CN114409254B - 一种高透光抗红外节能颜色玻璃及其熔化装置 - Google Patents
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Abstract
一种高透光抗红外节能颜色玻璃，所述颜色玻璃为翠蓝色玻璃，包括如下重量百分比的组分：SiO2 64‑77%、Al2O3 0.4‑3%、CaO 7‑12%、MgO 1‑7%、Na2O 12‑16%、Fe2O3 0.05‑1.0%和复合还原剂0.5‑10%。本发明以钠钙硅浮法玻璃为基础组成，通过添加复合还原剂及通过熔窑附属设备向玻璃液中通入还原性气体，共同作用增加了配合料及玻璃液的还原性，将Fe3+还原成Fe2+，显著增加了玻璃成品中Fe2+的含量，提高了玻璃的抗红外节能性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种抗红外玻璃，尤其涉及一种高透光抗红外节能颜色玻璃及其熔化装置。
背景技术
建筑或汽车用挡风玻璃的最佳选择是节能玻璃，要使玻璃具有节能性能就要使玻璃能阻挡红外线，红外线(尤其是远红外线)具有很强的热效应，其能够与大多数分子发生共振现象，将光能(电磁波的能量)转化为分子内能(热能)，太阳的热量主要就是通过红外线传到地球上的，而玻璃中能阻挡红外线的最廉价物质是二价铁。二价铁离子含量增加，玻璃吸收红外线的能力或吸热性就增强，三价铁离子则不具有这种特性。铁通常以氧化亚铁(FeO)和氧化铁(Fe2O3)的形式存在于玻璃中，铁、氧化亚铁和氧化铁之间的平衡对玻璃的颜色和透射率有直接的影响。随着玻璃中氧化亚铁含量的增加(化学还原氧化铁)，红外吸收增加，紫外吸收减少，同时玻璃颜色从黄色或黄绿色变化为蓝绿色，但是玻璃的可见透光率也降低了。
发明内容
本发明为克服现有技术弊端，提供一种高透光抗红外节能颜色玻璃及其熔化装置，以钠钙硅浮法玻璃为基础组成，通过添加复合还原剂及通过熔窑附属设备向玻璃液中通入还原性气体两者共同作用增加了配合料及玻璃液的还原性，将Fe3+还原成Fe2+，显著增加了玻璃成品中Fe2+的含量，提高了玻璃的抗红外节能性能同时玻璃保持较高的透光率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种高透光抗红外节能颜色玻璃，所述颜色玻璃为翠蓝色玻璃，包括如下重量百分比的组分：SiO2 64-77％、Al2O3 0.4-3％、CaO 7-12％、MgO 1-7％、Na2O 12-16％、Fe2O30.05-1.0％和复合还原剂0.5-10％。
上述高透光抗红外节能颜色玻璃，所述复合还原剂重量百分比为0.5-4.0％，其包括如下重量百分比的组分：0.01-1.0％纳米硅粉、0.01-1.0％纳米铝粉、0.01-2.0％氧化亚锡、0.01-3.0％氯化铵和0.0001-2.0％乙二酸。
上述高透光抗红外节能颜色玻璃，所述玻璃中还包括重量百分比0.1-1.3％的硫酸钠和0.01-0.15％的碳粉。
上述高透光抗红外节能颜色玻璃，所述玻璃优选的包括如下重量百分比的组分：SiO2 69.5％、Al2O3 0.8％、CaO 7.9％、MgO 3.9％、Na2O 13.925％、Fe2O3 0.43％、复合还原剂3％、硫酸钠0.6％和碳粉0.045％。
上述高透光抗红外节能颜色玻璃，所述复合还原剂的制备方法为：将纳米铝粉、纳米硅粉、氯化铵、乙二酸、氧化亚锡先用超声设备搅拌30分钟，然后研磨得到颗粒均匀的粉状物，再搅拌30分钟得到复合还原剂，其中氯化铵、乙二酸、纳米铝粉、纳米硅粉、氧化亚锡摩尔百分比为10：6：1：4：3，其比例固定不变。
一种高透光抗红外节能颜色玻璃的熔化装置，所述熔化装置为蓄热室横火焰熔窑，包括火焰空间、熔化池、工作部和蓄热室，所述火焰空腔上带有加料口，其位于所述熔窑上部，所述熔化池位于所述火焰空腔的下部，所述熔化池和工作部之间通过卡脖连接，所述蓄热室设置有两个，分别设置在所述熔化池的两侧，所述熔化池前区池底横向设置有两排熔化电极，所述熔化池的澄清区底部横向设置有一排鼓泡器，所述鼓泡器与还原性气体瓶连接。
上述高透光抗红外节能颜色玻璃的熔化装置，所述还原性气体瓶包括氮气瓶和氢气瓶，氢气通入所述熔化池澄清区的体积百分比为2-8％。
本发明的有益效果是：
本发明节能颜色玻璃呈翠蓝色，其组分中亚铁含量高达30％以上，具有较强的抗红外性能、太阳光近红外(780-2500nm)直接透射小于12％，可见光透过率高达75％以上。本发明玻璃配方中采用复合还原剂，减少了纳米硅粉、纳米铝粉和氧化亚锡的单独添加量，节约了生产成本。
本发明采用复合还原剂，避免单一成分含量过多对玻璃熔化、澄清造成影响，且避免对玻璃的密度、透光率等造成影响，保证了玻璃性能的稳定。
本发明在玻璃熔窑内的熔化澄清池底设置一排鼓泡器，向熔窑内玻璃液中通入还原性气体——氮气和氢气的混合气，解决了高亚铁玻璃吸热差、流动层薄、上下温差大、玻璃液化学均化不好易产生波筋现象的问题；在熔窑熔化部前区池底设置两排电加热——熔化电极，降低了前区风火，减少了还原剂的挥发。
附图说明
图1为本发明熔化装置侧视结构示意图；
图2为熔化装置俯视结构示意图。
图中：1、火焰空间；2、熔化池；3、工作部；4、蓄热室；5、卡脖；6、熔化电极；7、鼓泡器。
具体实施方式
低价铁离子在1050nm处有一吸收带，故吸收红外线并延伸至可见光区，使玻璃呈蓝绿色；高价铁离子在380nm、420nm和435nm处有三个弱吸收带，强烈吸收紫外线，并延伸至可见光区，使玻璃呈黄绿色。两种价态铁的氧化物共存，Fe2+只在红外区产生吸收，Fe3+只在紫外区产生吸收，当Fe2+过剩时，多余的Fe2+处于八面体配位的网络修饰体位置，形成的是Si4+-O-Fe2+结构。而这种六配位Fe2+在近红外区产生的吸收会使铁酸亚铁的绿蓝色调更蓝一些，当Fe2+浓度达到一定程度时就变成亮丽的蓝色调了。为了提高蓝色调玻璃的抗红外性能，一般向玻璃组分中添加还原剂，将玻璃液中的Fe3+还原为Fe2+，以增加玻璃中的Fe2+含量。现有技术中单独添加碳粉、铝粉或硅粉等，单独的还原剂还原性能有限，且如果添加过多，会导致玻璃性能发生变化，影响玻璃澄清，降低玻璃透过率，且成本过高。此外，碳粉添加过多，容易引起硫碳着色且影响玻璃澄清。本发明采用复合还原剂：0.01-1.0％纳米硅粉、0.01-1.0％纳米铝粉、0.01-2.0％氧化亚锡、0.01-3.0％氯化铵和0.0001-2.0％乙二酸，且玻璃组分中添加碳粉和硫酸钠。因为碳粉单独添加过多容易引起硫碳着色，因此向玻璃中引入乙二酸，乙二酸根具有很强的还原性，可以作为还原剂使用，受热后分解为CO和H2O，另外其与活泼金属反应还会生成氢气，可以部分代替碳粉的还原作用。复合还原剂中含有氯化铵和氧化亚锡，氯化铵受热易分解：
该反应为可逆反应，分解产生的氯化氢为强酸，氯化氢和氧化亚锡反应生成氯化亚锡，亚锡离子与三价铁离子反应生成二价铁离子。此外，氧化亚锡本身还具有强还原性，可以作为还原剂将氧化铁还原为氧化亚铁。因为氧化亚锡加热到220℃时会生成氧化锡，氧化锡能够增加玻璃的化学稳定性和机械强度，同时氧化锡也是一种还原剂和澄清剂，在增加玻璃中亚铁含量的同时，保证玻璃的澄清。
本发明复合还原剂中还含有纳米铝粉，铝是玻璃结构的网络中间体，依据环境变化，既能充当网络形成体，又能充当网络修饰体，氧化铝可以提高玻璃的机械强度和化学稳定性。铝粉还原性较强，可以作为还原剂直接将氧化铁还原为氧化亚铁：Al+Fe2O3→Al2O3+FeO，反应后生成的Al2O3可作为玻璃硅氧网络的组成部分，不会对玻璃造成污染，同时，部分铝也可与复合还原剂中的乙二酸反应放出氢气，增强还原性。本发明复合还原剂各组分之间协同作用，提高玻璃液的还原性，增加Fe2+的含量，且不会影响玻璃的澄清，在提高抗红外性能的同时，保证了玻璃的可见光透过率。复合还原剂还能保证玻璃性能的稳定，保证玻璃品质。此外，单独添加单一还原剂，玻璃成本增加30-50元/重箱，而利用本发明复合还原剂制备的玻璃，成本仅比常规玻璃增加10-20元/重箱，大大降低了生产成本。
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
玻璃配方为：包括如下重量百分比的组分：SiO2 70％、Al2O3 1.0％、CaO 8.0％、MgO 4.00％、Na2O 13.925％、Fe2O3 0.43％、复合还原剂2％、硫酸钠0.6％和碳粉0.045％。复合还原剂中氯化铵、乙二酸、纳米铝粉、纳米硅粉、氧化亚锡摩尔百分比为10：6：1：4：3。
具体制备步骤：1)将配方量的纳米铝粉、纳米硅粉、氯化铵、乙二酸、氧化亚锡先用超声设备搅拌30min，然后研磨得到颗粒均匀的粉状物，再搅拌30min，得到复合还原剂；
2)按配方称取玻璃配方的各组分，将各组分充分混合后得到混合料；
3)将得到的混合料加入熔窑内的熔化池2中，利用火焰空间1和蓄热室4加热至1450-1600℃，熔化澄清得到玻璃液；
4)利用熔窑的熔化池2前区池底横向设置的两排熔化电极6电加热，降低前区风火、减少着色剂挥发；利用熔化池2澄清区池底横向设置的一排鼓泡器7，向玻璃液中通入还原性气体-氮气和氢气的混合气，并控制氢气的体积百分占比为5％；
5)将熔窑内的玻璃液通过卡脖输送至工作部，冷却至1050-1200℃后，通过锡槽浮法成型，然后通过退火窑退火、切割得到高透光隔热节能玻璃。
实施例2
玻璃配方为：包括如下重量百分比的组分：SiO2 69.5％、Al2O3 0.8％、CaO 7.9％、MgO 3.9％、Na2O 13.925％、Fe2O3 0.43％、复合还原剂3％、硫酸钠0.6％和碳粉0.045％。复合还原剂中氯化铵、乙二酸、纳米铝粉、纳米硅粉、氧化亚锡摩尔百分比为10：6：1：4：3。
制备步骤同实施例1。
实施例3
玻璃配方为：包括如下重量百分比的组分：SiO2 69％、Al2O3 0.8％、CaO 7.9％、MgO 3.5％、Na2O 13.725％、Fe2O3 0.43％、复合还原剂4％、硫酸钠0.6％和碳粉0.045％。复合还原剂中氯化铵、乙二酸、纳米铝粉、纳米硅粉、氧化亚锡摩尔百分比为10：6：1：4：3。
制备步骤同实施例1。
对比例(浮法浅绿吸热玻璃)
玻璃配方为：包括如下重量百分比的组分：SiO2 70.67％、Al2O3 1.2％、CaO8.5％、MgO 4.0％、Na2O 14.555％、Fe2O3 0.43％、硫酸钠0.6％和碳粉0.045％。
对上述实施例1至实施例3得到的节能玻璃及对比例得到的普通浮法玻璃进行性能测定。
(一)亚铁含量的测定
测定方法为：用分光光度计在1060nm波长处测量样品的透射率，首先代入下式计算光密度OD：
光密度OD＝Log10T0/T
其中，T0＝100－估计的反射损失≈92；T＝在1060nm处的透射率。
然后将得到的光密度OD代入以下公式计算亚铁含量：
(Fe2+)＝110×光密度/(玻璃厚度(以mm计)×总铁(以Fe2O3计)重量％)。测定结果如表1所示。
表1玻璃中亚铁含量
| 名称 | FeO含量％ |
| 实施例1 | 16.5 |
| 实施例2 | 30.5 |
| 实施例3 | 32.4 |
| 对比例(浮法浅绿吸热玻璃) | 12.0 |
由上表可见，复合还原剂对亚铁含量的提高有明显益处，并随着含量的提高作用增强，但是并不是呈线性的关系。
(二)可见光透过率测定
参考ISO 9050：2003测定可见光透过率，测定结果如表2所示：
表2可见光透过率
| 名称 | 可见光透过率％ |
| 实施例1 | 80.2 |
| 实施例2 | 75.56 |
| 实施例3 | 75.19 |
| 对比例(浮法浅绿吸热玻璃) | 82.22 |
由上表可见，由于复合还原剂的加入可见光透过率有一定幅度的降低，这主要是加入还原剂后玻璃呈现翠蓝色导致可见光吸收造成，但是通过控制还原剂的用量可以保证在>75％的可见光高透过率完全满足采光的需要。
(三)抗霉变性能测试
测试方法为：将玻璃置于恒温恒湿箱内，温度设置为60℃，湿度设置为85RH，4天后取出，观察玻璃表面，测试结果如表3所示。
表3玻璃抗霉变性能
| 名称 | 玻璃表面 |
| 实施例1 | 基本无变化 |
| 实施例2 | 基本无变化 |
| 实施例3 | 基本无变化 |
| 对比例(浮法浅绿吸热玻璃) | 轻微霉变 |
由上表可见，由于复合还原剂的加入对玻璃的抗霉变性能有一定的提高，这是由于复合还原剂的加入增加了玻璃中铝、锡的含量，他们参与了网络结构的搭建，从而增加了玻璃网络结构的强度及紧凑性，增强了其化学耐久性。
(四)密度测定
参考测定GB/T2540石油产品密度测定方法，使用沉浮比较法，测定结果如表4所示：
表4密度
| 名称 | 密度 |
| 实施例1 | 2.5085 |
| 实施例2 | 2.5089 |
| 实施例3 | 5.5091 |
| 对比例(浮法浅绿吸热玻璃) | 2.5081 |
由上表可见，加入复合还原剂后玻璃密度增加，这是由于复合还原剂的加入会导致玻璃结构的聚合程度增加，其紧密性更好，并且随着含量的增加其效果增强。
(五)太阳红外热能总透射比测定
参考ISO 9050：2003测定可见光透过率，测定结果如表5所示：
表5红外热能总透射比
由上表可见，由于复合还原剂的加入对红外热能的阻碍作用明显增强，且随着还原剂含量的增加其效果增强，这主要是加入还原剂后使玻璃中二价铁离子含率升高加强了对红外的吸收所致。
通过对本发明节能玻璃以及普通浮法玻璃进行性能测试，可以得到本发明制备的玻璃中亚铁含量明显比普通浮法吸热玻璃亚铁含量高，且本发明制备的可见光透过率仍然能达到75％以上，即，本发明制备的玻璃既能满足对红外线的吸收，又能保证可见光透过率，且具备抗霉变性。
Claims (2)
1.一种高透光抗红外节能颜色玻璃，其特征在于：所述颜色玻璃为翠蓝色玻璃，原料包括如下重量百分比的组分：SiO2 64-77%、Al2O3 0.4-3%、CaO 7-12%、MgO 1-7%、Na2O 12-16%、Fe2O3 0.05-1.0%、复合还原剂0.5-10%、0.1-1.3%的硫酸钠和0.01-0.15%的碳粉；
所述复合还原剂包括如下重量百分比的组分：0.01-1.0%纳米硅粉、0.01-1.0%纳米铝粉、0.01-2.0%氧化亚锡、0.01-3.0%氯化铵和0.0001-2.0%乙二酸；其中氯化铵、乙二酸、纳米铝粉、纳米硅粉、氧化亚锡摩尔百分比为10：6：1：4：3，其比例固定不变。
2.根据权利要求1所述的高透光抗红外节能颜色玻璃，其特征在于：所述复合还原剂的制备方法为：将纳米铝粉、纳米硅粉、氯化铵、乙二酸、氧化亚锡先用超声设备搅拌30分钟，然后研磨得到颗粒均匀的粉状物，再搅拌30分钟得到复合还原剂。
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