CN112159102A - 一种高释放量的负离子玻璃空气净化材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高释放量的负离子玻璃空气净化材料，包括该负离子玻璃由以下摩尔百分比的原料制备而成：基础玻璃成分80‑96%，电气石3‑18％，氧化铈0.17‑0.87%，碳酸钕0‑0.17%，各组分之和为100％；基础玻璃成分由以下摩尔百分比的原料制备而成，3‑4％Al2O3、13‑14mol%ZnO、17‑18mol%Na2CO3、65‑66mol%B2O3，各组分之和为100％；该净化材料在保证高负离子释放量的同时，兼具室内玻璃制品应有的透光率。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，具体涉及一种高释放量的负离子玻璃空气净化材料。
背景技术
近年来，随着生活质量的提高，空调成为每家每户的必需品。一般室内冷暖空调房的负离子浓度是0-25个/立方厘米，这样的空气负氧离子浓度极易引发人体的各类生理疾病。解决空调综合征最好的办法就是净化室内空气，保证室内空气负氧离子的含量。IARC是世界范围内癌症研究最权威的机构之一，其研究结果在全球认同度很高。IARC宣布空气污染为一类致癌物，意味着空气污染致癌的风险已经提高到非常高的级别。目前我们无法从根本上解决问题，只能通过净化材料控制建筑室内的空气质量。
玻璃是建筑物中不可或缺的材料，不仅可以使得室内采光好，同时还可以装饰建筑物；随着人类对生活质量的不断提高，同时对玻璃的功效也相应有了更多的要求，因此对于高负离子释放量的玻璃净化材料越来越受到大家的青睐。
中国专利申请号为200820191704 .1公开了一种新型玻璃片。该玻璃片由玻璃基层和电气石粉涂层组成，具有释放负离子和发射远红外线的功能，能够有效屏蔽电磁辐射，灭菌进而改善室内空气环境。但是该玻璃片只是将电气石粉涂在玻璃基体上，电气石粉很容易脱落，功能性和效果持久性较差；中国专利申请号为201110360212.7公开了负离子玻璃和负离子玻璃门窗及其制作方法，包括玻璃本体和附着于所述玻璃本体表面的负离子膜，具有净化空气、吸收紫外线更强和抗菌性更好的特点；但是该负离子玻璃，效果持久性较差，长期使用负离子膜易脱落。
上述现有技术都是采用负离子的膜或者涂层与普通玻璃结合，而未对玻璃材料本身成分进行改进，负离子的膜或者涂层容易脱落，进而导致功能性和效果持久性较差。本发明保证负离子高释放量的同时保证玻璃的透光率，研发出一种高释放量的负离子玻璃空气净化材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高释放量的负离子玻璃空气净化材料，该净化材料在保证高负离子释放量的同时，兼具室内玻璃制品应有的透光率。
本发明采用的技术方案如下：
一种高释放量的负离子玻璃空气净化材料,该负离子玻璃由以下摩尔百分比的原料制备而成：基础玻璃成分80-96%，电气石3-18％，氧化铈0.17-0.87%，碳酸钕0-0.17%，各组分之和为100％；基础玻璃成分由以下摩尔百分比的原料制备而成，3-4％Al2O3、13-14mol%ZnO、17-18mol%Na2CO3、65-66mol%B2O3，各组分之和为100％；玻璃的熔制温度大多在1300-1600℃，而电气石在高温过程中的演变规律，升温过程: 25-890℃，电气石的晶体结构没有发生变化，晶粒尺寸稍有减小趋势; 890-1050℃，电气石生成堇青石，晶粒尺寸迅速减小;1050-1200℃，电气石逐渐熔化，完全转变成堇青石晶相，降低负离子浓度；基础玻璃成分由以下摩尔百分比的原料制备而成，3-4％Al2O3、13-14mol%ZnO、17-18mol%Na2CO3、65-66mol%B2O3，各组分之和为100％；本成分配比可以在900℃左右即可烧制成玻璃，可以避免电气石转变晶相，保证高负离子释放量。
优选的，所述基础玻璃成分由以下摩尔百分比的原料制备而成，3.49mol%Al2O3、13.19mol%ZnO、17.81mol%Na2CO3、65.51mol%B2O3，此比例下制成的负离子玻璃，负离子释放量最佳。
进一步，负离子玻璃由以下摩尔百分比的原料制备而成：基础玻璃成分87.65%，电气石12％，氧化铈0.35%，保证了较高负离子释放量，同时，此配比下的负离子玻璃透射度为59.90%。
进一步，负离子玻璃由以下摩尔百分比的原料制备而成：电气石12％，碳酸钕0.17%，发现碳酸钕的加入量为0.17%时，提升了负离子玻璃的负离子的释放量。
进一步，负离子玻璃由以下摩尔百分比的原料制备而成：基础玻璃成分87.48%，电气石12％，氧化铈0.35%，碳酸钕0.17%；含氧化铈、碳酸钕的负离子玻璃的负离子释放量进一提升步，随着碳酸钕加入量的增加，负离子玻璃越来越清澈，其透明度也有所提升。
负离子玻璃空气净化材料的制备方法，包括以下步骤：
S1:选择基础玻璃成分80-96%，电气石3-18％，氧化铈0.17-0.87%，碳酸钕0-0.17%；各组分之和为100％，将上述成分充分混合后，置于刚玉坩埚中；然后整体放入硅钼炉中，在900℃-1000℃的温度下进行烧制，升温速率为5摄氏度每分钟，加热至500摄氏度；然后升温速率为8摄氏度每分钟升温至900℃-1000℃；保温2h；
S2:将坩埚中的液体倒在已预热的石墨磨具上固化成型，迅速放入430℃箱式炉中，保温2h，随炉降至室温，制得负离子玻璃空气净化材料，去除应力，防止玻璃碎裂。
本发明的有益效果在于：该净化材料在保证高负离子释放量的同时，兼具玻璃制品应有的透光率。
此外，本发明还具备如下特点：
1.电气石粉末含量12%，CeO2粉末含量0.35%时，释放的负离子含量达到一个峰值，此时玻璃透射度59.90%。
2.提出基础玻璃组分3.49mol%Al2O3、13.19mol%ZnO、17.81mol%Na2CO3、65.51mol%B2O3。
3.烧制该负离子玻璃的最佳温度为900℃，该烧制温度下，本申请中的负离子玻璃，释放的负离子含量达到一个峰值。
4.负离子玻璃由以下摩尔百分比的原料制备而成：电气石12％，碳酸钕0.17%，发现碳酸钕的加入量为0.17%时，提升了负离子玻璃的负离子的释放量。
5.负离子玻璃由以下摩尔百分比的原料制备而成：基础玻璃成分87.48%，电气石12％，氧化铈0.35%，碳酸钕0.17%；含氧化铈、碳酸钕的负离子玻璃的负离子释放量进一提升步，随着碳酸钕加入量的增加，负离子玻璃越来越清澈，其透明度也有所提升。
6. 本申请的负离子玻璃具有较高的透光率，可以用于建筑围护结构中，将普通建筑玻璃换成本申请中的负离子玻璃，能够净化室内空气，提高舒适度，可以用于住宅小区，商场，办公大楼等等的建筑中。
附图说明
图1为本发明温度对负离子浓度的影响。
图2为本发明电气石含量对负离子浓度影响。
图3为本发明电气石含量对负离子玻璃的透光率影响。
图4为本发明的氧化铈对负离子浓度影响。
图5温度对氧化铈玻璃负离子浓度的影响。
图6碳酸钕含量对负离子浓度的影响。
图7为左侧为本发明含氧化铈、碳酸钕的负离子玻璃，右侧为本发明含氧化铈碳酸钕的负离子玻璃黑白版。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍，以下所述，仅用以说明本发明的技术方案而非限制。
虽然电气石在塑料、橡胶、涂料等高分子材料中的应用越来越成熟，但是在玻璃材料中的应用局限于电气石加入玻璃中对玻璃性能的影响和晶化时间长短对负氧离子释放量的影响，
实验一：温度对负离子浓度的影响
按照摩尔百分比3.49mol%Al2O3、13.19mol%ZnO、17.81mol%Na2CO3、65.51mol%B2O3、9%电气石粉末，并将上述组分充分混合均匀，同时配制5份；制备温度分别为1000℃、950℃、900℃、850℃、800℃；置于刚玉坩埚中，放入硅钼炉中，升温至相应温度，使原料熔融成液态，并在相应温度下保温2h，将坩埚中的液体倒在已预热的石墨磨具上固化成型，迅速放入430℃箱式炉中，保温2h，随炉降至室温，制得的负离子玻璃空气净化材料，如图1所示。
将制得的负离子玻璃空气净化材料分别放置在大小1立方米的正方形盒子24小时，在环境温度25℃下，用离子浓度测试仪测出20组数据。
表1烧制温度对负离子浓度的影响
如图1所示，制备温度为900℃产生的负离子最多，负离子浓度随着温度值增长先上升后下降，900℃位于拐点值附近。
实验二：电气石含量对负离子浓度影响
按照摩尔百分比3.49mol%Al2O3、13.19mol%ZnO、17.81mol%Na2CO3、65.51mol%B2O3、电气石掺入占总质量的（3%、6%、9%、12%、15%、18%），并将上述组分充分混合均匀，每组配制1份，在900℃烧制；置于刚玉坩埚中，放入硅钼炉中，升温至900℃的最佳温度，使原料熔融成液态，并在相应温度下保温2h，将坩埚中的液体倒在已预热的石墨磨具上固化成型，迅速放入430℃箱式炉中，保温2h，随炉降至室温，制得的负离子玻璃空气净化材料。
将制得的负离子玻璃空气净化材料分别放置在大小1立方米的正方形盒子24小时，在环境温度25℃下，用离子浓度测试仪测出20组数据；然后用BTR-1型可见光透/反射率仪进行玻璃透射度测试。
表2电气石含量对负离子浓度的影响
如图2、3所示，结合玻璃透射度及负离子释放量；掺入电气石占总质量的12%综合性能更好；离子高释放量的同时，保证玻璃的透光率；透明玻璃的透光率是70％-85%，有色玻璃的透光率是55%-60%，所以在制备有色玻璃时，选择掺入电气石占总质量的12%更为合适；制备透明玻璃时，选择掺入电气石占总质量的9%更为合适。
实验三：氧化铈对负离子浓度影响
按照摩尔百分比3.49mol%Al2O3、13.19mol%ZnO、17.81mol%Na2CO3、65.51mol%B2O3，掺入电气石占总质量的12%和添加不同含量的氧化铈粉末粉末（0.17%、0.35%、0.53%、0.70%、0.87%）组成，并将上述组分充分混合均匀，每组配制1份，在900℃烧制；置于刚玉坩埚中，放入硅钼炉中，升温至900℃，使原料熔融成液态，并在相应温度下保温2h，将坩埚中的液体倒在已预热的石墨磨具上固化成型，迅速放入430℃箱式炉中，保温2h，随炉降至室温，制得的负离子玻璃空气净化材料。
将制得的负离子玻璃空气净化材料分别放置在大小1立方米的正方形盒子24小时，在环境温度25℃下，用离子浓度测试仪测出20组数据。
表3氧化铈含量对负离子浓度的影响
如图4所示，对比加入氧化铈与未加入氧化铈的释放量，发现氧化铈的加入量为0.17%、0.35%时，提升了负离子玻璃负离子的释放量，当氧化铈的加入量为0.53%以上时，负离子玻璃变为黄色，抑制了负离子的释放量；因此在900℃烧制含氧化铈的负离子玻璃，随着氧化铈加入量的增加，锌硼负离子玻璃由原来的碧绿色变为黄色，到最后变为不透明，类似陶瓷。
实验四：含氧化铈负离子玻璃的负离子释放量实验
将实验三制得的氧化铈的负离子玻璃，将水浴温度分别调为0℃、10℃、20℃、30℃、40℃、50℃、60℃，保温30分钟，使得玻璃的温度与水浴温度相同，再用离子浓度测试仪测出负离子浓度，测出20组数据。
表4温度对氧化铈玻璃负离子浓度的影响
所以在玻璃所处环境温度为20℃时，含氧化铈的负离子玻璃的释放量达到最大，释放量平均为2676.3ions。
实验五：碳酸钕对负离子浓度影响
按照摩尔百分比3.49mol%Al2O3、13.19mol%ZnO、17.81mol%Na2CO3、65.51mol%B2O3，掺入电气石占总质量的12%和添加不同含量的碳酸钕粉末粉末（0.17%、0.35%、0.53%、0.70%、0.87%）组成，并将上述组分充分混合均匀，每组配制1份，在900℃烧制；置于刚玉坩埚中，放入硅钼炉中，升温至900℃，使原料熔融成液态，并在相应温度下保温2h，将坩埚中的液体倒在已预热的石墨磨具上固化成型，迅速放入430℃箱式炉中，保温2h，随炉降至室温，制得的负离子玻璃空气净化材料。
将制得的负离子玻璃空气净化材料分别放置在大小1立方米的正方形盒子24小时，在环境温度25℃下，用离子浓度测试仪测出20组数据。
表5碳酸钕含量对负离子浓度的影响
如图5所示，对比加入碳酸钕与未加入碳酸钕的释放量，发现碳酸钕的加入量为0.17%时，提升了负离子玻璃的负离子的释放量。
实验六：含氧化铈、碳酸钕的负离子玻璃
按照摩尔百分比3.49mol%Al2O3、13.19mol%ZnO、17.81mol%Na2CO3、65.51mol%B2O3，掺入12%电气石，同时添加0.17%碳酸钕粉末和0.35%氧化铈的，并将上述组分充分混合均匀，配制3份，在900℃烧制；置于刚玉坩埚中，放入硅钼炉中，升温至900℃，使原料熔融成液态，并在相应温度下保温2h，将坩埚中的液体倒在已预热的石墨磨具上固化成型，迅速放入430℃箱式炉中，保温2h，随炉降至室温，制得的负离子玻璃空气净化材料。
将制得的负离子玻璃空气净化材料分别放置在大小1立方米的正方形盒子24小时，在环境温度25℃下，用离子浓度测试仪测出20组数据。
表6含氧化铈、碳酸钕的负离子玻璃的释放量
如图6-7所示，含氧化铈、碳酸钕的负离子玻璃的负离子释放量进一提升步；含氧化铈、碳酸钕的负离子玻璃与含氧化铈碳酸钕的负离子玻璃的成品玻璃进行对比，含氧化铈、碳酸钕的负离子玻璃的负离子玻璃越来越清澈，其透明度也有所提升。
尽管参照前述实例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行和修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种高释放量的负离子玻璃空气净化材料,其特征在于：该负离子玻璃由以下摩尔百分比的原料制备而成：基础玻璃成分80-96%，电气石3-18％，氧化铈0.17-0.87%，碳酸钕0-0.17%，各组分之和为100％；基础玻璃成分由以下摩尔百分比的原料制备而成，3-4％Al2O3、13-14mol%ZnO、17-18mol%Na2CO3、65-66mol%B2O3，各组分之和为100％。
2.根据权利要求1所述的负离子玻璃空气净化材料，其特征在于：所述基础玻璃成分由以下摩尔百分比的原料制备而成，3.49mol%Al2O3、13.19mol%ZnO、17.81mol%Na2CO3、65.51mol%B2O3。
3.根据权利要求2所述的负离子玻璃空气净化材料，其特征在于：所述负离子玻璃由以下摩尔百分比的原料制备而成：基础玻璃成分87.65%，电气石12％，氧化铈0.35%。
4.根据权利要求2所述的负离子玻璃空气净化材料，其特征在于：所述负离子玻璃由以下摩尔百分比的原料制备而成：基础玻璃成分87.83%，电气石12％，碳酸钕0.17%。
5.根据权利要求2所述的负离子玻璃空气净化材料，其特征在于：所述负离子玻璃由以下摩尔百分比的原料制备而成：基础玻璃成分87.48%，电气石12％，氧化铈0.35%，碳酸钕0.17%。
6.一种制备1-5任一权利要求所述的负离子玻璃的制备方法，其特征是，包括以下步骤：
S1:选择基础玻璃成分80-96%，电气石3-18％，氧化铈0.17-0.87%，碳酸钕0-0.17%；各组分之和为100％，将上述成分充分混合后，置于刚玉坩埚中；然后整体放入硅钼炉中，在900℃-1000℃的温度下进行烧制，升温速率为5摄氏度每分钟，加热至500摄氏度；然后以升温速率为8摄氏度每分钟升温至900℃-1000℃；保温2h；
S2:将坩埚中的液体倒在已预热的石墨磨具上固化成型，迅速放入430℃箱式炉中，保温2h，随炉降至室温，制得负离子玻璃空气净化材料。
7.根据权利要求6所述的制备负离子玻璃的制备方法，其特征在于：烧制该负离子玻璃的最佳温度为900℃。
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