2用未改性sio2或不添加改性sio2制得的玻璃的耐酸性较差，同时也影响负氧离子的释放，因为对比例1的sio2是无机物，不具备产生负离子的能力，然而能吸附水分，形成硅酸，进而影响玻璃表面的电导率和微观结构，在一定程度上影响了负氧离子的释放，而实施例1的改性sio2可以通过提供电子或与氧气分子相互作用，促进其失去电子的过程，从而产生负氧离子，还能更好的分散在玻璃中，提高玻璃的均匀性和化学稳定性，增强玻璃的耐候老化性能。

105、对比对比例3、4和实施例1可知，实施例1玻璃的透光性和稳定性要高于对比例，并且玻璃紫外、红外透过率远低于对比例。

106、对比对比例5、6和实施例1可知，对比例5和对比例6未添加稀土硼化物、负氧离子引发剂，使得制得的玻璃释放的负氧离子浓度较低。这是因为稀土硼化物具有光催化作用，被光照射时，稀土硼化物可以激发电子，产生电子-空穴对，可以生成负氧离子，从而促进玻璃的自洁性能和抗菌性能。同时，稀土硼化物与负氧离子粉、改性纳米tio2协同作用，促进负氧离子的释放，改善玻璃的透明度，改性纳米tio2能促使稀土硼化物和负氧离子均匀地分布在玻璃基材中。在高温烧结时，可以促使稀土硼化物与负氧离子粉充分接触并相互作用，能提高负氧离子的稳定性和活性，使其更好地发挥其功能。

107、对比对比例7～9和实施例1可知，只有改性sio2、linbo3、al2o3、caf2、稀土硼化物、分散剂、消泡剂、澄清剂、负氧离子引发剂、溶剂以及玻璃制备条件在合适的范围内，相互补充、相互配合，才能制得性能优异的节能健康玻璃；而对比例8采用常规的玻璃制备方法制得的玻璃耐候性要比实施例1差，因为在烧结过程中，本发明通过将涂料中的有机物碳化、无机物形成烧结层，延长了玻璃的使用寿命，并且相比常规制备方法，高温烧结时只需要650℃～800℃，成本降低。

108、综上所述，本发明制备的节能健康玻璃具有优秀的光学透过率，同时被红外光照射时还能释放负氧离子，负氧离子具有强氧化性，可以与环境中的有机物、微生物和重金属等物质发生反应，从而起到抑菌杀菌、除臭、净化空气等作用。此外，节能玻璃能够有效阻挡红外、紫外的传递，红外、紫外的透过率均小于5%以下，可见光的透过率均大于70％，有助于稳定室内温度，减少空调和人工照明的使用，从而节约能源消耗，而且玻璃制备成本低，操作简单，适合大规模工业生产。

109、此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。