CN108751745A - 一种钠钙硅玻璃喷涂刚化处理方法 - Google Patents

一种钠钙硅玻璃喷涂刚化处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种钠钙硅玻璃喷涂刚化处理方法，包括如下步骤：S1、将钠钙硅玻璃预热处理，预热温度为350‑480℃；S2、采用超微雾化器向预热后的钠钙硅玻璃表面喷涂预处理液，预处理液由脂肪酸二乙醇胺硼酸酯、氧化铯、植酸、水组成，保温得到预处理钠钙硅玻璃；S3、在预处理钠钙硅玻璃表面采用超微雾化器喷涂强化熔盐，保温后进行退火处理得到钢化钠钙硅玻璃。本发明采用脂肪酸二乙醇胺硼酸酯、氧化铯、植酸三者配合作为预处理液，在喷涂熔盐前先用预处理液进行雾化喷涂预处理，加快了强化熔盐与钠钙硅玻璃表面的离子交换速度，增大了强化熔盐在玻璃表面的渗透力，增大了应力层厚度，提高强化效果。

Description

一种钠钙硅玻璃喷涂刚化处理方法
技术领域
本发明涉及钠钙硅玻璃喷涂钢化技术领域，尤其涉及一种钠钙硅玻璃喷涂刚化处理方法。
背景技术
玻璃制品在建筑、交通等领域应用越来越多，但是由于玻璃的强度较低，为了改善玻璃抗折和抗张强度方面的不足，在玻璃制造业中经常采用物理钢化和化学钢化进行玻璃强化处理，使其达到机械强度方面的改善和提高。但是钠钙硅玻璃结构致密，不利于离子交换时Na+、K+在玻璃网络中的移动，故而钠钙硅玻璃做化学离子交换强化时，一般在KNO3盐浴中，400～450℃，8～12h强化条件下，应力层深度最高也只能做到20μm左右，当应力层深度大于12μm时，表面压应力一般在470～630MPa左右，化学强化带来强度增加效果有限，且强化时间长。
喷涂强化相比熔盐强化离子交换的时间短得多，但喷涂法离子交换过程是在喷涂液形成固化试剂层与钠钙硅玻璃表面之间的，固相间离子交换和扩散的动力学特性较熔盐强化中液相与固相间的交换逊色很多，其强化应力层深度不及熔盐浸泡强化。因而研究并设计合理的喷涂液和喷涂工艺提高钠钙硅玻璃喷涂强化效果，加快离子扩散速度和增大交换深度是钠钙硅玻璃强化亟待解决的问题之一。
发明内容
本发明提出了一种钠钙硅玻璃喷涂刚化处理方法，采用脂肪酸二乙醇胺硼酸酯、氧化铯、植酸三者配合作为预处理液，在喷涂熔盐前先用预处理液进行雾化喷涂预处理，加快了强化熔盐与钠钙硅玻璃表面的离子交换速度，增大了强化熔盐在玻璃表面的渗透力，增大了应力层厚度，提高强化效果。
本发明提出的一种钠钙硅玻璃喷涂刚化处理方法，包括如下步骤：
S1、将钠钙硅玻璃预热处理，预热温度为350-480℃；
S2、采用超微雾化器向预热后的钠钙硅玻璃表面喷涂预处理液，预处理液由脂肪酸二乙醇胺硼酸酯、氧化铯、植酸、水组成，保温得到预处理钠钙硅玻璃；
S3、在预处理钠钙硅玻璃表面采用超微雾化器喷涂强化熔盐，保温后进行退火处理得到钢化钠钙硅玻璃。
优选地，步骤S2中，预处理液中脂肪酸二乙醇胺硼酸酯、氧化铯、植酸、水的重量比为5-15：3-8：0.5-4：60-85。
优选地，步骤S2中，预处理液中脂肪酸二乙醇胺硼酸酯、氧化铯、植酸、水的重量比为10：6：3：75。
预处理液中脂肪酸二乙醇胺硼酸酯具有很好的耐热性，能够有效去除钠钙硅玻璃表面的杂质，增加强化离子在钠钙硅玻璃表面的渗透性；硝酸钾在高温条件下回分解产生O2，一旦O2积累附着在钠钙硅玻璃表面会阻碍离子的交换过程，氧化铯快速消耗O2生成过氧化铯，加快了离子交换速度，同时生成的过氧化铯具有很好的还原性能，参与了K+和Na+的交换过程，增加了强化熔盐与钠钙硅玻璃的离子交换量；植酸螯合铯离子，与脂肪酸二乙醇胺硼酸酯配合在钠钙硅玻璃表面形成致密的粘黏膜，利于强化熔盐与钠钙硅玻璃表面的喷涂结合力，进一步提高离子交换效果，也能在一定程度上减少钠钙硅玻璃在强化过程中表面形成的裂纹。
优选地，步骤S2中，脂肪酸二乙醇胺硼酸酯中脂肪酸为含有10-18个碳原子的饱和脂肪酸；脂肪酸二乙醇胺硼酸酯中一定含碳数的脂肪酸提高了二乙醇胺硼酸酯分子量的转动柔韧性，提高粘黏效果，但是碳链过长影响了对强化离子的促渗透效果，最佳为14个碳原子的脂肪酸。
优选地，步骤S2中，喷涂预处理液时钠钙硅玻璃表面温度为300-350℃；在实际操作过程中，预处理液的喷涂温度影响钠钙硅玻璃表面的处理效果，温度过低预处理液的雾化效果不佳，雾化粒度大，不利于处理液中有效成分与钠钙硅玻璃表面的接触和相互作用，而温度过高预处理液在钠钙硅玻璃表面的喷涂效果也不好，可能是预处理液粘性和有效成分的性能受到影响，本发明中预处理液的雾化颗粒在5微米以下。
优选地，步骤S2中，每平方米钠钙硅玻璃表面喷涂8-15mL预处理液。
优选地，步骤S2中，保温温度为300-350℃，保温时间为1-3min；预处理液喷涂后保温时间过短，其与钠钙硅玻璃表面的相互作用还未有效进行，而保温时间太久预处理液容易出现硬化现象，影响后续熔盐的喷涂，优选的保温时间为2min。
优选地，强化熔盐中含有KCl和NaNO3。
优选地，KCl和NaNO3摩尔比为90-100：1-8。
优选地，KCl和NaNO3总量在强化熔盐中的质量分数为89-100％。
与熔盐浸渍强化不同，喷涂强化工艺中Na离子对于K+和Na+的交换具有促进作用，但是Na+的含量不易太高。
优选地，强化熔盐中还含有焦磷酸钾和Al2O3；其中，焦磷酸钾与预处理形成的致密膜配合，填充在钠钙硅玻璃微裂纹中，与钠钙硅玻璃的硅酸盐成分键合，减少钠钙硅玻璃表面的微裂纹；同时Al2O3取代钠钙硅玻璃中的SiO 2或Na2O后离子体积增大的同时加快了强化熔盐离子进入钠钙硅玻璃内部，促进离子快速交换。
优选地，焦磷酸钾在强化熔盐中质量分数为2-8％；Al2O3在强化熔盐中质量分数为1-3％。
优选地，步骤S3中，喷涂强化熔盐时钠钙硅玻璃表面温度为630-680℃；本发明中强化熔盐的喷涂颗粒在10微米以下。
优选地，每平方米钠钙硅玻璃表面喷涂8-25mL强化熔盐。
优选地，保温温度为630-680℃，保温时间为2-8min。
优选地，保温时间为6min。
本发明相比现有喷涂强化工艺，在喷涂熔盐前先用预处理液进行雾化喷涂预处理，采用脂肪酸二乙醇胺硼酸酯、氧化铯、植酸三者配合作为预处理液组分，控制合理的喷涂条件，提高喷涂效果，加快了强化熔盐与钠钙硅玻璃表面的离子交换速度，增大了强化熔盐在钠钙硅玻璃表面的渗透力，提高了离子置换层厚度；强化熔盐成分简单，易于控制，与预处理液相互适配，利于强化熔盐在钠钙硅玻璃表面的喷涂，提高了强化效率，避免了钠钙硅玻璃裂纹的产生，大幅度提高了钠钙硅玻璃表面的压应力，增大了离子扩散层厚度，提高了钠钙硅玻璃强度。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
一种钠钙硅玻璃喷涂刚化处理方法，包括如下步骤：
S1、将钠钙硅玻璃预热处理，预热温度为350℃；
S2、采用超微雾化器向预热后的钠钙硅玻璃表面喷涂预处理液，预处理液由脂肪酸二乙醇胺硼酸酯、氧化铯、植酸、水组成，保温得到预处理钠钙硅玻璃；
S3、在预处理钠钙硅玻璃表面采用超微雾化器喷涂强化熔盐，保温后进行退火处理得到钢化钠钙硅玻璃。
实施例2
一种钠钙硅玻璃喷涂刚化处理方法，包括如下步骤：
S1、将钠钙硅玻璃预热处理，预热温度为480℃；
S2、采用超微雾化器向预热后的钠钙硅玻璃表面喷涂预处理液，钠钙硅玻璃表面温度为300℃，预处理液由正辛基硼酸二乙醇胺酯、氧化铯、植酸、水组成，保温得到预处理钠钙硅玻璃；其中，预处理液中正辛基硼酸二乙醇胺酯、氧化铯、植酸、水的重量比为5：8：0.5：85；每平方米钠钙硅玻璃表面喷涂15mL预处理液
S3、在预处理钠钙硅玻璃表面采用超微雾化器喷涂强化熔盐，保温后进行退火处理得到钢化钠钙硅玻璃；强化熔盐由KCl和NaNO3组成，KCl和NaNO3摩尔比为90：1。
实施例3
一种钠钙硅玻璃喷涂刚化处理方法，包括如下步骤：
S1、将钠钙硅玻璃预热处理，预热温度为450℃；
S2、采用超微雾化器向预热后的钠钙硅玻璃表面喷涂预处理液，钠钙硅玻璃表面温度为300℃，预处理液由十二烷基硼酸二乙醇胺酯、氧化铯、植酸、水组成，在300℃下保温3min，得到预处理钠钙硅玻璃；其中，预处理液中十二烷基硼酸二乙醇胺酯、氧化铯、植酸、水的重量比为15：3：4：60；每平方米钠钙硅玻璃表面喷涂8mL预处理液；
S3、在预处理钠钙硅玻璃表面采用超微雾化器喷涂强化熔盐，钠钙硅玻璃表面温度为630℃，在630℃条件下保温8min后进行退火处理得到钢化钠钙硅玻璃；强化熔盐由KCl和NaNO3组成，KCl和NaNO3摩尔比为100：8，每平方米钠钙硅玻璃表面喷涂8mL强化熔盐。
实施例4
一种钠钙硅玻璃喷涂刚化处理方法，包括如下步骤：
S1、将钠钙硅玻璃预热处理，预热温度为450℃；
S2、采用超微雾化器向预热后的钠钙硅玻璃表面喷涂预处理液，钠钙硅玻璃表面温度为320℃，预处理液由十六烷基硼酸二乙醇胺酯、氧化铯、植酸、水组成，在320℃下保温1min，得到预处理钠钙硅玻璃；其中，预处理液中十六烷基硼酸二乙醇胺酯、氧化铯、植酸、水的重量比为10：6：2：75；每平方米钠钙硅玻璃表面喷涂10mL预处理液；
S3、在预处理钠钙硅玻璃表面采用超微雾化器喷涂强化熔盐，钠钙硅玻璃表面温度为680℃，在680℃条件下保温2min后进行退火处理得到钢化钠钙硅玻璃；强化熔盐由KCl、NaNO3、焦磷酸钾和Al2O3组成，(KCl+NaNO3)总量在强化熔盐中的质量分数为89％，焦磷酸钾的质量分数为8％；Al2O3在强化熔盐中质量分数为3％，KCl和NaNO3摩尔比为95：5，每平方米钠钙硅玻璃表面喷涂15mL强化熔盐。
实施例5
一种钠钙硅玻璃喷涂刚化处理方法，包括如下步骤：
S1、将钠钙硅玻璃预热处理，预热温度为450℃；
S2、采用超微雾化器向预热后的钠钙硅玻璃表面喷涂预处理液，钠钙硅玻璃表面温度为330℃，预处理液由十八烷基硼酸二乙醇胺酯、氧化铯、植酸、水组成，在330℃下保温2min，得到预处理钠钙硅玻璃；其中，预处理液中十八烷基硼酸二乙醇胺酯、氧化铯、植酸、水的重量比为10：6：3：75；每平方米钠钙硅玻璃表面喷涂12mL预处理液；
S3、在预处理钠钙硅玻璃表面采用超微雾化器喷涂强化熔盐，钠钙硅玻璃表面温度为650℃，在650℃条件下保温4min后进行退火处理得到钢化钠钙硅玻璃；强化熔盐由KCl、NaNO3、焦磷酸钾和Al2O3组成，(KCl+NaNO3)总量在强化熔盐中的质量分数为97％，焦磷酸钾的质量分数为2％；Al2O3在强化熔盐中质量分数为1％，KCl和NaNO3摩尔比为100：7，每平方米钠钙硅玻璃表面喷涂20mL强化熔盐。
实施例6
一种钠钙硅玻璃喷涂刚化处理方法，包括如下步骤：
S1、将钠钙硅玻璃预热处理，预热温度为450℃；
S2、采用超微雾化器向预热后的钠钙硅玻璃表面喷涂预处理液，钠钙硅玻璃表面温度为320℃，预处理液由十四烷基硼酸二乙醇胺酯、氧化铯、植酸、水组成，在330℃下保温2min，得到预处理钠钙硅玻璃；其中，预处理液中十四烷基硼酸二乙醇胺酯、氧化铯、植酸、水的重量比为10：6：3：75；每平方米钠钙硅玻璃表面喷涂10mL预处理液；
S3、在预处理钠钙硅玻璃表面采用超微雾化器喷涂强化熔盐，钠钙硅玻璃表面温度为640℃，在640℃条件下保温6min后进行退火处理得到钢化钠钙硅玻璃；强化熔盐由KCl、NaNO3、焦磷酸钾和Al2O3组成，(KCl+NaNO3)总量在强化熔盐中的质量分数为92％，焦磷酸钾的质量分数为6％；Al2O3在强化熔盐中质量分数为2％，KCl和NaNO3摩尔比为100：7，每平方米钠钙硅玻璃表面喷涂18mL强化熔盐。
对照例
一种钠钙硅玻璃刚化处理方法，包括如下步骤：
S1、将钠钙硅玻璃预热处理，预热温度为450℃；
S2、在预热钠钙硅玻璃表面采用超微雾化器喷涂强化熔盐，钠钙硅玻璃表面温度为640℃，在640℃条件下保温6min后进行退火处理得到钠钙硅玻璃；强化熔盐由KCl、NaNO3、焦磷酸钾和Al2O3组成，(KCl+NaNO3)总量在强化熔盐中的质量分数为92％，焦磷酸钾的质量分数为6％；Al2O3在强化熔盐中质量分数为2％，KCl和NaNO3摩尔比为100：7，每平方米钠钙硅玻璃表面喷涂18mL强化熔盐。
将实施例2-6所得钢化钠钙硅玻璃与对照例所得钠钙硅玻璃按照玻璃性能指标进行测定和比较，结果如下表所示：
性能指标 应力层深度(μm) 表面应力(MPa)
实施例2 29 780
实施例3 30 793
实施例4 31 816
实施例5 31 810
实施例6 33 834
对照例 19 630
从上表测试数据可以看出，本发明所述钠钙硅玻璃喷涂刚化处理方法所得钢化钠钙硅玻璃与未经预处理液预处理的钠钙硅玻璃相比，大幅增加了玻璃表面化学强化应力层深度，最大可达33μm，提高了玻璃的表面强度，表面应力为780-834MPa。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种钠钙硅玻璃喷涂刚化处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将钠钙硅玻璃预热处理，预热温度为350-480℃；
S2、采用超微雾化器向预热后的钠钙硅玻璃表面喷涂预处理液，预处理液由脂肪酸二乙醇胺硼酸酯、氧化铯、植酸、水组成，保温得到预处理钠钙硅玻璃；
S3、在预处理钠钙硅玻璃表面采用超微雾化器喷涂强化熔盐，保温后进行退火处理得到钢化钠钙硅玻璃。
2.根据权利要求1所述钠钙硅玻璃喷涂刚化处理方法，其特征在于，步骤S2中，预处理液中脂肪酸二乙醇胺硼酸酯、氧化铯、植酸、水的重量比为5-15：3-8：0.5-4：60-85；优选地，步骤S2中，预处理液中脂肪酸二乙醇胺硼酸酯、氧化铯、植酸、水的重量比为10：6：3：75。
3.根据权利要求1或2所述钠钙硅玻璃喷涂刚化处理方法，其特征在于，步骤S2中，脂肪酸二乙醇胺硼酸酯中脂肪酸为含有10-18个碳原子的饱和脂肪酸。
4.根据权利要求1-3任一项所述钠钙硅玻璃喷涂刚化处理方法，其特征在于，步骤S2中，喷涂预处理液时钠钙硅玻璃表面温度为300-350℃。
5.根据权利要求1-4任一项所述钠钙硅玻璃喷涂刚化处理方法，其特征在于，步骤S2中，每平方米钠钙硅玻璃表面喷涂8-15mL预处理液。
6.根据权利要求1-5任一项所述钠钙硅玻璃喷涂刚化处理方法，其特征在于，步骤S2中，保温温度为300-350℃，保温时间为1-3min；优选地，保温时间为2min。
7.根据权利要求1-6任一项所述钠钙硅玻璃喷涂刚化处理方法，其特征在于，强化熔盐中含有KCl和NaNO3；优选地，KCl和NaNO3摩尔比为90-100：1-8；优选地，KCl和NaNO3总量在强化熔盐中的质量分数为89-100％。
8.根据权利要求1-7中任一项所述钠钙硅玻璃喷涂刚化处理方法，其特征在于，强化熔盐中还含有焦磷酸钾和Al2O3。
9.根据权利要求8所述钠钙硅玻璃喷涂刚化处理方法，其特征在于，焦磷酸钾在强化熔盐中质量分数为2-8％；Al2O3在强化熔盐中质量分数为1-3％。
10.根据权利要求1-9中任一项所述钠钙硅玻璃喷涂刚化处理方法，其特征在于，步骤S3中，喷涂强化熔盐时钠钙硅玻璃表面温度为630-680℃；优选地，每平方米钠钙硅玻璃表面喷涂8-25mL强化熔盐；优选地，保温温度为630-680℃，保温时间为2-8min；优选地，保温时间为6min。
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