CN104788023B - 一种制备环保节能型低辐射纳米涂层玻璃的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种制备环保节能型低辐射玻璃的工艺方法。本发明首先对平板玻璃表面使用活性剂进行研磨抛光和清洗烘干等工序，使被加工玻璃表面的洁净度满足制备方法要求的标准；采用适合于涂敷低辐射节能纳米材料的辊涂工艺方法，在洁净的玻璃表面涂敷一层低辐射节能纳米材料，最终得到满足各种不同性能指标要求的节能环保玻璃。本发明使得低辐射纳米涂层节能玻璃的产业化生产成为现实，同时避免了其他涂敷工艺方法，如淋涂，喷涂等，中的致命缺陷，如涂层不均匀、有色差、有气泡、透明度差、产量小及涂料消耗量大等缺陷。
Description
技术领域
本发明属于功能材料技术以及玻璃深加工技术领域，特别涉及一种环保节能型低辐射纳米涂层玻璃的制备方法。
背景技术
低辐射玻璃(Low-E玻璃)是在玻璃表面镀上单层或多层金属、或其他化合物的膜系产品，其镀膜层具有较低的表面辐射率。Low-E玻璃对可见光有较高的透射率，并可以将80％以上的远红外线反射回去，具有良好的阻隔热辐射透过的性能，因此，低辐射玻璃具有良好的节能环保效果。
目前，随着国家节能减排的标准要求不断提高，建筑行业对节能玻璃产品的需求量日趋增加。
近10年来，玻璃行业内生产低辐射节能玻璃的主要工艺方法是真空磁控溅射镀膜法，该生产工艺产品质量高，但工艺装备极其复杂，操作难度高，生产设备资金投入大，国产设备5000～8000万元，进口设备1.2亿元以上。
近2年来，玻璃行业中研发出了采用低辐射纳米节能涂料涂覆在玻璃表面使得玻璃具有节能的功能，主要有淋涂法、喷涂法等工艺。但上述工艺均有涂层厚度不均匀且难控制，有色差、气泡，透明度差，产量小及涂料消耗量大等重大缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种采用精密辊涂工艺制备环保节能型低辐射纳米涂层玻璃的工艺方法，解决真空磁控溅射工艺生产低辐射节能玻璃中工艺装备复杂，操作难度高，生产设备资金投入大等缺陷，降低建材市场选用的门槛，更利于推广节能减排产品的使用。
解决了采用淋涂和喷涂等工艺生产低辐射节能涂膜玻璃的一些致命质量缺陷，如涂层不均匀，有色差，有气泡，透明度差，产量小及涂料消耗量大等缺陷，大大提高了生产低辐射节能涂膜玻璃的产品质量，使得低辐射纳米涂层节能玻璃的产业化生产成为现实。
本发明其技术方案如下：
1.将被加工玻璃置于水平输送装置上做匀速直线运动，其速度范围为0.1～10m/min，其运行方向垂直于辊涂辊组的轴向；输送装置可以是皮带传动，链板传动和胶辊辊道传动。
2.对玻璃表面进行预清洗，其方法是在玻璃上表面并列排置多个喷头，使用具有0.2MPa水压的处理水源循环使用，水源应为去离子水，其电导率应在100μs～500μs/cm范围内。
3.对玻璃表面施加表面活性剂对其进行研磨抛光，研磨抛光装置采用往复运动的旋转盘刷组结构。盘刷组往复运动的频次为10～300次/min，优选50～100次/min；盘刷转速为10～500r/min，优选80～200r/min；盘刷距离玻璃表面-5～5mm。所述的表面活性剂是由水、芳香烃、醇类、酯类、醚类、酮类等溶剂中的一种或几种与铝氧化物、锆氧化物、铈氧化物、硅氧化物、铁氧化物等氧化物中的一种或多种按比例混合而成的混合物。
4.对步骤3所得到的玻璃进行清洗工序，清洗采用有去离子水喷淋装置的滚刷清洗结构。所述去离子水其电导率应在20μs～100μs/cm范围内。所述滚刷转速为20～500r/min，优选150～250r/min；且滚刷轴向布置与玻璃运行方向成90°，距玻璃表面-5～5mm。
5.对步骤4所得到的玻璃进行一次烘干，其热风风量为1000～20000m3/h，优选7000～9000m3/h；风压为1000～20000Pa，优选9000～12000Pa，烘干温度为20～50℃，烘干时间1～30min；
6.对步骤5所得到的玻璃进行低辐射纳米节能涂料的涂覆工序。涂覆工序是在一个相对密闭的腔体里进行的，目的是使纳米材料减少挥发损耗。涂覆装置是由两组独立的辊涂组件组成的。所述辊涂组件由涂布辊、定量辊、光辊或刮板机构、供料泵及料液系统组成。所述涂布辊的转速线速度为1m～100m/min，优选5m～20m/min；涂布辊与玻璃之间的间隙为-5mm～5mm；所述定量辊的转速线速度为1m～100m/min，优选5m～20m/min，定量辊与涂布辊之间的间隙为-5mm～5mm；所述供料泵的供料流量为0.1～100L/min，优选1～10L/min，压力为0.01～0.3MPa。所述涂覆在玻璃表面的低辐射纳米膜厚度为1μm～300μm。通过设定不同的工艺参数，可生产出符合各种需求的低辐射节能纳米涂层玻璃。
7.对步骤6所得到的低辐射纳米玻璃进行烘干处理，其烘干温度为30～300℃，烘干时间为1～30min。
步骤6所述低辐射纳米涂料为一种具有隔热功能的纳米粒子溶液组合物，其特征在于，所述低辐射纳米涂料组合物包括：占组合物10～50wt％的无机半导体分散液，90～50wt％的有机成膜物。
1.所述无机半导体分散液选自氧化铟锡、氧化锡锑、氧化锌铝、氧化锌镓、氟氧化锡、掺氟氧化锡分散液中的一种或多种。
2.所述的分散液为水性体系，其中无机半导体颗粒为10-40wt％。
3.所述的有机成膜物为聚甲基丙稀酸甲酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯等。
本发明所制备的低辐射纳米节能玻璃其主要性能是：紫外线屏蔽率≥95％，红外阻隔率≥80％，可见光透过率60％～85％。
本发明是一种采用精密辊涂工艺的方法制备节能低辐射纳米涂层玻璃，该发明产品质量高，工艺装备简单，易于操作，生产设备资金投入低，仅不到70万元，与真空磁控溅射镀膜工艺比较，极大降低了生产成本，使得低辐射节能玻璃成为大众化产品成为可能。
本发明可完全替代目前现有的淋涂，喷涂等生产工艺，解决了其工艺难以克服的涂层不均匀，有色差，有气泡，透明度差，产量小及涂料消耗量大等重大缺陷，使得低辐射纳米节能玻璃的产业化生产成为现实。
附图说明
图1为实施例5中得到的低辐射节能玻璃通过检测得到的阻隔紫外线能力和可见光透射率的光谱图。
图2为实施例5中得到的低辐射节能玻璃通过检测得到的阻隔近红外线能力和可见光透射率的光谱图。
具体实施方式
实施例1
本发明为采用精密辊涂工艺制备环保节能型低辐射纳米涂层玻璃的工艺方法，其主要步骤如下：
1.将被加工玻璃置于水平输送装置上做匀速直线运动，其速度为1.5m/min，其运行方向垂直于辊涂辊组的轴向；输送装置为胶辊辊道传动。
2.对玻璃表面进行预清洗，其方法是在玻璃上表面并列
排置多个喷头，使用具有0.2MPa水压的处理水源循环使用，
水源应为去离子水，其电导率为200μs/cm。
3.对玻璃表面施加表面活性剂对其进行研磨抛光，研磨抛光装置采用往复运动的旋转盘刷组结构。盘刷组往复运动的频次是20次/min；盘刷转速为100r/min；盘刷距离玻璃表面-2mm。所述的表面活性剂是由水、醇类及酮类溶剂与铝氧化物、锆氧化物按比例混合而成的混合物。
4.对步骤3所得到的玻璃进行清洗工序，清洗采用有去离子水喷淋装置的滚刷清洗结构。所述去离子水其电导率为55μs/cm。所述滚刷转速为220r/min，且滚刷轴向布置与玻璃运行方向成90°，距玻璃表面-2mm。
5.对步骤4所得到的玻璃进行一次烘干，其热风风量为8500m3/h；风压为9000Pa，烘干温度为35℃，烘干时间5min。
6.对步骤5所得到的玻璃进行低辐射纳米节能涂料的涂覆工序。涂覆工序是在一个相对密闭的腔体里进行的，目的是使纳米材料减少挥发。涂覆装置是由两组独立的辊涂组件组成的。所述辊涂组件由涂布辊、定量辊、光辊或刮板机构、供料泵及料液系统组成。所述涂布辊的转速线速度为12m/min；涂布辊与玻璃之间的间隙为0.3mm；所述定量辊的转速线速度为6m/min，定量辊与涂布辊之间的间隙为0.5mm；所述供料泵的供料流量为2L/min，压力为0.1MPa。所述涂覆在玻璃表面的低辐射纳米膜厚度为50μm。
7.对步骤6所得到的低辐射纳米玻璃进行烘干处理，其烘干温度为
200℃，烘干时间为5min。
其中，步骤6所述低低辐射纳米涂料为功能纳米粒子溶液组合物，是由铟锡氧化物溶液、锑锡氧化物溶液、聚甲基丙稀酸甲酯和聚氨酯混合而成。
通过实施例1所制备的低辐射纳米节能玻璃其主要性能是：紫外线屏蔽率97.7％，红外阻隔率86.5％，可见光透过率65％，表面硬度1.9H，雾度1.2％。
实施例2
本发明为采用精密辊涂工艺制备环保节能型低辐射纳米涂层玻璃的工艺方法，其主要步骤如下：
1.将被加工玻璃置于水平输送装置上做匀速直线运动，其速度为1.5m/min，其运行方向垂直于辊涂辊组的轴向；输送装置为胶辊辊道传动。
2.对玻璃表面进行预清洗，其方法是在玻璃上表面并列排置多个喷头，使用具有0.2MPa水压的处理水源循环使用，水源应为去离子水，其电导率为200μs/cm。
3.对玻璃表面施加表面活性剂对其进行研磨抛光，研磨抛光装置采用往复运动的旋转盘刷组结构。盘刷组往复运动的频次是20次/min；盘刷转速为100r/min；盘刷距离玻璃表面-2mm。所述的表面活性剂是由水、醇类及酮类溶剂与铝氧化物、锆氧化物按比例混合而成的混合物。
4.对步骤3所得到的玻璃进行清洗工序，清洗采用有去离子水喷淋装置的滚刷清洗结构。所述去离子水其电导率为55μs/cm。所述滚刷转速为220r/min，且滚刷轴向布置与玻璃运行方向成90°，距玻璃表面-2mm。
5.对步骤4所得到的玻璃进行一次烘干，其热风风量为8500m3/h；风压为9000Pa，烘干温度为35℃，烘干时间5min。
6.对步骤5所得到的玻璃进行低辐射纳米节能涂料的涂覆工序。涂覆工序是在一个相对密闭的腔体里进行的，目的是使纳米材料减少挥发。涂覆装置是由两组独立的辊涂组件组成的。所述辊涂组件由涂布辊、定量辊、光辊或刮板机构、供料泵及料液系统组成。所述涂布辊的转速线速度为8m/min；涂布辊与玻璃之间的间隙为0.3mm；所述定量辊的转速线速度为6m/min，定量辊与涂布辊之间的间隙为0.5mm；所述供料泵的供料流量为5L/min，压力为0.1MPa。所述涂覆在玻璃表面的低辐射纳米膜厚度为40μm。
7.对步骤6所得到的低辐射纳米玻璃进行烘干处理，其烘干温度为200℃，烘干时间为5min。
其中，步骤6所述低低辐射纳米涂料为功能纳米粒子溶液组合物，是由铟锡氧化物溶液、锑锡氧化物溶液、聚甲基丙稀酸甲酯和聚氨酯混合而成。
通过实施例2所制备的低辐射纳米节能玻璃其主要性能是：紫外线屏蔽率97.1％，红外阻隔率86％，可见光透过率75％，表面硬度2.1H，雾度1.1％。
实施例3
本发明为采用精密辊涂工艺制备环保节能型低辐射纳米涂层玻璃的工艺方法，其主要步骤如下：
1.将被加工玻璃置于水平输送装置上做匀速直线运动，其速度为2.0m/min，其运行方向垂直于辊涂辊组的轴向；输送装置为胶辊辊道传动。
2.对玻璃表面进行预清洗，其方法是在玻璃上表面并列排置多个喷头，使用具有0.2MPa水压的处理水源循环使用，水源应为去离子水，其电导率为200μs/cm。
3.对玻璃表面施加表面活性剂对其进行研磨抛光，研磨抛光装置采用往复运动的旋转盘刷组结构。盘刷组往复运动的频次是20次/min；盘刷转速为100r/min；盘刷距离玻璃表面-2mm。所述的表面活性剂是由水、醇类及酮类溶剂与铝氧化物、锆氧化物按比例混合而成的混合物。
4.对步骤3所得到的玻璃进行清洗工序，清洗采用有去离子水喷淋装置的滚刷清洗结构。所述去离子水其电导率为55μs/cm。所述滚刷转速为220r/min，且滚刷轴向布置与玻璃运行方向成90°，距玻璃表面-2mm。
5.对步骤4所得到的玻璃进行一次烘干，其热风风量为8500m3/h；风压为9000Pa，烘干温度为35℃，烘干时间5min。
6.对步骤5所得到的玻璃进行低辐射纳米节能涂料的涂覆工序。涂覆工序是在一个相对密闭的腔体里进行的，目的是使纳米材料减少挥发。涂覆装置是由两组独立的辊涂组件组成的。所述辊涂组件由涂布辊、定量辊、光辊或刮板机构、供料泵及料液系统组成。所述涂布辊的转速线速度为12m/min；涂布辊与玻璃之间的间隙为0.3mm；所述定量辊的转速线速度为6m/min，定量辊与涂布辊之间的间隙为0.5mm；所述供料泵的供料流量为5L/min，压力为0.1MPa。所述涂覆在玻璃表面的低辐射纳米膜厚度为35μm。
7.对步骤6所得到的低辐射纳米玻璃进行烘干处理，其烘干温度为200℃，烘干时间为5min。
其中，步骤6所述低低辐射纳米涂料为功能纳米粒子溶液组合物，是由铟锡氧化物溶液、锑锡氧化物溶液、聚甲基丙稀酸甲酯和聚氨酯混合而成。
通过实施例3所制备的低辐射纳米节能玻璃其主要性能是：紫外线屏蔽率96.5％，红外阻隔率84.5％，可见光透过率81.5％，表面硬度2.2H，雾度1.1％。
实施例4
本发明为采用精密辊涂工艺制备环保节能型低辐射纳米涂层玻璃的工艺方法，其主要步骤如下：
1.将被加工玻璃置于水平输送装置上做匀速直线运动，其速度为2.0m/min，其运行方向垂直于辊涂辊组的轴向；输送装置为胶辊辊道传动。
2.对玻璃表面进行预清洗，其方法是在玻璃上表面并列排置多个喷头，使用具有0.2MPa水压的处理水源循环使用，水源应为去离子水，其电导率为200μs/cm。
3.对玻璃表面施加表面活性剂对其进行研磨抛光，研磨抛光装置采用往复运动的旋转盘刷组结构。盘刷组往复运动的频次是20次/min；盘刷转速为100r/min；盘刷距离玻璃表面-2mm。所述的表面活性剂是由水、醇类及酮类溶剂与铝氧化物、锆氧化物按比例混合而成的混合物。
4.对步骤3所得到的玻璃进行清洗工序，清洗采用有去离子水喷淋装置的滚刷清洗结构。所述去离子水其电导率为55μs/cm。所述滚刷转速为220r/min，且滚刷轴向布置与玻璃运行方向成90°，距玻璃表面-2mm。
5.对步骤4所得到的玻璃进行一次烘干，其热风风量为8500m3/h；风压为9000Pa，烘干温度为35℃，烘干时间5min。
6.对步骤5所得到的玻璃进行低辐射纳米节能涂料的涂覆工序。涂覆工序是在一个相对密闭的腔体里进行的，目的是使纳米材料减少挥发。涂覆装置是由两组独立的辊涂组件组成的。所述辊涂组件由涂布辊、定量辊、光辊或刮板机构、供料泵及料液系统组成。所述涂布辊的转速线速度为8m/min；涂布辊与玻璃之间的间隙为0.3mm；所述定量辊的转速线速度为6m/min，定量辊与涂布辊之间的间隙为0.5mm；所述供料泵的供料流量为5L/min，压力为0.1MPa。所述涂覆在玻璃表面的低辐射纳米膜厚度为27μm。
7.对步骤6所得到的低辐射纳米玻璃进行烘干处理，其烘干温度为200℃，烘干时间为5min。
其中，步骤6所述低低辐射纳米涂料为功能纳米粒子溶液组合物，是由铟锡氧化物溶液、锑锡氧化物溶液、聚甲基丙稀酸甲酯和聚氨酯混合而成。
通过实施例4所制备的低辐射纳米节能玻璃其主要性能是：紫外线屏蔽率96.1％，红外阻隔率83.6％，可见光透过率82.5％，表面硬度2.2H，雾度1.0％。
实施例5
本发明为采用精密辊涂工艺制备环保节能型低辐射纳米涂层玻璃的工艺方法，其主要步骤如下：
1.将被加工玻璃置于水平输送装置上做匀速直线运动，其速度为2.0m/min，其运行方向垂直于辊涂辊组的轴向；输送装置为胶辊辊道传动。
2.对玻璃表面进行预清洗，其方法是在玻璃上表面并列排置多个喷头，使用具有0.2MPa水压的处理水源循环使用，水源应为去离子水，其电导率为200μs/cm。
3.对玻璃表面施加表面活性剂对其进行研磨抛光，研磨抛光装置采用往复运动的旋转盘刷组结构。盘刷组往复运动的频次是20次/min；盘刷转速为100r/min；盘刷距离玻璃表面-2mm。所述的表面活性剂是由水、醇类及酮类溶剂与铝氧化物、锆氧化物按比例混合而成的混合物。
4.对步骤3所得到的玻璃进行清洗工序，清洗采用有去离子水喷淋装置的滚刷清洗结构。所述去离子水其电导率为55μs/cm。所述滚刷转速为220r/min，且滚刷轴向布置与玻璃运行方向成90°，距玻璃表面-2mm。
5.对步骤4所得到的玻璃进行一次烘干，其热风风量为8500m3/h；风压为9000Pa，烘干温度为35℃，烘干时间5min。
6.对步骤5所得到的玻璃进行低辐射纳米节能涂料的涂覆工序。涂覆工序是在一个相对密闭的腔体里进行的，目的是使纳米材料减少挥发。涂覆装置是由两组独立的辊涂组件组成的。所述辊涂组件由涂布辊、定量辊、光辊或刮板机构、供料泵及料液系统组成。所述涂布辊的转速线速度为6m/min；涂布辊与玻璃之间的间隙为0.3mm；所述定量辊的转速线速度为6m/min，定量辊与涂布辊之间的间隙为0.5mm；所述供料泵的供料流量为5L/min，压力为0.1MPa。所述涂覆在玻璃表面的低辐射纳米膜厚度为22μm。
7.对步骤6所得到的低辐射纳米玻璃进行烘干处理，其烘干温度为200℃，烘干时间为5min。
步骤6所述低低辐射纳米涂料功能纳米粒子溶液组合物，是由铟锡氧化物溶液、锑锡氧化物溶液、聚甲基丙稀酸甲酯和聚氨酯混合而成。
通过实施例5所制备的低辐射纳米节能玻璃其主要性能是：紫外线屏蔽率96％，红外阻隔率83.2％，可见光透过率83.1％，表面硬度2.3H，雾度1.0％。
图1为实例5中得到的低辐射节能玻璃通过检测得到的阻隔紫外线能力和可见光透射率的光谱图。
图2为实例5中得到的低辐射节能玻璃通过检测得到的阻隔近红外线能力和可见光透射率的光谱图。
表1为实施例5中得到的低辐射节能玻璃在国家建材检验认证集团检验的理化性能。
以上检测采用的标准为：
GB/T9286-1998，GB/T9274-1998，GB/T6739-2006，GB/T18915.2-2002，GB/T2680-1994。
表1低辐射节能玻璃理化性能
| 序专 | 检测项目 | 检测结果 |
| 1 | 涂膜外观 | 平整，光滑 |
| 2 | 附着力，级 | 0 |
| 3 | 耐酸性 | 24h无异常 |
| 4 | 耐碱性 | 24h无异常 |
| 5 | 铅笔硬度 | 2H |
Claims (5)
1.一种制备纳米涂层玻璃的方法，该方法包括以下步骤：
（1）对玻璃进行前处理，包括：预清洗、施加表面活性剂对玻璃进行研磨抛光、表面清洗、一次烘干、检验工序；
（2）在一个密封的腔体内，通过辊涂设备，将低辐射纳米涂料均匀涂覆在步骤（1）得到的玻璃表面；
（3）将步骤（2）得到的玻璃进行二次烘干处理，最终得到所述纳米涂层玻璃；
其特征在于，所述的低辐射纳米涂料为一种具有隔热功能的纳米粒子溶液组合物，所述纳米粒子溶液组合物包括：占组合物10～50 %（重量）的无机半导体分散液，50～90 %（重量）的有机成膜物；
所述无机半导体分散液选自氧化铟锡、氧化锡锑、氧化锌铝、氧化锌镓、掺氟氧化锡分散液中的一种或多种；
所述的分散液为水性体系，其中无机半导体颗粒为10-40 %（重量）；
所述的有机成膜物选自聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯；
所述辊涂设备是由两组独立的辊涂组件组成的；所述辊涂组件由涂布辊、定量辊、光辊或刮板机构、供料泵及料液系统组成；在步骤（2）所述对玻璃进行低辐射纳米涂料涂覆的过程中，所述辊涂设备的涂布辊的转速线速度为1～50m/min，涂布辊与玻璃之间的间隙为－1mm～5mm；所述定量辊的转速线速度为1m～100m/min，定量棍与涂布辊直接的间隙为-5mm～5mm；所述供料泵的供料流量为0.1～100L/min，压力为0.01～0.3MPa；
涂覆在玻璃表面的低辐射纳米膜厚度为1μm～300μm；
所述纳米涂层玻璃的紫外线屏蔽率≥95%，红外阻隔率≥80%，可见光透过率60%～85%。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是：在步骤（1）对玻璃表面进行所述的预清洗过程中，使用水源为去离子水，电导率在100～500μｓ/cm范围内。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征是：在步骤（1）对玻璃施加表面活性剂对其进行研磨抛光过程中，研磨抛光装置采用往复运动的旋转盘刷组结构；盘刷组往复运动的频次为10～300次/min，盘刷转速为10～500r/min；表面活性剂采用一种或多种金属氧化物的混合物。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征是：在步骤（1）对玻璃前处理的一次烘干过程中，其热风风量为1000～20000m³/h，风压为1000～20000Pa，温度为20～50℃，烘干时间1～30min 。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征是：在步骤（3）中对玻璃纳米涂层进行烘干，其温度为30～300℃，烘干时间为1～30min。
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