CZ36623U1

CZ36623U1 - Zvukoabsorpční materiál na bázi skla s fotokatalytickým efektem

Info

Publication number: CZ36623U1
Application number: CZ2022-40424U
Authority: CZ
Inventors: Michal Ĺ itych; Vlastimil Hotař; Marie Stará; Jana Růžičková; Zuzana Hrubošová
Original assignee: Technická univerzita v Liberci; AVETON s.r.o.
Priority date: 2022-11-02
Filing date: 2022-11-02
Publication date: 2022-11-29

Description

Úřad průmyslového vlastnictví v zápisném řízení nezjišťuje, zda předmět užitného vzoru splňuje podmínky způsobilosti k ochraně podle § 1 zák. ě. 478/1992 Sb.

Zvukoabsorpční materiál na bázi skla s fotokatalytickým efektem

Oblast techniky

Technické řešení se týká zvukoabsorpčního materiálu na bázi skla s fotokatalytickým efektem.

Dosavadní stav techniky

V současné době je známá celá řada interiérových i exteriérových zvukoabsorpčních prvků, podhledů i stěnových obkladů, které snižují hluk v daném prostředí nebo jinak přispívají ke zlepšení akustického komfortu. K těmto prvkům patří také prvky z materiálu na bázi skla - např. z CZ AO č. 129479 je známý skleněný stavební panel, který slouží jako obklad exteriérových stěn stavebních děl; z CZ 27170 je pak známý zvukoabsorpční skleněný panel tvořený vzájemně teplotně spečenými skleněnými částicemi různých tvarů, mezi kterými je vytvořen multicelulární vzduchový labyrint, ve kterém dochází k útlumu zvuku.

Nevýhodou těchto řešení je, že nevyužívají všechny možnosti a vlastnosti skla jako výchozího materiálu.

Cílem technického řešení je zvukoabsorpční materiál na bázi skla se specifickým čisticím fotokatalytickým efektem.

Podstata technického řešení

Cíle technického řešení se dosáhne zvukoabsorpčním materiálem na bázi skla s fotokatalytickým efektem, který je tvořený vzájemně teplotně slinutými skleněnými střepy různých geometrických tvarů, mezi kterými je vytvořený multicelulární vzduchový labyrint, a který je na alespoň jednom svém povrchu opatřený mikroporézní vrstvou bezbarvého laku, ve které jsou zakomponovány částice fotokatalyzátoru. Fotokatalýza je proces chemického rozkladu látek za přítomnosti fotokatalyzátoru, světelného záření vhodné vlnové délky a vzdušného kyslíku. Nejčastějším katalyzátorem je nanokrystalický oxid titaničitý, který je aktivní při excitaci vhodným světelným zářením, např. UV zářením, kdy postupně dochází k fotokatalyzačnímu oxidačnímu odbourávání nečistot (organických látek) a mikroorganismů. Konečným produktem tohoto procesu může být voda a oxid uhličitý. Díky fotokatalytickým účinkům dokáže oxid titaničitý rozkládat organické nečistoty přímo na členitém povrchu panelu a působit tak baktericidně.

Oxid titaničitý se na povrch materiálu na bázi skla nanáší ve formě nanočástic v krystalické modifikaci anatas se zrnitostí menší než 25 nm rozmíchaných v transparentním laku (s výhodou na bázi přírodních olejů, vosků nebo parafínů s obsahem sušidel) tvořícím mikroporézní vrstvu, a to libovolným známým způsobem nanášení, např. nátěrem, nástřikem nebo ponořením do lázně, kdy podstatná většina laku zůstává pouze na povrchu tohoto materiálu. Nejvýhodnějším způsobem je zejména nástřik, kdy se dosáhne nejvyšší rovnoměrnosti vrstvy nanášené kompozice. Poměr transparentního laku a nanočástic oxidu titaničitého v nanášené kompozici je 200:1 až 1000:1, s výhodou 250:1 až 400:1; po vyschnutí je poměr nanočástic oxidu titaničitého vůči sušině transparentního laku ve vytvořené vrstvě 1:100 až 1:500 - podíl nanočástic oxidu titaničitého je tedy cca 0,2 až 1 hm. % vytvořené vrstvy. Nanočástice oxidu titaničitého jsou přitom z principu v celé ploše materiálu s vrstvou laku rozmístěny v podstatě rovnoměrně.

Pro dosažení požadovaného fotokatalytického efektu je nezbytné aplikovat minimálně 0,15 g nanočástic oxidu titaničitého na 1 m² plochy materiálu; s výhodou pak 0,2 až 0,4 g nanočástic oxidu titaničitého na 1 m² plochy materiálu. Při nižší koncentraci oxidu titaničitého se nedosáhne požadovaného fotokatalytického efektu; při vyšší koncentraci oxidu titaničitého již účinnost dále nenarůstá. Vytvořená vrstva má po vysušení laku tloušťku 40 až 160 μm, s výhodou 60 až 100 μm.

- 1 CZ 36623 U1

Vhodným transparentním lakem je mikroporézní, vodoodpudivý a vysoce trvanlivý lak na bázi přírodních rostlinných olejů, vosků nebo parafínů s přídavkem sušidel, který se při normálních klimatických podmínkách vysuší a vytvrdí za 10 až 24 hod. Po aplikaci této kompozice a jejím následném zaschnutí se vytvoří souvislá, homogenní, mikroporézní, fotokatalyticky aktivní vrstva.

Efektivnost fotokatalytické vrstvy je přímo úměrná velikosti plochy s aplikovaným fotokatalyzátorem. Proto je výhodné aplikovat fotokatalytickou vrstvu na všechny volné plochy, ke kterým je umožněn přístup denního světla, nejlépe UV záření.

Ve skleněné hmotě materiálu podle technického řešení lze kombinovat skla různých typů nebo s různou barevnou úpravou s podobnou teplotní roztažností.

Ve výhodné variantě se zvukoabsorpční materiál podle technického řešení připraví vrstvením skleněných střepů různých frakcí (s výhodou střepů se všemi rozměry menšími než 30 mm), kdy se na sebe ukládají vrstvy skleněných střepů tak, že každá z vrstev je tvořena střepy srovnatelné velikosti (nebo jednoho typu skla), ale rozměrově (nebo co do typu skla) odlišných od sousední vrstvy, což má za následek estetickou odlišnost výsledných výrobků a jejich vnitřní i vnější struktury. Připravená směs skleněných střepů (rozvrstvených nebo ne) se zarovná do formy libovolného tvaru a společně s ní se umístí do tavící pece, kde se po určené tavící křivce dílčím postupem ohřívá na teplotu 710 až 840 °C, s výhodou kolem 750 °C. Při tom dochází k natavení a slinutí skleněných střepů a tvorbě multicelulárního labyrintu ve struktuře takto vytvářeného materiálu. Po vychladnutí po určené chladicí křivce se vytvořený materiál v případě potřeby dále řeže na potřebný rozměr nebo se formátuje nebo tvaruje do požadovaného tvaru. Skleněné střepy si do určité míry zachovávají svůj výchozí tvar a prostorové rozložení, v důsledku čehož se ve vnitřní struktuře tohoto materiálu vytváří členitý multicelulární vzduchový labyrint. Členitý, avšak bez ostrých hran, je také vnější povrch tohoto materiálu.

Nános transparentního laku obsahujícího nanočástice oxidu titaničitého probíhá až po slinutí.

Zvukoabsorpční materiál na bázi skla podle technického řešení dosahuje díky svému multicelulárnímu vzduchovému labyrintu velmi dobrých zvukoabsorpčních vlastností, když funguje jako porézní absorbér, kdy k útlumu zvuku dochází vlivem kmitání vzduchu v jeho labyrintu a tření o jeho stěny, přitom však díky transparentnímu laku s nanočásticemi oxidu titaničitého získává fotokatalyticky aktivní vlastnosti. Nanočástice oxidu titaničitého můžou být na povrchu tohoto materiálu rozmístěny v podstatě náhodně, nebo můžou být naneseny jen na části povrchu materiálu. Finální produkt z tohoto materiálu tak může kromě zvukoabsorpčních a případně estetických úkolů plnit také čistící a antibakteriální úkoly (např. může odbourávat organické nečistoty a mikroorganismy, může se využít ve smyslu čištění vzduchu, odpadních vod apod.)

Zvukoabsorpční materiál na bázi skla podle technického řešení, resp. výrobky z něj, je použitelný zejména v interiéru. Díky multicelulárnímu vzduchovému labyrintu je prodyšný a vodopropustný. Současně je prostupný pro světlo, nehořlavý, odolný vůči řadě chemikálií a omyvatelný. Výhodou je, že pro jeho výrobu lze použít skleněný odpad. Dle potřeby a uvažované aplikace se z tohoto materiálu mohou vyrábět plošné panely pro umístění např. na stěny nebo strop interiéru, prostorové výrobky libovolného tvaru, jako např. designové panely nebo výrobky čistící vzduch ve svém okolí.

V případě potřeby je možné do struktury zvukoabsorpčního materiálu na bázi skla podle technického řešení zakomponovat další vhodné složky, např. soli zvyšující výslednou pórovitost tohoto materiálu, jako např. uhličitan sodný, uhličitan draselný, chlorid sodný, tetraboritan sodný apod. Současně lze do struktury tohoto materiálu zakomponovat i další neskleněné složky, jako např. barviva, kovy, minerály apod. Kromě toho lze v rámci tohoto materiálu pro dosažení požadovaných optických vlastností a efektů kombinovat skla různých typů nebo s různou barevnou úpravou s podobnou teplotní roztažností, např. sklo na bázi Zr s krystalínovým křišťálovým sklem

- 2 CZ 36623 U1 (sodnodraselný křišťál bezolovnatý), apod., případně pro zabarvení výsledného materiálu použít barevná skla, ve formě střepů a/nebo barevných skleněných korálků (rokajl), apod. Součástí materiálu může být i podíl uranového skla (až 17,5 % hm.) s fluorescenčním vyzařováním, které tvoří část skleněné hmoty tohoto materiálu, a/nebo podíl (až 17,5 % hm.) alespoň jednoho fotoluminiscenčního písku zakomponovaného ve skleněné hmotě tohoto materiálu. Dále lze zakomponovat do struktury tohoto materiálu i termochromní a/nebo fotochromní pigmenty vytvářející po excitaci barevné efekty. Ve výhodné variantě provedení se do skleněné hmoty zakomponuje fotochromní pigment excitovaný zářením, které současně excituje oxid titaničitý barevná změna tohoto pigmentu pak může sloužit jako indikátor průběhu fotokatalýzy.

Příklady uskutečnění technického řešení

Níže je pro názornost uvedeno 6 ilustrativních příkladů zvukoabsorpčního materiálu na bázi skla s fotokatalyticky aktivní vrstvou podle technického řešení.

Příklad 1

Ve formě se vytvořila rovnoměrná plošná vrstva ze 6 kg střepů krystalínového křišťálového skla se všemi rozměry menšími než 15 mm. Na ni se uložila vrstva ze 7 kg střepů krystalínového křišťálového skla se všemi rozměry většími než 5 mm a současně menšími než 30 mm. Takto připravený polotovar se rychlostí 200 °C/h ohřál na teplotu 600 °C. Na ní setrval 60 minut a poté se rychlostí 175 °C/h ohřál na teplotu 775 °C, na které setrval dalších 10 minut. Přitom došlo k natavení a slinutí skleněných střepů; poté následovalo řízené chlazení. Tímto postupem se připravil zvukoabsorpční panel na bázi skla s hmotností 13 kg, v jehož vnitřní struktuře byl vytvořený multicelulární vzduchový labyrint. Plocha tohoto panelu byla 0,45 m². Na jeden povrch tohoto panelu se po jeho vychladnutí nástřikem naneslo 50,05 g kompozice vytvořené smícháním 50 g laku na bázi přírodních rostlinných olejů (slunečnicový, sójový, bodlákový olej), vosků a parafínů (výrobce spol. Osmo) a 0,05 g nanočástic oxidu titaničitého s velikostí částic menší než 25 nm. Poměr nanočástic oxidu titaničitého a laku tak byl 1: 1000. Po nástřiku se panel 10 hod sušil při pokojové teplotě. Výsledná vrstva laku na povrchu panelu měla tloušťku 40 μm; poměr nanočástic TiO2 a sušiny laku po zaschnutí byl 1:500.

Takto připravený panel má ze strany nástřiku mírně mléčný nádech.

Příklad 2

Ve formě se vytvořila rovnoměrná plošná vrstva z 5 kg střepů krystalínového křišťálového skla se všemi rozměry menšími než 10 mm. Na ni se uložila vrstva z 8 kg střepů krystalínového křišťálového skla se všemi rozměry většími než 5 mm a současně menšími než 30 mm. Takto připravený polotovar se rychlostí 320 °C/h ohřál na teplotu 640 °C. Na ní setrval 40 minut a poté se rychlostí 200 °C/h ohřál na teplotu 840 °C, na které setrval dalších 5 minut. Přitom došlo k natavení a slinutí skleněných střepů; poté následovalo řízené chlazení. Tímto postupem se připravil zvukoabsorpční panel na bázi skla s hmotností 13 kg, v jehož vnitřní struktuře byl vytvořený multicelulární vzduchový labyrint. Plocha tohoto panelu byla 0,45 m². Na jeden povrch tohoto panelu se po jeho vychladnutí nástřikem naneslo 100,5g kompozice vytvořené smícháním 100 g laku na bázi přírodních rostlinných olejů (slunečnicový, sójový, bodlákový olej), vosků a parafínů (výrobce spol. Osmo) a 0,5 g nanočástic oxidu titaničitého s velikostí částic menší než 25 nm. Poměr nanočástic oxidu titaničitého a laku tak byl 1: 200. Po nástřiku se panel 24 hod sušil při pokojové teplotě. Výsledná vrstva laku na povrchu panelu měla tloušťku 160 μm; poměr nanočástic TiO2 a sušiny laku po zaschnutí byl 1:100.

Takto připravený panel má ze strany nástřiku žluto-mléčný nádech.

- 3 CZ 36623 U1

Příklad 3

Ve formě se vytvořila rovnoměrná plošná vrstva ze 4,5 kg střepů krystalínového křišťálového skla se všemi rozměry menšími než 25 mm. Na ni se uložila vrstva z 8,5 kg střepů krystalínového 5 křišťálového skla se všemi rozměry většími než 10 mm a současně menšími než 35 mm. Takto připravený polotovar se rychlostí 200 °C/h ohřál na teplotu 600 °C. Na ní setrval 60 minut a poté se rychlostí 175 °C/h ohřál na teplotu 775 °C, na které setrval dalších 10 minut. Přitom došlo k natavení a slinutí skleněných střepů; poté následovalo řízené chlazení. Tímto postupem se připravil zvukoabsorpční panel na bázi skla s hmotností 13 kg, v jehož vnitřní struktuře byl 10 vytvořený multicelulární vzduchový labyrint. Plocha tohoto panelu byla 0,45 m². Na jeden povrch tohoto panelu se po jeho vychladnutí nástřikem naneslo 75,3 g kompozice vytvořené smícháním 75 g laku na bázi přírodních rostlinných olejů (slunečnicový, sójový, bodlákový olej), vosků a parafínů (výrobce spol. Osmo) a 0,3 g nanočástic oxidu titaničitého s velikostí částic menší než 25 nm. Poměr nanočástic oxidu titaničitého a laku tak byl 1: 250. Po nástřiku se panel 18 hod sušil 15 při pokojové teplotě. Výsledná vrstva laku na povrchu panelu měla tloušťku 100 pm; poměr nanočástic TiO2 a sušiny laku po zaschnutí byl 1:125.

Takto připravený panel má ze strany nástřiku žluto-mléčný nádech.

Příklad 4

Ve formě se vytvořila rovnoměrná plošná vrstva ze 2,5 kg střepů krystalínového křišťálového skla se všemi rozměry menšími než 20 mm. Na ni se uložila vrstva z 6 kg střepů krystalínového křišťálového skla se všemi rozměry většími než 15 mm a současně menšími než 40 mm. Na ni se 25 uložila vrstva z 4,5 kg střepů krystalínového křišťálového skla se všemi rozměry většími než 15 mm. Takto připravený polotovar se rychlostí 200 °C/h ohřál na teplotu 650 °C. Na ní setrval 30 minut a poté se rychlostí 100 °C/h ohřál na teplotu 750 °C, na které setrval dalších 15 minut. Přitom došlo k natavení a slinutí skleněných střepů; poté následovalo řízené chlazení. Tímto postupem se připravil zvukoabsorpční panel na bázi skla s hmotností 13 kg, v jehož vnitřní 30 struktuře byl vytvořený multicelulární vzduchový labyrint. Plocha tohoto panelu byla 0,45 m². Na jeden povrch tohoto panelu se po jeho vychladnutí nástřikem naneslo 50,1 g kompozice vytvořené smícháním 50 g laku na bázi rostlinných olejů (lněný olej, dřevní olej), vosků (karnaubský vosk) a borovicové pryskyřice (výrobce Kreidezeit) a 0,1 g nanočástic oxidu titaničitého s velikostí částic menší než 25 nm. Poměr nanočástic oxidu titaničitého a laku tak byl 1: 500. Po nástřiku se panel 35 12 hod sušil při pokojové teplotě. Výsledná vrstva na povrchu panelu měla tloušťku 45 pm; poměr nanočástic TiO2 a sušiny nátěru po zaschnutí byl 1:250.

Takto připravený panel má ze strany nástřiku mírně mléčný nádech.

Příklad 5

Ve formě se vytvořila rovnoměrná plošná vrstva ze 4 kg střepů krystalínového křišťálového skla se všemi rozměry menšími než 25 mm. Na ni se uložila vrstva z 9 kg střepů krystalínového křišťálového skla se všemi rozměry většími než 15 mm a současně menšími než 40 mm. Takto 45 připravený polotovar se rychlostí 205 °C/h ohřál na teplotu 615 °C. Na ní setrval 50 minut a poté se rychlostí 170 °C/h ohřál na teplotu 785 °C, na které setrval dalších 10 minut. Přitom došlo k natavení a slinutí skleněných střepů; poté následovalo řízené chlazení. Tímto postupem se připravil zvukoabsorpční panel na bázi skla s hmotností 13 kg, v jehož vnitřní struktuře byl vytvořený multicelulární vzduchový labyrint. Plocha tohoto panelu byla 0,45 m². Na jeden povrch 50 tohoto panelu se po jeho vychladnutí nástřikem naneslo 60,24 g kompozice vytvořené smícháním 60 g laku na bázi přírodních rostlinných olejů (slunečnicový, sójový, bodlákový olej), vosků a parafínů (výrobce spol. Osmo) a 0,24 g nanočástic oxidu titaničitého s velikostí částic menší než 25 nm. Poměr nanočástic oxidu titaničitého a laku tak byl 1: 400. Po nástřiku se panel 12 hod sušil při pokojové teplotě. Výsledná vrstva na povrchu panelu měla tloušťku 60 pm; poměr nanočástic 55 TiO2 a sušiny laku po zaschnutí byl 1:200.

- 4 CZ 36623 U1

Takto připravený panel má ze strany nástřiku lehce žluto-mléčný nádech.

Příklad 6

Stejným postupem jako v příkladu 5 se vytvořil stejný zvukoabsorpční panel na bázi skla. Na každý povrch tohoto panelu se po jeho vychladnutí nástřikem naneslo 50,2 g kompozice vytvořené smícháním 50 g laku na bázi vzácných přírodních olejů a pryskyřic obohacených o přírodní mikronizované vosky (výrobce Borma) a 0,2 g nanočástic oxidu titaničitého s velikostí částic menší 10 než 25 nm. Poměr nanočástic oxidu titaničitého a laku tak byl 1: 250. Po nástřiku se panel 16 hod sušil při pokojové teplotě. Výsledná vrstva na povrchu panelu měla tloušťku 60 pm; poměr nanočástic TiO2 a sušiny laku po zaschnutí byl 1:125.

Takto připravený panel má ze strany nástřiku žluto-mléčný nádech.

Claims

1. Zvukoabsorpční materiál na bázi skla s fotokatalytickým efektem, který je tvořený vzájemně teplotně slinutými skleněnými střepy, mezi kterými je vytvořený multicelulární vzduchový labyrint, 5 vyznačující se tím, že na povrchu tohoto materiálu je nanesená mikroporézní vrstva transparentního laku, ve které jsou uložené nanočástice oxidu titaničitého se zrnitostí menší než 25 nm, přičemž hmotnostní poměr nanočástic oxidu titaničitého vůči sušině transparentního laku je 1:100 až 1:500.

2. Zvukoabsorpční materiál na bázi skla podle nároku 1, vyznačující se tím, že vrstva transparentního laku má tloušťku 40 až 160 pm.

10 3. Zvukoabsorpční materiál na bázi skla podle nároku 1, vyznačující se tím, že vrstva transparentního laku je tvořená lakem na bázi přírodních olejů, vosků nebo parafínů.