CN112010553B - 一种硅酸盐系的防紫外线钕玻璃及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种硅酸盐系的防紫外线钕玻璃，包括硅酸盐系的主料和辅料，其中辅料包括镨钕和CeO₂，镨钕和主料的质量比设置为0.1‑0.5:100；CeO₂与主料的质量配比设置为：0.1‑0.2：100。硅酸盐系的主料的组分包括：SiO₂；Na₂O；K₂O；B₂O₃；ZnO；PbO；Sb₂O₃。本发明的一种硅酸盐系的防紫外线钕玻璃，具有可以分区间吸收光谱的作用，降低蓝光的透过率，吸收黄光和橙光，截断紫外线，同时具有良好的化学稳定性，光学易加工性和成本低的优势，将该玻璃应用于眼镜时，可适用于高原、海边、沙漠等强紫外线地区。

Description

一种硅酸盐系的防紫外线钕玻璃及其制备方法

技术领域

本发明涉及光学玻璃领域，尤其涉及一种硅酸盐系的防紫外线钕玻璃及其制备方法。

背景技术

在青少年眼健康问题愈发严重的现今，无论是家庭还是社会都对用眼健康越来越重视，除了对眼镜之外，还有灯具等都有不同程度的护眼要求。但现有的护眼灯具和眼镜都是在其外层镀一层防蓝光膜，用于防蓝光，但防蓝光效果并不明确；并且，未区分有益蓝光和有害蓝光。有害蓝光具有极高能量，能穿透晶体直达视网膜，引起视网膜色素上皮细胞的萎缩甚至死亡，且伤害不可逆；而还有益蓝光则可以调节生物节律，对睡眠、情绪、记忆力均有关。另外，对眼可吸收的光谱中，除了蓝光会对眼产生损伤外，黄光、橙光和紫外线也同样会对眼产生损伤，主要表现在强能量的黄光和橙光会造成眩晕，以及造成青光眼；而在沙漠、海边、高山等臭氧层含量少的地区，阳光直射强度大，紫外线对人体的伤害远大于其他地区。因此，从护眼需求出发，对用于护眼产品的玻璃具有分区间吸收光谱的作用，但目前普通玻璃还无法达到对光谱分区间吸收的作用。而现有的稀磷酸系钕玻璃具有特定的光谱特性，即具有一定的分区间吸收光谱的作用，但其因易吸水而使得玻璃的稳定性差，并且应力变化大，膨胀系数大，通常用于军工，适用于激光系统，并且成本非常高，将钕玻璃应用于普通民用或护眼产品中，无论从稳定性还是成本方面都非常不适用。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是普通玻璃无法实现分区间吸收光谱，而具有分区间吸收光谱作用的稀磷酸盐系钕玻璃又具有成本极高、吸水性好和稳定性差等问题，不适合用于护眼产品中。因此，本发明提供了一种硅酸盐系的防紫外线钕玻璃，具有可以分区间吸收光谱的作用，降低蓝光的透过率，吸收黄光和橙光，截断紫外线，同时具有不易吸水、化学稳定性好、应力小、膨胀系数小，可批量生产和成本低的优势，可将该玻璃应用于眼镜，适用于高原、沙漠地区。

为实现上述目的，本发明提供了一种硅酸盐系的防紫外线钕玻璃，包括硅酸盐系的主料和辅料，其中辅料包括镨钕和CeO₂，镨钕和主料的质量配比设置为0.1-0.5:100；CeO₂与主料的质量配比设置为：0.1-0.2:100。

进一步地，硅酸盐系的主料的组分包括：SiO₂；Na₂O；K₂O；B₂O₃；ZnO；PbO；Sb₂O₃。

进一步地，硅酸盐系的主料，按摩尔百分比来计算，包括：

进一步地，SiO₂和K₂O的比例(按摩尔百分比)为3.80-7.13。

进一步地，SiO₂和K₂O的比例(按摩尔百分比)为5.34。

进一步地，硅酸盐系的钕玻璃的折射率为nd＝1.52～1.57。

进一步地，硅酸盐系的钕玻璃的折射率为nd＝1.537。

进一步地，硅酸盐系的钕玻璃对对380nm～500nm的光的透过率为70-90％，对524nm～534nm的透过率为29.2％～37.6％，570nm～594nm的光的透过率为0.6-7％。

进一步地，K₂O的来源主要来源于KNO₃和K₂CO₃,KNO₃和K₂CO₃的比例(按摩尔百分比)设置为1.05-1.17。

本发明的另一实施例提供了一种硅酸盐系的防紫外线钕玻璃的制备方法，包括以下步骤：

在计量系统中设定各原料的计量，根据需求称重，自动投放各原料至自动混料机；

由自动混料机将各原料混合，采用转速为0—60转/分的变频控制，自动混料机持续旋转60分钟，将原料完全混合；

将混合后的混料以薄层投料的方式投入温度为1400±30℃的气电炉，待所有混料均投入气电炉后，进行搅拌；

搅拌完成后，将搅拌并降温至1100-1150℃后的玻璃液倒入耐高温模具进行浇注；

浇注后放入退火炉降温至520±3℃保温48小时后，再以每小时降低3℃的速度降至常温。

技术效果

1、将现有的稀磷酸系改成硅酸盐系，更容易实现等离子交换，使其吸水性减弱，应力变化小，膨胀系数变小，稳定性增强；

2、本发明的钕玻璃具有分区间吸收光谱的作用，可见蓝光透过率约为80％左右，其中有害蓝光(415nm-455nm)的透过率约为75％，有益蓝光(455nm-480nm)的透过率约为85％；可见黄光透过率约为30％左右，橙色透过率约为0.6％左右；紫外线的截断区间为0-380nm；

3、降低了生产成本和生产难度，可以实现批量生产，并根据需求生产成本不同厚度的玻璃，应用于民用市场，并且其应用范围更广。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的一个较佳实施例的光谱透过率示意图；

图2是本发明的一个较佳实施例的光谱透过率示意图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一

本实施例提供了一种硅酸盐系的防紫外线钕玻璃，包括硅酸盐系的主料和辅料，其中，辅料包括镨钕和CeO₂，镨钕和主料的质量配比设置为0.1-0.5:100，CeO₂与主料的质量配比设置为：0.1-0.2:100。镨钕作为着色剂、金属氧化物和功能性辅料，使其玻璃可以分区间吸收可见光，使得玻璃具有防眩晕、有效阻隔橙光、黄光和紫外线的作用，有效应对青光眼。硅酸盐系的主料和镨钕可以避免玻璃制作过程中出现析晶现象，增强玻璃的稳定性。CeO₂的增加可以使得玻璃具有阻隔紫外线的作用，并且，在玻璃的制备过程中，CeO₂做为脱色剂，可以使玻璃脱色、澄清。

本实施例的一种硅酸盐系的防紫外线钕玻璃采用硅酸盐系的主料，其主料包括：SiO₂；Na₂O；K₂O；B₂O₃；ZnO；PbO；Sb₂O₃。按摩尔百分比来计算，包括：

S_iO₂作为玻璃主体，S_iO₂的熔点高，当S_iO₂的含量过高时，熔点高，使得制备过程中温度要求高，增加生产成本，K₂O的来源主要来源于KNO₃和K₂CO₃，在主料中加入KNO₃和K₂CO₃，作为助燃物质，降低主料的熔点，但KNO₃和K₂CO₃的量过多时，主料的熔点过低，从而影响玻璃的化学稳定性，因此，KNO₃和K₂CO₃的比例设置为1.05-1.17，S_iO₂和K₂O的质量比为3.80-7.13，优选为5.34。

以下将以具体例子说明本发明的一种硅酸盐系的防紫外线钕玻璃的组分和实验数据。

表1本发明实施例一的一种硅酸盐系的防紫外线钕玻璃的组分和实验数据

组分(％)	1号	2号	3号	4号	5号
						SiO<sub>2</sub>	50.45	52.78	54.05	56.95	58.25
Na<sub>2</sub>O	9.45	10.88	10.13	9.16	9.91
						K2O	13.29	11.14	10.13	7.99	9.06
B<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	1.99	2.08	2.13	2.06	1.98
						ZnO	4.98	5.21	5.33	5.21	3.74
PbO	19.15	17.18	17.48	17.84	16.25
						Sb<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	0.70	0.73	0.75	0.79	0.81
总计	100	100	100	100	100
						镨钕	0.5	0.5	0.1	0.5	0.3
CeO<sub>2</sub>	0.1	0.1	0.2	0.2	0.2
						380nm-500nm透过率(平均)	80％	80％	80％	80％	80％
524nm～534nm的透过率(平均)	29％	29％	30％	30％	29％
						570nm～594nm的透过率(平均)	0.6％	0.5％	0.6％	0.5％	0.5％
D<sub>A</sub>(级)	2	2	2	2	2
						D<sub>w</sub>(级)	1	1	1	1	1
线性膨胀系数(1*10<sup>-7</sup>/℃)	90	90	90	90	90
						紫外线不可透过的波长范围(nm)	200-365	200-365	200-385	200-385	200-385

上述实施例中，D_A为耐酸性，D_W为耐水性，耐酸性和耐水性的等级越低，其玻璃的化学稳定性越高。上述实施例的玻璃成品厚度均为2cm±0.5，折射率为nd＝1.52～1.57，优选为nd＝1.537；玻璃成品的颜色为透明色。可根据实际需求，制备相应的厚度和颜色，其组分配方和制备工艺一致，将不再赘述。

如图1所示，曲线外侧(朝上)的部分，是对光截断的部分，曲线内侧(朝下)的部分，是光可透过的部分。本发明实施例3中，对380nm～500nm的光的透过率为60-91％(其中，有害蓝光(415nm-455nm)的透过率约为75％，有益蓝光(455nm-480nm)的透过率约为85％)，对524nm～534nm的透过率为29.2％～37.6％，570nm～594nm的光的透过率为0.6-7％。如图1所示，当CeO₂与主料的配比为0.1：100时，可以阻隔波长200-365nm的紫外线，如图2所示，当CeO₂与主料的配比为0.2：100时，可以阻隔波长200-385nm的紫外线。

如图1所示，在可见光部分(380nm-760nm)中，本发明实施例的玻璃对其的透过率是分区间的，尤其在波段在524nm～534nm和570nm～594nm的光对人眼造成刺激后容易眩晕(例如夜间行车时)，当本发明实施例的玻璃将上述波段的光阻隔后，可以防止上述波段的光对人眼造成的眩晕的伤害，并且可以阻隔紫外线，以避免强紫外线对人体尤其是人眼的伤害，更适用于高原、沙漠等紫外线强度大的地区，本发明实施例的玻璃可适用于护眼产品、窗户玻璃等。

实施例二

本实施例提供了实施例一中的一种硅酸盐系的防紫外线钕玻璃的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、在计量系统中设定各原料的计量，根据需求，分别将主料和辅料进行称重，然后称重后自动投放各原料至自动混料机；

步骤2、由自动混料机将各原料混合，采用转速为0—60转/分的变频控制，自动混料机持续旋转60分钟，将原料完全混合；

步骤3、将混合后的混料以薄层投料的方式投入温度为1400±30℃的气电炉，待所有混料均投入气电炉后，进行搅拌；

步骤4、搅拌完成后，将搅拌并降温至1100-1150℃后的玻璃液倒入耐高温模具进行浇注；

步骤5、浇注后放入退火炉降温至520±3℃保温48小时后，再以每小时降低3℃的速度降至常温。

其中，计量称重时需要将损耗的部分纳入计算，当需要制备的玻璃液量过大时，需要将原料进行三等分或四等分，将每一份原料投放至自动混料机中完全混合。自动混料机混合时以先慢后快再慢的方式旋转，转速控制在0-60转/分，以保证混料均匀。

原料完全混合后，再依次以薄层投料的方式投入气电炉等待加热。薄层投料的方式是以少量多次减慢速度的方式投料，将传统的一小时投放一次改为一小时投放4-5次，当投入的混合原料在气电炉中铺上薄薄的一层后静置，然后再倒入，过程中需要避免原料的堆积，薄层投料的方式可以减少原料不必要的损耗(例如原料在高温下过度反应等)，对制成性能稳定的玻璃是至关重要的一步。

气电炉需要提前加热至1550±30℃，提前加热可以使气电炉的致密性增强，在混合原料投入前再降温至1440±30℃，气电炉使用天然气，可以达到所需的温度，也更加环保。

搅拌过程需要持续16-18小时，搅拌过程中需要在玻璃液面不同的位置取样三次，检测其透过率、折射率和气泡，以检验搅拌过程是否有出现异常情况。搅拌过程中，搅拌桨以先浅后深再浅再深的方式旋转搅拌，以保证排出玻璃液中的气泡以及搅拌均匀。搅拌过程中使用的搅拌桨采用自制模具挤压成形，必须用玛瑙进行镜片抛光，使搅拌桨致密、无杂质无气孔无毛细裂纹，这样保证容器和搅拌桨对玻璃液不产生脉理、气泡、结石、杂质包裹体。

浇注至模具后经过退火、保温、冷却后成型，进入产品检测阶段。

本发明实施例的一种硅酸盐系的防紫外线钕玻璃的制备方法，制备出的玻璃性能稳定，不易吸水、应力变化小，膨胀系数小，优于现有的钕玻璃的性能，同时制造成本降低，可将优质玻璃用于民用，尤其用于护眼产品。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (2)

1.一种硅酸盐系的防紫外线钕玻璃，其特征在于，包括硅酸盐系的主料和辅料，其中，所述辅料包括镨钕和CeO₂，所述镨钕和主料的质量配比设置为0.1-0.5:100，所述CeO₂与主料的质量配比设置为：0.1-0.2:100；

所述硅酸盐系的主料的组分包括：SiO₂；Na₂O；K₂O；B₂O₃；ZnO；PbO；Sb₂O₃；

所述硅酸盐系的主料，按摩尔百分比来计算，包括：

SiO₂ 50.45-58.25%；

Na₂O 9.16-10.88%；

K₂O 7.99-13.29%；

B₂O₃ 1.98-2.13%；

ZnO 3.74-5.33%；

PbO 16.25-19.15%；

Sb₂O₃ 0.70-0.81%；

SiO₂和K₂O的摩尔百分比的比例为3.80-7.13；

所述硅酸盐系的钕玻璃的折射率为nd=1.52-1.57；

所述硅酸盐系的钕玻璃对380nm~500nm的光的透过率为60-91%，对524nm~534nm的透过率为29.2%~37.6%，570nm~594nm的光的透过率为0.6-7%，CeO₂与主料的配比为0.1：100时，可以阻隔波长200-365nm的紫外线，CeO₂与主料的配比为0.2：100时，可以阻隔波长200-385nm的紫外线；

K₂O的来源主要来源于KNO₃和K₂CO₃, KNO₃和K₂CO₃的摩尔百分比的比例设置为1.05-1.17。

2.根据权利要求1所述的一种硅酸盐系的防紫外线钕玻璃的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

在计量系统中设定各原料的计量，根据需求分别称重，然后投放各原料至自动混料机；

由自动混料机将各原料混合，采用转速为0—60转/分的变频控制，自动混料机持续旋转60分钟，将原料完全混合；

将混合后的混料以薄层投料的方式投入温度为1400±30℃的气电炉，待所有混料均投入气电炉后，进行搅拌；

搅拌完成后，将搅拌并降温至1100-1150℃后的玻璃液倒入耐高温模具进行浇注；

浇注后放入退火炉降温至520±3℃保温48小时后，再以每小时降低3℃的速度降至常温。

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