CN110482857B - 玻璃制备工艺、离子交换盐浴料剂及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及玻璃制备技术领域，尤其是一种具有蓝紫光阻隔功能的玻璃。这种玻璃，在可见光波长为380nm‑760nm的平均透过率大于85％；其中，紫光光源波长为380nm‑475nm的平均透过率小于65％。本发明提供的玻璃具有良好的蓝紫光选择性阻隔功能，具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及具有蓝紫光阻隔功能的玻璃，以及具有抗菌、抗紫外线的玻璃。
背景技术
目前，玻璃在人们的生活中使用越来越广泛，尤其是消费类电子产品如手机、平板电脑等。
以消费类电子产品为例，近年来随着消费类电子产品的普及，手机就像食物和衣服一样，成为了我们每一个人生活中的一部分。据凤凰网2018年1月统计数据中国人每天平均手机屏幕使用时间超过3小时。手机使用过程中伴随着紫外线辐射，紫外线对角膜的伤害最大、紫外线对眼的伤害具有累积性，即某一定强度紫外线间歇照射也能产生如同一次大照射产生的效果相同。紫外线对眼睛的伤害就像用炉火加热蛋清，会使本来透明的蛋清变硬，变得不再透明。长期过度暴露于紫外线下可能导致结膜、角膜和视网膜损伤。紫外线对眼睛造成的损害是具有累积性的，防止手机屏幕紫外线的损伤对每一个人在每一个时间都很重要
另一方面，由于人与各类电子产品的接触较为频繁，不可避免的使它们接触汗液、油脂，很容易滋生细菌。有研究结果显示，手机屏幕每平方厘米存在12万个细菌，一些细菌作为病原菌，对人体的健康存在极大的威胁。
面对如此现状，生产一种同时兼具防蓝紫光功能、抗菌功能于一体的玻璃产品，对用户的使用体验非常重要。但是，目前市面上技术都存在缺陷或者不稳定性。
人们希望研发一种屏膜玻璃，可以阻隔蓝光、降低对眼睛的损伤、同时还具有抗菌功能，保护人们健康。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种玻璃，可以阻隔蓝紫光，并兼具抗菌功能。
这种玻璃，在可见光范围内(380nm-760nm)之间的平均透过率大于90％；其中，对蓝紫光(波长380nm-475nm)透过率小于65％
进一步地，国际色度标准的色度范围：主波长579nm-582nm；色纯度10％-16％。
进一步地，测试光源波长为400nm-500nm之间透过率小于85％。
进一步地，测试光源波长为500nm-1000nm之间透过率大于90％。
进一步地，所述玻璃以质量百分比计包括如下组分：
SiO2：50wt％～60wt％；
Al2O3：18wt％～25wt％；
B2O3：0wt％～3wt％；
P2O5：0wt％～2wt％；
MgO：0wt％～3wt％；
CaO：0wt％～2wt％；
ZnO：1wt％～3wt％；
ZrO2：0wt％～4wt％；
Na2O：3wt％～15wt％；
K2O：0wt％～4wt％；
Li2O：0wt％～5wt％。
进一步地，革兰氏阴性菌大肠杆菌的抗菌率为87％-99％
进一步地，革兰氏阳性菌金黄葡萄球菌的抗菌率为95％-99％。
本发明还提供一种玻璃制备工艺的离子交换盐浴料剂，包括钾离子和蓝紫光阻隔化合物；其中，所述蓝紫光阻隔化合物的占所述盐浴料剂的质量分数为1～10wt％；所述蓝紫光阻隔化合物选自银盐、钡盐、铜盐中至少一种。
进一步地，所述蓝紫光阻隔化合物的质量分数为1～8wt％。
进一步地，所述蓝紫光阻隔化合物的质量分数为1～5wt％
进一步地，所述蓝紫光阻隔化合物选自硝酸银、硝酸钡或铜硝化物。
本发明还提供这种离子交换盐浴料剂的应用，将所述离子交换盐浴料剂在350℃-450℃下，与含铝硅酸盐玻璃原片盐浴反应，获得具有蓝紫光阻隔功能的玻璃。
进一步地，所述含铝硅酸盐玻璃原片以质量百分比计包括如下组分：
SiO2：50wt％～60wt％；
Al2O3：18wt％～25wt％；
B2O3：0wt％～3wt％；
P2O5：0wt％～2wt％；
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ZnO：1wt％～3wt％；
ZrO2：0wt％～4wt％；
Na2O：3wt％～15wt％；
K2O：0wt％～4wt％；
Li2O：0wt％～5wt％。
本发明还提供一种玻璃制备工艺，包括如下步骤：
提供锂铝硅酸盐玻璃作为玻璃原片；
提供离子交换盐浴料剂，其包括钾离子和蓝紫光阻隔化合物；其中，所述蓝紫光阻隔化合物占所述盐浴料剂的质量分数为1～10wt％；所述蓝紫光阻隔化合物选自银盐、钡盐、铜盐中至少一种；
将所述玻璃原片投入所述离子交换盐浴料剂中，进行盐浴反应。
进一步地，所述盐浴反应包括：一段离子交换步骤，所述一段盐浴的温度为350℃-450℃、盐浴时间为60min-360min。
所述盐浴反应包括：离子迁移步骤，所述离子迁移步骤为控制所述热空气的温度为180℃-500℃；离子迁移15min-300min。
所述盐浴反应包括：二段离子交换步骤，所述二段盐浴的温度为350℃-450℃、盐浴时间为60min-360min。
进一步地，所述盐浴反应包括：离子迁移步骤，所述离子迁移步骤为控制所述热空气的温度为180℃-500℃；离子迁移15min-300min。
进一步地，所述盐浴反应包括：一段离子交换步骤，所述一段盐浴的一段离子交换盐浴料剂包括钠离子与钾离子，所述钠离子与钾离子的比例为大于3:1、小于4:6、温度为350℃-450℃、盐浴时间为60min-360min。
进一步地，所述盐浴反应包括：二段离子交换步骤，所述二段盐浴包括离子交换盐浴料剂，所述离子交换盐浴料剂包括钾离子和蓝紫光阻隔化合物；其中，所述蓝紫光阻隔化合物占所述盐浴料剂的质量分数为1～10wt％；所述蓝紫光阻隔化合物选自银盐、钡盐、铜盐中至少一种；所述二段盐浴步骤温度为350℃-450℃、盐浴时间为60min-360min。
有益效果：
1、本发明提供了一种具有蓝紫光截止功能的抗菌玻璃产品。进一步本专利提供了一种玻璃基材。所述玻璃基材可以通过发明所述离子交换的方法，形成具有蓝紫光截止功能、抗菌性功能的玻璃产品。
2、本发明解决了目前市面上，一般抗菌玻璃产品面临的抗菌功能与防紫外光功能不兼容的问题。
3、本发明采用的技术手段是，使用一种特定的锂铝硅酸盐玻璃基材，采用本发明提供的离子交换方法，经过三步离子转换。致使玻璃表面富集无机抗菌离子，玻璃表面0um-10um深度内，富集蓝紫光吸收功能的金属元素，从而达到抗菌功能与吸收蓝紫光功能。
这种蓝紫光阻隔和抗菌性能俱佳的玻璃产品，应用在电子产品中可预见地具有护眼和抗菌功能，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为实施例二的S4-1、S4-2、S4-3样品玻璃外观色度对比图；
图2为实施例二的S4-14、S4-15、S4-16样品玻璃外观色度对比图；
图3为实施例二的S4-18、S4-19、S4-20样品玻璃外观色度对比图；
图4为实施例二的样品S4-1～S4-13玻璃全光谱透光率测试图；
图5为实施例二的样品S4-1～S4-13玻璃吸光率测试图；
图6为实施例二的样品S4-14～S4-17玻璃全光谱透光率测试图；
图7为实施例二的样品S4-18～S4-21玻璃全光谱透光率测试图。
具体实施方式
实施例一
本实施例提供一种离子交换盐浴料剂，应用于玻璃制备上，可以获得具有蓝紫光阻隔功能的玻璃。常常地，这种离子交换盐浴料剂一般应用在分段盐浴反应中，优选在第二段盐浴反应中使用。
这种离子交换盐浴料剂包括：钾离子和蓝紫光阻隔化合物。其中，所述蓝紫光阻隔化合物的占所述盐浴料剂的质量分数为1～10wt％；所述蓝紫光阻隔化合物选自银盐、钡盐、二价铜盐中至少一种。
优选地，所述蓝紫光阻隔化合物的占所述盐浴料剂的质量分数为1～8wt％；更优选地，所述蓝紫光阻隔化合物的占所述盐浴料剂的质量分数为1～5wt％。
所述蓝紫光阻隔化合物选自银盐、钡盐、二价铜盐中至少一种，例如，可以是硝酸银、硝酸钡、硝酸铜等。
优选地，还可以在上述料剂中引入钠离子，其中，钠离子与钾离子的质量分数之比大于1/20，例如，钠离子：钾离子＝5:95。
当应用该盐浴料剂在熔融状态下与玻璃发生离子交换反应，蓝紫光阻隔离子驱动或进入玻璃原片中，能够使得玻璃降低应力、提高玻璃稳定性；更进一步地，蓝紫光阻隔离子进入到玻璃中则可以让玻璃获得蓝紫光阻隔功能。
实施例二
本实施例提供一种兼具有蓝紫光阻隔功能和抗菌功能的玻璃制备工艺具体地，包括如下步骤：
S1：提供一玻璃原片。本实施例所采用的玻璃原片是一种锂铝硅酸盐玻璃。具体组分的质量比和摩尔比如下表1所示：
表1
当然，该玻璃原片仅为举例，本实施例提供的盐浴料剂及应用方法也可以适用于其他类似组分的玻璃。
S2：S1所述玻璃原片进行一段离子交换。一段盐浴使用使用硝酸钠(分析纯)与硝酸钾(分析纯)配置，钠离子与钾离子的比例为大于3:1、小于4:6；温度为390℃、离子交换时间为110min。获得S2样片。
S3：经过S2所加工的一段离子交换的S2样片，在空气的温度为180℃-500℃；离子迁移15min-300min。优选地，空气温度可以是390-500℃，离子迁移50-100min。如此获得S3样片，进行4组平行试验如表2所示：
表2离子迁移步骤的平行试验参数
离子浓度、温度会对玻璃的性能产生影响。
S4：取所述S3样片的任一种，进行二段盐浴反应。其中，二段盐浴包括离子交换盐浴料剂，离子交换料剂包括钾离子和蓝紫光阻隔化合物；其中，所述蓝紫光阻隔化合物占所述盐浴料剂的质量分数为1～10wt％；所述蓝紫光阻隔化合物选自银盐、钡盐、铜盐中至少一种。
优选地，料剂中还可以引入钠离子，控制钠离子与钾离子的比例大于1/20，例如，钠离子：钾离子＝5:95。
本步骤中，取S3样片中的S33继续S4步骤。
S4平行对照实验组条件如下列表3所示：
表3
实施例三
取实施例二中S4-1～S4-21的玻璃成品作为举例分析。
一、外观
观察条件：检测灯箱、白纸衬底，成品玻璃宽30cm、斜45°，相机摄拍摄取图。
如图1所示，展示了S4-1～S4-3的玻璃成品颜色依次加深，这是随着进入玻璃当中银离子浓度逐步提高而逐步加深；另外，随着盐浴温度升高，也会使得玻璃的颜色加深。其中，国际色度标准CIE的色度范围：主波长579nm-582nm；色纯度10％-16％。
如图2所示，展示了S4-14-S4-17(添加钡离子的实验组)的玻璃成品颜色并无明显改变。
如图3所示，展示了S4-18～S4-21(添加铜离子的实验组)的玻璃成品颜色并无明显改变。
二、吸光度或透光率分析
实施例二中S4-1～S4-21所述样品使用日立723PCS T/R可见分光光度计，波长范围325nm—1000nm全光谱透过率测试，测试条件常压，空气为参比样，测试透过率曲线图(图4-图7)所示，
根据测试结果可知，如图4所示，样品S4-1～S4-13测试光源波长为500nm-1000nm之间透过率大于90％。其中，在肉眼可视波长范围为325nm-760nm之间的平均透过率大于80％；测试光源波长为325nm-400nm之间，透过率小于65％(蓝紫光集中波段)；测试光源波长为400nm-500nm之间透过率小于85％。
如图5所示，随着Ag离子浓度增大，在蓝紫光波段的吸收度越大。
随着蓝紫光阻隔离子的引入浓度增大，蓝紫光波段的阻隔率更高、但对于非蓝紫光波段(500nm-1000nm)几乎无影响。说明成品玻璃具有很好的蓝紫光选择性阻隔的功能。
样品S4-14～S4-17的透光率如图6所示。
样品S4-18～S4-21的透光率如图7所示。
二、抗菌性能分析
取实施例二中S4-1～S4-13的玻璃成品，根据中华人民共和国国家标准—塑料表面抗菌性能实验方法(ISO22196:2007,IDT)测试抗菌效果如下表4所示：
表4
由此可见，样品S4-1～S4-13具有不错的抗菌效果。
Claims (9)
1.一种玻璃，其特征在于，在光源波长为325nm-1000nm之间的平均透过率大于85％；其中，蓝紫光波段325nm-475nm之间，透过率小于65％；测试光源为非蓝紫光，波长为475nm-1000nm之间的平均透过率大于91％；
所述玻璃以质量百分比计包括如下组分：
SiO2：50wt％～60wt％；
Al2O3：18wt％～25wt％；
B2O3：0wt％～3wt％；
P2O5：0wt％～2wt％；
MgO：0wt％～3wt％；
CaO：0wt％～2wt％；
ZnO：1wt％～3wt％；
ZrO2：0wt％～4wt％；
Na2O：3wt％～15wt％；
K2O：0wt％～4wt％；
Li2O：0wt％～5wt％。
2.根据权利要求1所述的玻璃，其特征在于，测试光源为紫外线波长为325nm-380nm之间的平均透过率小于60％。
3.根据权利要求1或2所述的玻璃，其特征在于，测试光源为紫光，波长为380nm-450nm之间的平均透过率小于80％。
4.根据权利要求1或2所述的玻璃，其特征在于，测试光源为蓝光，波长为450nm-475nm之间的平均透过率小于85％。
5.根据权利要求1所述的玻璃，其特征在于，国际色度标准的色度范围：主波长579nm-582nm；色纯度10％-16％。
6.根据权利要求1所述的玻璃，其特征在于，革兰氏阴性菌大肠杆菌的抗菌率为87％-99％。
7.根据权利要求1所述的玻璃，其特征在于，革兰氏阳性菌金黄葡萄球菌的抗菌率为95％-99.9％。
8.一种如权利要求1-7任一项所述玻璃的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：
提供锂铝硅酸盐玻璃作为玻璃原片；
提供离子交换盐浴料剂，其包括钾离子和蓝紫光阻隔化合物；其中，所述蓝紫光阻隔化合物占所述盐浴料剂的质量分数为1～10wt％；所述蓝紫光阻隔化合物选自银盐、钡盐、铜盐中至少一种；
将所述玻璃原片投入所述离子交换盐浴料剂中，进行盐浴反应；
所述盐浴反应包括：离子迁移步骤，所述离子迁移步骤为控制热空气的温度为180℃-500℃；离子迁移15min-300min。
9.根据权利要求8所述的制备工艺，其特征在于，所述盐浴反应包括：二段离子交换步骤，二段盐浴包括离子交换盐浴料剂，所述离子交换盐浴料剂包括钾离子和蓝紫光阻隔化合物；其中，所述蓝紫光阻隔化合物占盐浴料剂的质量分数为1～10wt％；所述蓝紫光阻隔化合物选自银盐、钡盐、铜盐中至少一种；所述二段盐浴步骤温度为350℃-450℃、盐浴时间为60min-360min。
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