CN101891395A - 一种隔热自清洁涂膜钢化玻璃制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隔热自清洁涂膜钢化玻璃制备方法。首先在平板玻璃表面上施涂水性隔热涂料，其次在隔热涂层上施涂自清洁纳米涂料，然后在680～700℃进行钢化处理。该玻璃表面的涂膜具有红外阻隔和超亲水性，本发明将隔热性、自清洁性、安全性在平板玻璃上得以实现，使之更好地服务于建筑幕墙玻璃、体育场馆和外窗玻璃。

Description

一种隔热自清洁涂膜钢化玻璃制备方法

技术领域

本发明涉及平板玻璃在离线生产状态下，表面施涂隔热涂料和自清洁涂料的技术，并且在涂膜实现的前提下能够实现玻璃钢化工艺的制备。本发明实现了节能性、自清洁性、安全性协调统一，提高了建筑幕墙、体育场馆和建筑外窗安全性、节能性与清洁性。

背景技术：

随着城市化快速发展，玻璃幕墙建筑越来越多，尽管满足了建筑外观审美要求，但是每年幕墙所消耗的能量是巨大的，另外幕墙表面的浮尘和赃物必须进行定期清理，否则将影响建筑外观效果。加之我国对建筑节能的重视，必将限制幕墙结构建筑的能耗。

节能玻璃主要有热反射镀膜玻璃和低辐射镀膜玻璃。热反射玻璃是在玻璃表面镀上金属、非金属及其氧化物薄膜，使其具有一定的反射效果，能将太阳能反射回大气中，达到阻挡太阳热能进入室内的目的。热反射玻璃的反射率越高，说明其对太阳能的控制越强，但是玻璃的可见光透过率会随着反射率的升高而降低，从而使透光性能降低，影响采光效果，而且玻璃反射率过大也可能出现光污染问题。热反射镀膜玻璃的可见光透过率较低，一般为20-30％，极大地影响室内采光。而低辐射镀膜玻璃是通过在普通玻璃表面涂敷低辐射涂层，使得低辐射镀膜玻璃表面的辐射率低于普通玻璃，从而可减少热量的辐射损失，使得低辐射镀膜玻璃具有良好的隔热效果，而且这种低辐射镀膜玻璃的对可见光的透过率适中，从而可以避免光污染的产生，营造良好的光环境。目前，市面上主要有磁控溅射法和浮法在线化学气相沉积法(CVD)生产的低辐射镀膜玻璃，但美中不足的是：低辐射镀膜玻璃价格较高。因此，目前用的较多的：一种是纳米透明隔热玻璃，这种玻璃表面的涂层需要在烘箱里进行烘烤固化，制作起来非常麻烦；另一种是双组份聚氨酯玻璃，这种玻璃的涂层需要两种组份组合使用，由于调配好的涂料不利于储存，因此涂膜后剩余的涂料往往只能废弃掉，造成不必要的浪费；而且，有些双组份玻璃隔热涂料在调配时还需要加入不利于环保的有机溶剂稀释剂。

目前，建筑幕墙的清洗方式却没有任何改变。人工清洗依然是主要方式，存在巨大安全隐患，另外，长期使用清洗剂不仅浪费资源，还将对环境带来污染。红外阻隔自清洁纳米钢化玻璃的出现带给了人们全新的玻璃清洗和维护方式。

TiO₂薄膜具有自清洁的功能，在光照条件下，玻璃基体表面的TiO₂能够分解吸附的有机物，避免有机污染物的附着，从而达到自清洁的效果。因此利用TiO₂制备的自清洁玻璃最为引人关注。如果建筑幕墙及体育场馆均安装有TiO₂涂层的玻璃，污染物不会在表面附着，可以改善城市的面貌，永保亮丽的色彩。

生产自清洁玻璃的方法有很多种，如：磁控溅射法、溶胶一凝胶法、化学气相沉积法等等。磁控溅射技术制备自清洁玻璃，要经过500℃的高温热处理30-60分钟，虽然膜层具备良好的亲水性，但是成本高，难以推广应用。自清洁玻璃的自清洁效果不仅要具备良好的亲水性，而且同时要具备较高的光催化活性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：在平板玻璃离线生产条件下，提供一种可直接用于涂膜，并且在特定的温度处理条件下，完成涂膜固化和强化，另外还可实现玻璃的物理钢化。

为解决以上综合性技术问题，本发明提供了一种隔热自清洁涂膜钢化玻璃制备方法，其特征在于：

该隔热自清洁涂膜是由隔热涂膜和自清洁涂膜构成的，隔热涂膜首先施于洁净的平板玻璃表面上，然后自清洁涂膜再施涂于隔热涂膜之上；

1)隔热涂料由以下质量百分含量的物质组成：

水性树脂                      45-85

纳米级铟锡氧化物微粉          3-25

溶剂                          10-25

成膜助剂                      0.5-5

二氧化硅微粉                  0.1-3

偶联剂                        0.1-5

消泡剂                        0.1-2

流平剂                        0.1-2

润湿剂                        0.1-2

分散剂                        0.02-0.1

隔热涂料制备工艺为：水性树脂选用丙烯酸、聚氨酯、改性聚氨酯共聚体、硅烷基或环氧树脂；成膜助剂选用丙二醇丁醚；偶联剂选用硅烷偶联剂；消泡剂选用聚乙二醇醚；流平剂选用纯聚丙烯酸酯流平剂；润湿剂选用聚羧酸酯；分散剂选用十二烷基硫酸钠；溶剂为水、乙醇、异丙醇、正丁醇和丙二醇甲醚醋酸酯；

将纳米铟锡氧化物微粉制备成浆料：将溶剂水、乙醇、异丙醇、正丁醇和丙二醇甲醚醋酸酯加入分散机中，然后再加入分散剂，最后加入铟锡氧化物粉体，分散1-3小时，即可得到铟锡氧化物浆料；然后滴加纳米铟锡氧化物浆料到水性树脂中，然后再加入成膜助剂、二氧化硅、偶联剂、润湿剂、消泡剂和流平剂，搅拌20-60分钟，即可得到隔热涂料；

2)自清洁涂料是由质量百分含量为20-45％的有机硅树脂和30-50％的锐钛矿型二氧化钛微粉及25-35％的溶剂所组成；溶剂选自水、无水乙醇、95wt％乙醇、异丙醇、丙酮、丁醇、丁酮中的一种或一种以上的混合物；二氧化钛颗粒范围为10-30nm；有机硅树脂固含量35-45％；

涂料的施工工艺：利用喷涂工具将隔热涂料均匀喷涂于平板玻璃表面，然后在室温净置或徐热加温固化成膜得到隔热涂膜，其后再将自清洁涂料均匀喷涂在隔热涂膜上，常温固化成膜得到自清洁涂膜；再将固化后的自清洁涂膜表面进行酸处理，所用酸为0.2-0.5M的HCl溶液，浸泡时间为1-3小时，取出后用自来水冲洗干净，再用去离子水冲洗，自然条件下晾干。

然后再经过300～400℃低温预热，预热时间60-360秒，其后在680～700℃温度范围内进行物理钢化，处理时间为120-720秒，使涂膜固化和强化，使平板玻璃具有安全性。

本发明有效地实现了涂膜的红外阻隔和涂膜超亲水和光催化作用，将隔热性、自清洁性、安全性在平板玻璃上得以综合实现。

具体实施方式

本发明所述的一种隔热自清洁钢化玻璃制备方法，首先在洁净平板玻璃表面上施涂水性隔热涂料，其次施涂自清洁纳米涂料，经过300～400℃低温预热，其后在680～700℃温度范围内进行物理钢化处理，此时将使涂膜固化和强化。

本发明所述的技术方案为隔热涂膜首先施于洁净的平板玻璃表面上，然后自清洁涂膜再施涂于隔热涂膜之上。

水性隔热涂膜为以下质量百分含量的物质组成：

水性树脂                     45-85

纳米铟锡氧化物微粉           3-25

水                           10-25

成膜助剂                     0.5-5

二氧化硅微粉                 0.1-3

偶联剂                       0.1-5

消泡剂                       0.1-2

流平剂                       0.1-2

润湿剂                       0.1-2

分散剂                       0.02-0.1

隔热涂膜制备工艺为：水性树脂选用丙烯酸、聚氨酯、改性聚氨酯共聚体、硅烷基或环氧树脂；成膜助剂选用丙二醇丁醚；偶联剂选用硅烷偶联剂；消泡剂选用聚乙二醇醚；流平剂选用纯聚丙烯酸酯流平剂；润湿剂选用聚羧酸酯；分散剂选用十二烷基硫酸钠；溶剂为水、乙醇、异丙醇、正丁醇和丙二醇甲醚醋酸酯；

将纳米铟锡氧化物微粉制备成浆料：将溶剂水、乙醇、异丙醇、正丁醇和丙二醇甲醚醋酸酯加入分散机中，然后再加入分散剂，最后加入铟锡氧化物粉体，分散1-3小时，即可得到铟锡氧化物浆料；然后滴加纳米铟锡氧化物浆料到水性树脂中，然后再加入成膜助剂、二氧化硅、偶联剂、润湿剂、消泡剂和流平剂，搅拌20-60分钟，即可得到隔热涂料；

自清洁涂料是由质量百分含量为20-45％的有机硅和30-50％的锐钛矿型二氧化钛及25-35％的溶剂组成。溶剂选自水、无水乙醇、95wt％乙醇、异丙醇、丙酮、丁醇、丁酮中的一种或一种以上的混合物。二氧化钛颗粒范围为10-30nm。

实施例1：

首先，以市售5mm平板玻璃为涂膜基体，去除玻璃表面的所有浮尘和污物，保证玻璃表面清洁，再用纯净水将玻璃表面的灰尘冲掉。用400目左右的玻璃抛光粉(抛光粉与去离子水混合比例1∶10)将玻璃表面用旋转盘抛光，再用水将玻璃表面的污物和抛光粉冲洗干净，用带空气净化网的风机将玻璃表面水分吹干，保证玻璃表面干净，无任何灰尘，再用高纯氮气对玻璃表面进行吹扫，待涂膜使用。

其次，称取铟锡氧化物微粉100克，水200克，乙醇50克，异丙醇50克，正丁醇50克，丙二醇甲醚醋酸酯50克和分散剂0.5克，然后将水、乙醇、异丙醇、正丁醇和丙二醇甲醚醋酸酯加入分散机中，然后，再加入分散剂，最后加入铟锡氧化物粉体，分散2小时之后，即可得到分散性良好的纳米锢锡氧化物浆料，浆料中的固体含量大约为20％。

再称取水性树脂丙烯酸3750克，成膜助剂100克，二氧化硅微粉50克，偶联剂100克，消泡剂50克，流平剂50克和润湿剂100克，然后将制得的纳米锢锡氧化物浆料滴加到水性树脂中，再加入成膜助剂、二氧化硅、偶联剂、润湿剂、消泡剂和流平剂，搅拌60分钟，即可得到成品。在生产过程中加入240克的水来调整所述涂料的粘度。

利用喷涂工艺将其均匀喷涂于平板玻璃表面，然后徐热加热固化成膜，升温速率2℃/min。

自清洁涂料是由质量百分含量为20％的有机硅和50％的锐钛矿型二氧化钛及30％的溶剂组成。溶剂水、无水乙醇，两者的质量比为1∶1，二氧化钛颗粒平均粒径为10nm。

用喷枪将纳米级自清洁涂料均匀喷涂在玻璃表面，再将常温固化后的自清洁玻璃表面涂膜进行酸处理，所用酸为0.5M的HCl水溶液，浸泡时间为1小时，取出后用自来水冲洗干净后，再用去离子水冲洗，自然条件下晾干即可。将上述经过常温常压固化的自清洁玻璃首先在300℃预热360秒，在700℃钢化处理120秒，钢化处理后的自清洁玻璃保持了良好的超亲水特性。涂膜在自然环境20天后，测试其亲水性能，接触角为2°。5mm平板玻璃涂膜前的遮阳系数S_C为0.94，涂膜后玻璃的遮阳系数为0.72，隔热性能有大幅提高；对应的可见光透过率81％，符合工程应用要求。

实施例2：

首先称取铟锡氧化物微粉100克，水200克，乙醇500克，异丙醇50克，正丁醇50克，丙二醇甲醚醋酸酯50克和分散剂0.5克，然后将水、乙醇、异丙醇、正丁醇和丙二醇甲醚醋酸酯加入分散机中，然后，再加入分散剂，最后加入锢锡氧化物粉体，分散1小时，即可得到分散性良好的纳米铟锡氧化物浆料，浆料中的固体含量大约为15％；

称取水性树脂聚氨酯1500克，成膜助剂100克，二氧化硅微粉50克，偶联剂100克，消泡剂50克，流平剂50克和润湿剂50克，然后将制得的纳米铟锡氧化物浆料滴加到水性树脂中，再加入成膜助剂、二氧化硅、偶联剂、润湿剂、消泡剂和流平剂，搅拌20分钟，即可得到成品。在生产过程中加入。加入150克的水来调整所述涂料的粘度。

利用喷涂工艺将其均匀喷涂于平板玻璃表面，然后徐热加热固化成膜，升温速率2℃/min。

自清洁涂料是由质量百分含量为45％的有机硅和30％的锐钛矿型二氧化钛及25％的溶剂组成。溶剂选用异丙醇、丙酮、丁醇、丁酮，各组分的质量比为1∶1∶1∶1，二氧化钛颗粒平均粒径为30nm。

用喷枪将纳米级自清洁涂料均匀喷涂在玻璃表面，再将常温固化后的自清洁玻璃表面涂膜进行酸处理，所用酸为0.2M的HCl水溶液，浸泡时间为3小时，取出后用自来水冲洗干净后，再用去离子水冲洗，自然条件下晾干即可。将上述经过常温常压固化的自清洁玻璃首先在400℃预热60秒，在680℃钢化处理720秒，钢化处理后的自清洁玻璃保持了良好的超亲水特性。涂膜在自然环境20天后，测试其亲水性能，接触角为3°。5mm平板玻璃涂膜前的遮阳系数S_C为0.94，涂膜后玻璃的遮阳系数为0.68，隔热性能有大幅提高；对应的可见光透过率78％，符合工程应用要求。

实施例3：

首先称取铟锡氧化物微粉400克，水800克，乙醇200克，异丙醇200克，正丁醇200克，丙二醇甲醚醋酸酯200克和分散剂2克，然后将水、乙醇、异丙醇、正丁醇和丙二醇甲醚醋酸酯加入分散机中，然后，再加入分散剂，最后加入锢锡氧化物粉体，分散3小时，即可得到分散性良好的纳米锢锡氧化物浆料，浆料中的固体含量大约为18％；

称取水性树脂环氧树脂700克，成膜助剂50克，二氧化硅微粉25克，偶联剂25克，消泡剂25克，流平剂25克和润湿剂25克，然后将制得的纳米铟锡氧化物浆料滴加到水性树脂中，再加入成膜助剂、二氧化硅、偶联剂、润湿剂、消泡剂和流平剂，搅拌45分钟，即可得到成品。在生产过程中加入于60克的水来调整所述涂料的粘度。

利用喷涂工艺将其均匀喷涂于平板玻璃表面，然后徐热加热固化成膜，升温速率2℃/min。

自清洁涂料是由质量百分含量为30％的有机硅和35％的锐钛矿型二氧化钛及35％的溶剂组成。溶剂选用水、无水乙醇、95wt％乙醇，各组分的质量比为1∶1∶1，二氧化钛颗粒平均粒径为30nm。

用喷枪将纳米级自清洁涂料均匀喷涂在玻璃表面，再将常温固化后的自清洁玻璃表面涂膜进行酸处理，所用酸为0.4M的HCl水溶液，浸泡时间为1.5小时，取出后用自来水冲洗干净后，再用去离子水冲洗，自然条件下晾干即可。将上述经过常温常压固化的自清洁玻璃在首先在400℃预热180秒，690℃钢化处理480秒，钢化处理后的自清洁玻璃保持良好的超亲水特性，涂膜在自然环境20天后，测试其亲水性能，接触角为2.6°。5mm平板玻璃涂膜前的遮阳系数S_C为0.94，涂膜后玻璃的遮阳系数为0.68，隔热性能有大幅提高；对应的可见光透过率76％，符合工程应用要求。

Claims (1)

1.一种隔热自清洁涂膜钢化玻璃制备方法，其特征在于：

该隔热自清洁涂膜是由隔热涂膜和自清洁涂膜构成的，隔热涂膜首先施于洁净的平板玻璃表面上，然后自清洁涂膜再施涂于隔热涂膜之上；

1)隔热涂料由以下质量百分含量的物质组成：

水性树脂                     45-85

纳米级铟锡氧化物微粉         3-25

溶剂                         10-25

成膜助剂                     0.5-5

二氧化硅微粉                 0.1-3

偶联剂                       0.1-5

消泡剂                       0.1-2

流平剂                       0.1-2

润湿剂                       0.1-2

分散剂                       0.02-0.1

隔热涂料制备工艺为：水性树脂选用丙烯酸、聚氨酯、改性聚氨酯共聚体、硅烷基或环氧树脂；成膜助剂选用丙二醇丁醚；偶联剂选用硅烷偶联剂；消泡剂选用聚乙二醇醚；流平剂选用纯聚丙烯酸酯流平剂；润湿剂选用聚羧酸酯；分散剂选用十二烷基硫酸钠；溶剂为水、乙醇、异丙醇、正丁醇和丙二醇甲醚醋酸酯；

将纳米铟锡氧化物微粉制备成浆料：将溶剂水、乙醇、异丙醇、正丁醇和丙二醇甲醚醋酸酯加入分散机中，然后再加入分散剂，最后加入铟锡氧化物粉体，分散1-3小时，即可得到铟锡氧化物浆料；然后滴加纳米铟锡氧化物浆料到水性树脂中，然后再加入成膜助剂、二氧化硅微粉、偶联剂、润湿剂、消泡剂和流平剂，搅拌20-60分钟，即可得到隔热涂料；

2)自清洁涂料是由质量百分含量为20-45％的有机硅树脂和30-50％的锐钛矿型二氧化钛微粉及25-35％的溶剂所组成；溶剂选自水、无水乙醇、95wt％醇、异丙醇、丙酮、丁醇、丁酮中的一种或一种以上的混合物；二氧化钛微粉颗粒范围为10-30nm；有机硅树脂固含量35-45％；

隔热自清洁涂膜钢化玻璃制备工艺：利用喷涂工具将隔热涂料均匀喷涂于平板玻璃表面，然后在室温净置或徐热加温固化成膜得到隔热涂膜，其后再将自清洁涂料均匀喷涂在隔热涂膜上，常温固化成膜得到自清洁涂膜；再将固化后的自清洁涂膜表面进行酸处理，所用酸为0.2-0.5M的HCl溶液，浸泡时间为1-3小时，取出后用自来水冲洗干净，再用去离子水冲洗，自然条件下晾干；然后再经过300～400℃预热，预热时间60-360秒，其后在680～700℃温度范围内进行物理钢化，处理时间为120-720秒。