CN109592909A - 一种防紫外线节能玻璃的制备方法 - Google Patents

一种防紫外线节能玻璃的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于功能性建筑材料技术领域，涉及一种防紫外线的节能玻璃，主要提供了一种具有防紫外线和光致变色双重功效的纳米粉体及其制备方法。所述具有防紫外线功效的光致变色复合纳米颗粒主要由三氧化钼(MoO3)，二氧化钛(TiO2)，氧化锌(ZnO)、二氧化铈(CeO2)、氧化钴(CoO)和二氧化硅(SiO2)组成，以玻璃为基体将上述的无机复合纳米粉体经湿法涂布法在玻璃上制成复合薄膜，制备成具有防紫外线的节能玻璃。上述发明中的光致变色复合纳米粉体具有优良的分散性，抗氧化性，透光性，且本发明工艺简单，过程稳定可控，变色响应速度快，设备及原料成本低廉，易于操作，无毒害，无污染，便于工业化大批量生产。

Description

一种防紫外线节能玻璃的制备方法
技术领域
本发明属于功能性建筑材料的研究领域，具体涉及一种应用于节能玻璃的具有防紫外线和光致变色双重功效的无机纳米粉体及其制备方法。
背景技术：
玻璃在我们日常生活中随处可见，如应用于居家的普通玻璃水杯、建筑中的大型玻璃窗、汽车玻璃和眼镜片等。据统计其中的建筑用玻璃占玻璃市场的85％以上，而通过玻璃门窗损失的能耗在建筑使用能耗中达到40％以上，因此，对玻璃采取节能措施成为当前迫在眉睫的任务。而且在国家节能减排政策的大力推动下，我国对新型建筑的节能材料应用和既有建筑节能改造的力度进一步加大，研发和应用新型节能玻璃具有重大意义。
目前，市场上多采用的节能玻璃为多层复合玻璃、中空玻璃和填充节能玻璃，以起到保温隔热节能环保的作用。其中前两种玻璃都较厚，相应地对塑钢门窗的要求也提高了，进而增加了成本；后一种制备工业复杂，且对已有的建筑门窗不能进行大规模改造，存在一定的弊端。
光致变色玻璃是一种新型的节能玻璃，其可根据光照的强度而改变其颜色的深浅。当光照增强时玻璃逐渐变灰暗，降低了光及其携带热量的透过率；当光照减弱时玻璃又恢复明亮，提高了光及其携带热量的透过率，以改变玻璃的遮阳系数，达到节能的目的。这种能随早晚及四季的环境变化而自动改变透光率和遮阳系数进行自动调节的智能玻璃，无需人工能源，结构简单，是一种低碳环保的节能玻璃，已经引起了人们的特别关注。
此外，紫外线的照射会引起光化学反应，可使人体机能产生一系列的变化，尤其是对人体的皮肤、眼睛等造成损害。同时，紫外线也会使室内家具被氧化、变色、变旧、变质等，因此，需要将紫外线挡在我们的窗外。本专利为紫外线的阻隔与光致变色相融合的节能玻璃提供一种有效的制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提出一种具有防紫外线和光致变色双重功效的节能玻璃的制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题，使其具有吸收短波长的紫外线、降低紫外线的透过率，对四季环境的变化根据光照强度的不同能自动调节其颜色的深浅，具有高效的变色性能，且不影响玻璃的可见光透光率。
本发明为完成上述目的需采用如下技术方案：
本发明首先提供了一种具有防紫外线和光致变色双重功效的无机复合纳米粉体，其防紫外线和变色机理主要是无机感光材料经光照射后，材料的物质结构发生变化，从而导致吸收光谱改变，进而起到阻隔紫外线和颜色发生明显变化的作用。所述的无机复合纳米粉主要由三氧化钼(MoO3)、二氧化钛(TiO2)、氧化锌(ZnO)、二氧化铈(CeO2)、氧化钴(CoO)和二氧化硅(SiO2)组成。其中，三氧化钼(WO3)，二氧化钛(TiO2)，氧化锌(ZnO)是光致变色所需的三元体，二氧化钛(TiO2)、二氧化铈(CeO2)、氧化钴(CoO)可以有效的阻隔紫外线的照射，二氧化硅(SiO2)的引入可以使几种无机粉料在制备成膜时更易分散，同时提高所制薄膜的稳定性。
本发明中所述无机复合纳米粉具体配比由以下重量份原料制成：三氧化钼(MoO3)40-60份，二氧化钛(TiO2)6-8份，氧化锌(ZnO)10-20份，二氧化铈(CeO2)30-50份，氧化钴(CoO)0.01-0.1份，二氧化钛(TiO2)40-60份。
将上述配制好的原料先溶于溶剂乙醇中，然后装入分散机混合分散10-20min，最后装入到球磨中进行充分的研磨，球磨时间控制在3-6h以内，即可得到分散性良好、尺寸更小、更均匀的纳米粉体。
将所得的无机纳米粉体溶于溶剂异丙醇当中，在玻璃基体上经湿法涂布法制备成复合薄膜，即制备成具有防紫外线和光致变色双重功效的节能玻璃。由于玻璃基底表面残留的灰尘与污渍会导致制备的薄膜均匀性降低，从而产生各种缺陷问题，因此，需要先对玻璃基底进行清洗。
优选地，所选的三氧化钼(MoO3)纳米颗粒为无定型的纳米颗粒，其尺寸分布范围控制在5-20nm。
优选地，所选的二氧化钛(TiO2)纳米颗粒为纯白色纳米粉末，其尺寸分布范围控制在10-30nm。
优选地，所选的氧化铈为常温常压下最稳定的二氧化铈(CeO2)，白色粉末，其尺寸分布范围控制在10-25nm。
优选地，所选溶剂均为色谱纯。
本发明中的光致变色复合纳米粉体具有优良的分散性，抗氧化性，透光性，且本发明工艺简单，过程稳定可控，变色响应速度快，设备及原料成本低廉，易于操作，无毒害，无污染，便于工业化大批量生产适用于工业化应用。
本发明采用合适的光致变色复合纳米颗粒作为前驱体在玻璃表面涂布制成的复合薄膜，所制复合薄膜具有高透过率的特点，在光致变色玻璃和低辐射节能玻璃中应用极广。
具体实施方式
下面对本发明作进一步说明。
实施例1
一种具有防紫外线和光致变色双重功效的节能玻璃的制备方法，采用如下步骤：
1)将三氧化钼(MoO3)、二氧化钛(TiO2)、氧化锌(ZnO)、二氧化铈(CeO2)、氧化钴(CoO)和二氧化硅(SiO2)等纳米粒子按比例配制成浓度为1mol/L的乙醇溶液，再加入一定浓度的分散剂，装入到分散机中分散10分钟，进行充分混合，再加入到球磨机中进行球磨3小时，得到分散性良好、尺寸更小、更均匀的纳米粉体。
2)以玻璃为基底，依次用洗涤剂、丙酮、酒精和超纯水各超声清洗10min，并用超纯水冲洗，在玻璃表面能形成均匀的水膜。待玻璃基底清洗干净后，用氮气气枪将表面的水分吹干，放入干净的培养皿中待用。
3)将所得的无机纳米粉体溶于溶剂异丙醇当中，配制成浓度为1mol/L的异丙醇溶液备用。
4)将配置好的无机纳米粉体溶液在已经清洗干净的玻璃基体上经湿法涂布法制备成复合薄膜，再经退火热处理20分钟，即制备成具有防紫外线和光致变色双重功效的节能玻璃。
本发明具有优良的抗氧化性和稳定性，透光率可达到80％～85％，太阳光照射2分钟后，太阳光透光率降低到15％～20％，阻隔热量50％；无光照60分钟后可以褪色50％～60％，几个小时后可以完全褪色，此变色-褪色可反复循环，比已有变色玻璃的变色响应速度更快，工业步骤简单，过程稳定可控，适用于工业化生产。
实施例2
一种具有防紫外线和光致变色双重功效的节能玻璃的制备方法，采用如下步骤：
1)将三氧化钼(MoO3)、二氧化钛(TiO2)、氧化锌(ZnO)、二氧化铈(CeO2)、氧化钴(CoO)和二氧化硅(SiO2)纳米粒子按比例配制成浓度为2mol/L的乙醇溶液，再加入一定浓度的分散剂，装入到分散机中分散15分钟，进行充分混合，再加入到球磨机中进行球磨4小时，得到分散性良好、尺寸更小、更均匀的纳米粉体。
2)以玻璃为基底，依次用洗涤剂、丙酮、酒精和超纯水各超声清洗15min，并用超纯水冲洗，在玻璃表面能形成均匀的水膜，待玻璃基底清洗干净后，用氮气气枪将表面的水分吹干，放入干净的培养皿中待用。
3)将所得的无机纳米粉体溶于溶剂异丙醇当中，配制成浓度为2mol/L的异丙醇溶液备用。
4)将配置好的无机纳米粉体溶液在已经清洗干净的玻璃基体上经湿法涂布法制备成复合薄膜，再经退火热处理30分钟，即制备成具有防紫外线和光致变色双重功效的节能玻璃。
本发明具有优良的抗氧化性和稳定性，透光率可达到85％～90％，太阳光照射2分钟后，太阳光透光率降低到10％～15％，阻隔热量60％；无光照60分钟后可以褪色60％～70％，几个小时后可以完全褪色，此变色-褪色可反复循环，比已有变色玻璃的变色响应速度更快，工业步骤简单，过程稳定可控，适用于工业化生产。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明的专利范围，凡在本发明说明书内容和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的专利保护范围之内。

Claims (6)

1.一种防紫外线节能玻璃的制备方法，其特征在，制备过程包括以下步骤：
1)将三氧化钼(MoO3)、二氧化钛(TiO2)、氧化锌(ZnO)、二氧化铈(CeO2)、氧化钴(CoO)和二氧化硅(SiO2)纳米粒子按比例配制成浓度为1-3mol/L的乙醇溶液，再加入一定浓度的分散剂，装入到分散机中分散10-20分钟，进行充分混合，再加入到球磨机中进行球磨2-6小时，得到分散性良好、尺寸更小、更均匀的纳米粉体；
2)以玻璃为基底，依次用洗涤剂、丙酮、酒精和超纯水各超声清洗5-20min，并用超纯水冲洗，在玻璃表面能形成均匀的水膜，待玻璃基底清洗干净后，用氮气气枪将表面的水分吹干，放入干净的培养皿中待用；
3)将步骤1)的无机纳米粉体溶于溶剂异丙醇当中，配制成浓度为1-3mol/L的异丙醇溶液备用；
4)将配置好的无机纳米粉体溶液在已经清洗干净的玻璃基体上经湿法涂布法制备成复合薄膜，再经退火热处理20-40分钟，即制备成具有防紫外线和光致变色双重功效的节能玻璃。
2.根据权利要求1所述的一种防紫外线节能玻璃的制备方法，其特征在于：步骤1)中的三氧化钼(MoO3)、二氧化钛(TiO2)、氧化锌(ZnO)、二氧化铈(CeO2)、氧化钴(CoO)和二氧化硅(SiO2)纳米粒子按以下比例混合配置成配方混合物：三氧化钼(MoO3)40-60份，二氧化钛(TiO2)6-8份，氧化锌(ZnO)10-20份，二氧化铈(CeO2)30-50份，氧化钴(CoO)0.01-0.1份，二氧化钛(TiO2)40-60份。
3.根据权利要求1所述的一种防紫外线节能玻璃的制备方法，其特征在于：步骤1)中的无机纳米粉体溶液的配制浓度，分散时间10-15分钟和球磨时间3-5小时。
4.根据权利要求1所述的一种防紫外线节能玻璃的制备方法，其特征在于：步骤2)中的玻璃基底的清洗所用试剂及清洗顺序，清洗所用试剂为洗涤剂、丙酮、酒精和超纯水，并依次用其清洗。
5.根据权利要求1所述的一种防紫外线节能玻璃的制备方法，其特征在于：第三项中的无机粉体溶液的配制浓度为2-3mol/L。
6.根据权利要求1所述的一种防紫外线节能玻璃的制备方法，其特征在于：第四项中的制备方法为湿法涂布法，退火热处理时间在20-30分钟。
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