隐私玻璃的实验室研发制备.pdf

全国性建材科技期刊一一玻璃2024年第1期总第3 8 8 期隐私玻璃的实验室研发制备GUO Zhen,SUN Liqun,DONG Shujuan郭振子孙立群董淑娟（中国耀华玻璃集团有限公司同秦皇岛0 6 6 0 0 0）摘要基于离子本体着色技术研究常用着色剂的着色特点，将实验结果与理论进行对照，分析着色剂的实际着色效果，结合产品的目标性能与实际生产条件，设计合适的隐私玻璃的组分。关键词本体着色；隐私玻璃；混色中图分类号：TQ171文献标识码：A文章编号：10 0 3-19 8 7（2 0 2 4）0 1-0 0 3 6-0 5Laboratory Development and Preparation of Privacy Glass(China Yaohua Glass Group Co.,Ltd,Qinhuangdao 066000,China)Abstract:Study the coloration characteristics of commonly used colorants through ion bulk colorationtechnology,compare experimental results with theory to analyze the actual coloration effect of colorants,and design appropriate components of privacy glass based on the target performance of the product andactual production conditions.Key Words:body coloring,privacy glass,color mixing当玻璃对光吸收时，玻璃就会显现出对应的互补1着色机理研究玻璃的显色就是玻璃本体与光作用的结果，吸收光呈现的颜色波长/nm颜色400紫430蓝紫430460紫蓝460.482蓝482 487绿蓝487493蓝绿493530绿色。不同波长物质的颜色与互补色见表1。表1物质的颜色与互补色吸收光波长/nm颜色绿黄530 559黄559571黄橙571 580橙580587橙红587 597红597 620玫瑰620 675呈现的颜色淡黄绿紫黄绿紫黄蓝紫黄橙紫蓝橙蓝红橙绿蓝红蓝绿作者简介：郭振（19 9 9-），本科，助理工程师，研究方向：颜色玻璃、浮法玻璃工艺。36技术交流根据物质结构的观点，物质对光的吸收是由4mm），产品本身符合钢化、热弯等深加工工艺于原子中的电子（主要是价电子）受到光能激原片标准。发，从能量较低（E）的“轨道”跃迁至能量较2.2着色剂研究高（E,）的“轨道”即由基态跃迁至激发态所为起到指导量产的作用，用于实验室实验制致 1。只要基态与激发态的能差处于可见光的能备的着色剂都选用生产线正在使用的着色剂。在量范围时，相应波长的光就被吸收从而呈现颜确定着色剂之前需要对各种备选色料进行单一色色。能量差越小，吸收光波长越长，所呈现的颜料光谱吸收分析，以便于分析产线所用的着色剂色越深。的着色效果以及着色剂的功能性。颜色玻璃的常见着色方式大致分为三类，即设计单一色料的着色试验，为排除原料中铁离子着色、胶体粒子着色、硫-硒着色。本次试和其他杂质的影响，矿石原料（硅砂、石灰石、验主要选用的着色方式为离子着色。白云石等）用分析纯化工料替代，着色剂分别选根据玻璃结构角度研究过渡金属离子着色机择铁、钻、镍、铜、硒、铬，分浓度梯度依次进理，由氧化物构成的玻璃（硅酸盐玻璃、硼酸盐行熔样试验。玻璃等）结构中存在化合键，由于化合键的不同（1）按基础料比例称量140 g混合基础料，强度，会导致电子激发而引起本征吸收的不同，将单种着色剂分浓度梯度分别配置5组，不加碎因此玻璃的颜色会不同。玻璃，充分混合，选用刚玉埚作为试验器具。大多数过渡金属（铁、钴、镍、铜、铬等）（2）熔化试验采用高温升降炉，升温至外层电子排列在d轨道或轨道上，但外层电子的1510保温9 0 min，3 0 m in 降至13 9 0，13 9 0 排列通常都不是全满结构，这表明外层电子的能保温3 0 min，迅速取出埚倒入经过预热的压制态容易受到外层阴离子的影响而发生能级跃迁，模具，成型后转人退火炉退火，退火炉温度设置会对可见光区产生选择性吸收，而导致玻璃为6 0 0，退火时间3 0 min，而后自然冷却。显色。（3）样片经过磨抛处理后，用北京维科特瑞仪器有限公司的UV-3600PLUS紫外分光光度计2性能设计与着色剂研究进行光谱扫描，得出透过率曲线。2.1性能设计2.3实验结果分析隐私玻璃产品性能设计的首要任务是确保产2.3.1单色料掺铁品的低透过率，以达到产品的隐私功能。但在当单色料掺铁透过率曲线如图1所示。今市场中，欲使产品具备竞争力，就要在保证隐私功能的情况下，赋予产品额外的功能。红外线是能量的主要来源，紫外线对人的健康安全也会产生影响。因此，在产品的性能设计上，不仅仅要关注对可见光波段的吸收，更要关注产品的环保安全性能，具备低可见光透过率的同时，也要保证对红外线与紫外线的有效屏蔽。10080%/率到掺铁1#掺铁2#掺铁3#300掺铁4#掺铁5#拟设计产品光学性能：可见光透过率 2 0%，紫外透过率 5%、红外透过率 2 5%（厚度波长/nm图1单色料掺铁透过率曲线37全国性建材科技期刊一一玻璃铁在玻璃中存在两种价态，即Fe*和Fe。Fe*分别在3 8 0 nm、42 0 n m、43 5n m 处有三个弱吸收带，Fe2*在10 50 nm有一个吸收带、在2 0 50 2200nm有一个吸收带。样品透过率曲线可一一对应二价铁离子和三价铁离子的吸收带。Fe着色以浅蓝色色调为主，Fe着色主要以黄绿色为主，由此判断在不加人其他还原剂情况下，玻璃中以三价铁离子居多，同时还有一部分二价铁离子。此外，由图1还可以看出，Fe在红外区（8 0 0 16 0 0 n m）处有一个宽而强的吸收带，这表明Fe具备良好的吸收红外能力，是赋予产品功能性的重要条件。2.3.2单色料掺钻图2 为单色料掺钻透过率曲线。1001掺钻1#掺钻2#掺钻3#80%/率到604020钴在玻璃中常以Co2*存在，在钠钙硅玻璃中的钴基本不变价，着色稳定。Co在玻璃中存在两种配位体，分别是四配位和六配位，样品颜色外观为蓝色，说明玻璃中以四配位为主，四配位的吸收带比较明显的有540 nm、6 40 n m、140 0 n m。根据图2 可明显观察到540 550 nm、6 40 6 50nm、140 0 150 0 n m 处有明显吸收带，实验结果的透过率曲线也符合四配位吸收带。钻在玻璃着色时能起到良好的调色作用，与铬、锰等着色剂混合着色时可以得到色调均和的绿色、紫色、黑色玻璃。2.3.3单色料掺硒图3 为单色料掺硒透过率曲线。382024年第1期总第3 8 8 期1001掺硒1#80掺硒4#%/率60掺硒2#掺硒3#4020硒是典型的非金属元素，存在-2、0、+4、+6四种价态。在玻璃中基本不单独使用，通常情况下是进行硫、硒着色。单质硒着色的样品在较低浓度时颜色不容易分辨，近乎无色，当浓度较高时，样品颜色为淡紫色。由图3 可以看出，在可见光530550nm处有吸收带，正好对应样品颜色外观显淡紫色，在6 2 0 6 7 0 nm处有另一处吸收带，表明单色料掺硒的玻璃在可见光区域可以吸收橙红光。单质硒的着色能力较弱，在熔化过程中挥发性较大，掺钻4#掺钻5#且硒粉的原料成本较大，使用时需多加注意。2.3.4单色料掺铜图4为单色料掺铜透过率曲线。100掺铜1#掺铜2#波长/nm80图2 单色料掺钻透过率曲线%/率到604020铜在玻璃中有0、+1、+2 三种价态，而三种价态的不同是由于氧化还原气氛导致的。Cu*的外层电子轨道3 d结构稳定，玻璃呈现无色，Cu2在780nm处有吸收带，使玻璃呈现蓝色。由图4可以看出，在7 6 0 7 8 0 nm处有明显的吸收带，样品颜色外观和透过率曲线与理论基本吻合。Cu*在可见光红光区有强烈吸收，常用铬混合使用，以制造绿色信号玻璃。掺硒5#波长/nm图3 单色料掺硒透过率曲线掺铜3#掺铜4#掺铜5#波长/nm图4单色料掺铜透过率曲线210020020技术交流2.3.5单色料掺镍三价铬离子着色为主，样品颜色外观呈现绿色，图5为单色料掺镍透过率曲线。符合物质颜色与互补色的对应关系。铬在玻璃中的溶解度较小，在使用铬着色时候要注意用量，1001掺镍1#掺镍2#80掺镍3#%/率到604020镍在玻璃中能形成Ni2+、Ni*两种价态，一般条件下，在玻璃中以Ni2存在。Ni2*以四配位和六配位存在于玻璃中，六配位Ni2在43 0 nm、8 0 0nm、150 0 n m 处有吸收带，43 0 nm处最为明显。对比实际实验结果，由图5可以看出，42 0 450nm、8 3 0 10 7 0 n m、18 7 0 2 0 0 0 n m 处有三处明显吸收带。在使用镍着色时，需要注意含镍着色的玻璃在钢化前后会产生变色效果，高温时有利于NiO4，低温时有利于NiO。，四配位与六配位的显色效果不同会导致颜色变化。2.3.6单色料掺铬图6 为单色料掺铬透过率曲线。1001掺铬1#掺铬2#80掺铬3#%/率到604020避免铬饱和析出，形成金星。掺镍4#3实验室样品制备掺镍5#目标产品为隐私玻璃，着色技术为离子本体着色，以玻璃基础料为基础，对玻璃组分进行改进，经前期着色剂特点研究，铁、钻、铬等常用波长/nm色料可以选择性吸收可见光、红外光紫外光。因图5单色料掺镍透过率曲线此，选择合适着色剂，吸收大部分可见光、红外、紫外，就可以得到隐私玻璃。此外还要考虑现有熔化工艺，着色剂含量不能过大，尤其是玻璃中的铁含量，由于铁对传热影响较大，在设计组分时应结合现有熔化工艺，保证满足设计性能标准的同时尽可能对熔化工段“减负”。总结上述研发思路，进行熔化试验。试验方案如下：（1）按基础料比例称量17 5g混合基础料，与混合着色剂充分混合，加3 5g碎玻璃，选用刚玉埚作为试验器具。（2）熔化试验采用高温升降炉，升温至1460保温6 0 min，3 0 m in 降至13 9 0，13 9 0 保温3 0 min，迅速取出埚倒入经过预热的压制模具，成型后转人退火炉退火，退火炉温度设置为6 0 0，退火时间3 0 min，而后自然冷却。（3）样片经过磨抛至4nm后，用北京维科特掺铬4#瑞仪器有限公司UV-3600PLUS紫外分光光度计进一掺铬5#行光谱扫描得到数据和透过率曲线，见图7。波长/nm图6 单色料掺铬透过率曲线铬在玻璃中能形成Cr2*、C r*、C r、C r*四种价态，Cr*在50 0 nm、7 2 0 n m、10 0 0 n m 处有吸收带、Cr*在6 50 nm处有吸收带、Cr*在3 6 5nm紫外区有较强吸收带。由图6 可以看出，在6 50 6 8 0nm处有一处较为明显的吸收带，说明在玻璃中以4030%/率到2010波长/nm图7 样品透过率曲线39全国性建材科技期刊一一玻璃多次试验以及调整后，确定隐私玻璃配方，基础成分见表2，着色剂组分见表3。实验室样品Sio,Al,0,71 730.1 1.0表3 着色剂组（质量分数）Fe,0,Cr,0,0.1 1.50.02 0.06表4光学参数厚度/mmT可/%T装/%隐私玻璃实验室样品44结语选用离子着色技术研究了常用着色剂着色性2024年第1期总第3 8 8 期光学参数见表4。表2 隐私玻璃基础成分（质量分数）Na,0K,051501%Coo0.01 0.0517.864.77%CaoMgO69815质，针对现有生产条件研制出了一款本体着色隐私玻璃，在满足产品性能标准的同时适用于现有浮法工艺，保证成品以4mm为标准下，可见光透过率 2 0%，紫外透过率 5%、红外透过率25%。根据市场反馈，优化调整并进一步研发其他性能的隐私玻璃。13.97参考文献1 赵彦钊,般海荣，主编，玻璃工艺学 M.北京：化学工业出版社,2 0 0 6.2 陈福，武丽华，赵恩录,等，编著.颜色玻璃概论 M.北京：化学工业出版社，2 0 0 8.SO,0 0.5Fe,0,0 0.1（上接第2 7 页）冲击法 S,【2 于福华，熊国灿.S7-1200PLC项目化教程 M.北京：北京邮电大学出版社，2 0 18.3 廖常初.S7-1200PLC编程及应用 M.北京：机械工业出版社,2 0 2 1.【4】李赛鹏，王德发，贾怡默.超薄玻璃自动定位九点落球冲击强度试验与仿真 J.玻璃，2 0 2 1,48（11）：3 6-40.5】文杰.深人理解西门子S7-1200PLC及实战应用 M北京：中国电力出版社，2 0 2 0.【6 杨宏孝，何亮，刘冬，等.盖板玻璃多点落球测试准确定位的方法 J.江苏建材,2 0 17（0 5）:9-11.【7】邱岩，臧曙光，包亦望.夹层玻璃落球冲击试验测速系统的开发与试验分析 J.中国建材科技，2 0 10（S2）：154-156.【8 葛茂辉.钢化真空玻璃的抗冲击性能研究 D.河南理工大学,2 0 19.D0I:10.27116/ki.gjzgc.2019.000285.9】邹岚韬.柔性OLED显示模组的落球与落笔冲击数值模拟研究 D.华中科技大学，2 0 2 2.DOI:10.27157/ki.ghzku.2022.001029.10】张治权.夹层玻璃落球冲击剥离性能研究 D.浙江大学,2013.40