阅读说明：本技术 一种玻璃表面的磨砂处理工艺 (Frosted treatment process for glass surface ) 是由 常彩侠 于 2019-10-24 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种玻璃表面的磨砂处理工艺,具体工艺步骤如下：1)玻璃表面的羟基化处理、2)玻璃表面硅烷膜的形成以及3)玻璃表面涂层的制备；本发明通过在玻璃表面形成一层连续完整的硅烷底膜,然后再利用气化的八甲基环四硅氧烷作为携载气体,在等离子体的作用下,使得八甲基环四硅氧烷可以稳定的沉积在玻璃表面,从而使得气化的八甲基环四硅氧烷中携带的混合物粉末可以均匀的沉积分布在玻璃表面的硅烷膜上,经过热处理从而在硅烷膜表面形成一层外层密实内层多孔的梯度多孔结构涂层,使得玻璃表面的磨砂效果好,而且光洁度高、阻挡视线较好,并且后期清洗方便,具有广泛的应用前景。(The invention discloses a frosted treatment process for a glass surface, which comprises the following specific process steps: 1) hydroxylation treatment of the glass surface, 2) formation of a silane film on the glass surface and 3) preparation of a glass surface coating; according to the invention, a layer of continuous and complete silane basement membrane is formed on the surface of the glass, then the gasified octamethylcyclotetrasiloxane is used as carrying gas, under the action of plasma, the octamethylcyclotetrasiloxane can be stably deposited on the surface of the glass, so that the mixture powder carried in the gasified octamethylcyclotetrasiloxane can be uniformly deposited and distributed on the silane membrane on the surface of the glass, and a gradient porous structure coating with a compact outer layer and a porous inner layer is formed on the surface of the silane membrane through heat treatment, so that the glass surface has a good frosting effect, high smoothness, good sight blocking performance, convenience in later cleaning and wide application prospect.)

一种玻璃表面的磨砂处理工艺

技术领域

本发明属于玻璃加工技术领域，具体涉及一种玻璃表面的磨砂处理工艺。

背景技术

磨砂玻璃又叫毛玻璃、暗玻璃，由于表面粗糙，使光线产生漫发射，透过光线柔和而不刺目，投光而不透视，从而形成半透明的雾面效果，具有一种朦胧的美感，多应用于室内隔断、门窗，也有用于商标、工艺品、装饰等。

目前制备磨砂玻璃的工艺有三种：一种是，采用研磨专用工具如砂轮，砂轮相对于玻璃进行高速转动，与玻璃接触后对玻璃进行研磨，破坏玻璃的光洁表面形成磨砂，该方法操作灵活，但人为影响因素大，力度不易掌握，产生不均匀的磨砂，并且薄玻璃不适于手工研磨，容易对玻璃基板产生破坏性的裂纹，加工环境恶劣，玻璃粉尘充满加工空间，对操作者身体健康构成威胁，并且加工效率低，成品率低；第二种工艺是，利用高压空气将一定直径的硬质颗粒喷射于玻璃表面，硬质颗粒与玻璃表面产生撞击，形成均匀分布的小的凹坑，产生磨砂的效果，但是该工艺无法制备出钢化磨砂玻璃，因为玻璃钢化后，表面残留有大量的应力，硬质颗粒的撞击会引起钢化玻璃的破碎；第三种工艺是，将钢化后的玻璃浸泡于含HF的特殊药水中，HF腐蚀玻璃，在玻璃表面形成坑凹不平的磨砂效果，该工艺在生产过程中需要使用毒性较大的HF，对环境的污染严重。

针对上述技术问题，故需要进行改进。

发明内容

本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种玻璃表面的磨砂处理工艺。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种玻璃表面的磨砂处理工艺，具体工艺步骤如下：

1）玻璃表面的羟基化处理

将玻璃放入装有去离子水的容器中，在300-400W超声波下处理10-20min，然后将去离子水倒出，分别用50-70%乙醇和40-50%丙酮各超声波处理5-10min，功率为200-300W，然后将玻璃取出，用氮气吹干后放入装有硫酸和双氧水的混合溶液中，在90-100℃水浴中加热1-2h，待浴液冷却至室温，用去离子水冲洗玻璃至滤液成中性，再用氮气吹干玻璃即可；通过对玻璃表面进行羟基化处理，在玻璃表面引入羟基，有利于后续玻璃表面吸附的醇硅与玻璃表面的羟基发生化学键和反应，不仅可以促进Si-O-Si的形成，提高Si-O-Si的键和密度，而且还可以促进其在玻璃表面的缩聚成膜反应，有利于获得覆盖度高、连续完整的硅烷膜；

2）玻璃表面改性硅烷膜的形成

将羰基铁纤维加入到硅烷偶联剂溶液中，再加入质量分数为3-5%的聚乙二醇水溶液，在300-500r/min下搅拌2-3h，制得浆料，采用浸渍提拉法在玻璃表面形成底膜，然后将附着有底膜的玻璃置于40-50℃烘箱中干燥5-10h，然后在80-100℃烘箱中进一步干燥3-5h即可；利用聚乙二醇水溶液作为分散剂，利用硅烷偶联剂中的硅醇具有良好的吸附作用，通过混合球磨在羰基铁纤维的表面引入硅醇基团，通过硅醇基团与玻璃表面的羟基发生化学键和反应形成Si-O-Si，从而使得玻璃表面形成嵌入有羰基铁纤维的硅烷膜；

3）玻璃表面涂层的制备

将经过羟基化处理的玻璃放入低温等离子体反应腔内，将气化的八甲基环四硅氧烷和雾化的混合物粉末分散液混合后引入等离子体反应腔内，控制气化的八甲基环四硅氧烷的流量在2×10^-6-5×10^-6ml/min.cm²，反应腔内的真空度设置为15-25Pa，控制等离子体放电功率为200-300W，持续放电时间为20-30min，然后取出玻璃，在50-60℃下干燥3-4h，取出后放入加热炉中，升温至350-400℃，保温10-15min，再升温至500-600℃，继续保温10-20min，然后取出，自然冷却至室温即可；经过等离子体的处理，使得玻璃表面硅烷膜中嵌入的羰基铁纤维中的C=O键发生断裂，形成氧自由基，同时八甲基环四硅氧烷中的部分C-Si键在等离子体的作用下同样发生断裂，断裂后形成的含Si自由基部分可与玻璃表面形成的氧自由基结合形成Si-O键，可引发八甲基环四硅氧烷自身聚合，形成的聚合物与玻璃表面C=O断裂形成的含C自由基结合，形成Si-O-C键，从而稳定的沉积在玻璃表面，随着八甲基环四硅氧烷沉积在玻璃表面，其携带的混合物粉末可以均匀的粘结在玻璃表面的硅烷膜上形成涂层，再经过一段的低温热处理，可以使涂层中的硼砂充分转化形成低熔点的三氧化二硼，然后再经二段高温热处理，一方面可以促进三氧化二硼的挥发，使得涂层中形成大量孔隙，从而使得涂层内部呈疏松多孔结构，同时在高温下涂层中硅与氧反应生成二氧化硅，在涂层表面形成致密的二氧化硅薄膜，从而使得涂层外部呈密实结构，并且由于外部涂层与内部涂层界面处无分层与开裂现象，从而使得玻璃表面呈现一种外层密实内层多孔的梯度多孔结构，不仅可以实现玻璃表面的磨砂效果，而且密实的外层结构不利于灰尘的附着，使得玻璃易于清洗，同时涂层中含有的玻璃粉则可以提高涂层的丰满度，有利于提高涂层的光滑度。

优选地，一种玻璃表面的磨砂处理工艺，其中步骤1）中，所述硫酸和双氧水的混合溶液的制备方法如下：按照体积比为3-4:1分别取浓度为80-90%的浓硫酸和浓度为30-35%的双氧水，然后将双氧水缓慢加入浓硫酸溶液中，在加入过程中需要进行搅拌，转速为50-70r/min。

优选地，一种玻璃表面的磨砂处理工艺，其中步骤2）中，所述羰基铁纤维的直径为200-500nm，长径比为30-50；所述硅烷偶联剂溶液是将1份KH-550、1份无水乙醇以及100-130份去离子水混合均匀制备而成的。

优选地，一种玻璃表面的磨砂处理工艺，其中步骤2）中，所述浆料中各成分按配比称取，各成分按重量百分比包括：30-40%的羰基铁纤维、40-50%硅烷偶联剂溶液和10-30%聚乙二醇水溶液。

优选地，一种玻璃表面的磨砂处理工艺，其中步骤2）中，所述提拉法的方法如下：将玻璃放入浆料中，浸渍2-3min后按照10-15cm/min的提拉速度缓慢取出玻璃，然后在80-100℃下热处理5-8min，重复提拉6-10次即可在玻璃表面形成厚度为1-3um的底膜。

优选地，一种玻璃表面的磨砂处理工艺，其中步骤3）中，所述雾化的混合物粉末分散液的制备方法如下：

1）分别取硼砂20-30份，硅粉10-15份，玻璃粉3-5份，混合后放入球磨罐中，加入乙醇50-80份，浓度为1-3%的羧甲基纤维素3-5份，在转速为400-500r/min下混合球磨5-6h，球料比为5-8:1，球磨后使用去离子水反复沉降洗涤至中性，置于50-60℃烘箱中干燥至恒重；

2）将干燥后的产物经粉碎研磨制得平均粒径为10-20um的粉末，然后加入到80-120份去离子水中，在300-400W超声波下振荡分散1-2h，然后经压力式雾化器即可制得，其中压力式雾化器的压力为10-20MPa。

优选地，一种玻璃表面的磨砂处理工艺，其中步骤3）中，所述气化的八甲基环四硅氧烷和雾化的混合物粉末分散液的流量体积比为6-8:1。

本发明相比现有技术具有以下优点：

本发明提供的玻璃表面的磨砂处理工艺，通过在玻璃表面形成一层连续完整的硅烷底膜，然后再利用气化的八甲基环四硅氧烷作为携载气体，在等离子体的作用下，使得八甲基环四硅氧烷可以稳定的沉积在玻璃表面，从而使得气化的八甲基环四硅氧烷中携带的混合物粉末可以均匀的沉积分布在玻璃表面的硅烷膜上，经过热处理从而在硅烷膜表面形成一层外层密实内层多孔的梯度多孔结构涂层，使得玻璃表面的磨砂效果好，而且光洁度高、阻挡视线较好，并且后期清洗方便，具有广泛的应用前景。

具体实施方式

下面结合具体实施方法对本发明做进一步的说明。

实施例1

一种玻璃表面的磨砂处理工艺，具体工艺步骤如下：

1）玻璃表面的羟基化处理

将玻璃放入装有去离子水的容器中，在300W超声波下处理20min，然后将去离子水倒出，分别用50%乙醇和40%丙酮各超声波处理10min，功率为200W，然后将玻璃取出，用氮气吹干后放入装有硫酸和双氧水的混合溶液中，在90℃水浴中加热2h，待浴液冷却至室温，用去离子水冲洗玻璃至滤液成中性，再用氮气吹干玻璃即可；

2）玻璃表面硅烷膜的形成

将羰基铁纤维加入到硅烷偶联剂溶液中，再加入质量分数为3%的聚乙二醇水溶液，在300r/min下搅拌3h，制得浆料，采用浸渍提拉法在玻璃表面形成底膜，然后将附着有底膜的玻璃置于40℃烘箱中干燥10h，然后在80℃烘箱中进一步干燥5h即可；

3）玻璃表面涂层的制备

将经过羟基化处理的玻璃放入低温等离子体反应腔内，将气化的八甲基环四硅氧烷和雾化的混合物粉末分散液混合后引入等离子体反应腔内，控制气化的八甲基环四硅氧烷的流量在2×10^-6ml/min.cm²，反应腔内的真空度设置为15Pa，控制等离子体放电功率为200W，持续放电时间为30min，然后取出玻璃，在50℃下干燥4h，取出后放入加热炉中，升温至350℃，保温15min，再升温至500℃，继续保温20min，然后取出，自然冷却至室温即可。

作为优选，其中步骤1）中，所述硫酸和双氧水的混合溶液的制备方法如下：按照体积比为3:1分别取浓度为80%的浓硫酸和浓度为30%的双氧水，然后将双氧水缓慢加入浓硫酸溶液中，在加入过程中需要进行搅拌，转速为50r/min。

作为优选，其中步骤2）中，所述羰基铁纤维的直径为200nm，长径比为30；所述硅烷偶联剂溶液是将1份KH-550、1份无水乙醇以及100份去离子水混合均匀制备而成的。

作为优选，其中步骤2）中，所述浆料中各成分按配比称取，各成分按重量百分比包括：30%的羰基铁纤维、40%硅烷偶联剂溶液和30%聚乙二醇水溶液。

作为优选，其中步骤2）中，所述提拉法的方法如下：将玻璃放入浆料中，浸渍2min后按照10cm/min的提拉速度缓慢取出玻璃，然后在80℃下热处理8min，重复提拉10次即可在玻璃表面形成厚度为3um的底膜。

作为优选，其中步骤3）中，所述雾化的混合物粉末分散液的制备方法如下：

1）分别取硼砂20份，硅粉10份，玻璃粉3份，混合后放入球磨罐中，加入乙醇50份，浓度为1%的羧甲基纤维素5份，在转速为400r/min下混合球磨6h，球料比为5:1，球磨后使用去离子水反复沉降洗涤至中性，置于50℃烘箱中干燥至恒重；

2）将干燥后的产物经粉碎研磨制得平均粒径为10um的粉末，然后加入到80份去离子水中，在300W超声波下振荡分散2h，然后经压力式雾化器即可制得，其中压力式雾化器的压力为10MPa。

作为优选，其中步骤3）中，所述气化的八甲基环四硅氧烷和雾化的混合物粉末分散液的流量体积比为6:1。

实施例2

一种玻璃表面的磨砂处理工艺，具体工艺步骤如下：

1）玻璃表面的羟基化处理

将玻璃放入装有去离子水的容器中，在350W超声波下处理15min，然后将去离子水倒出，分别用60%乙醇和45%丙酮各超声波处理7min，功率为250W，然后将玻璃取出，用氮气吹干后放入装有硫酸和双氧水的混合溶液中，在95℃水浴中加热1.5h，待浴液冷却至室温，用去离子水冲洗玻璃至滤液成中性，再用氮气吹干玻璃即可；

2）玻璃表面硅烷膜的形成

将羰基铁纤维加入到硅烷偶联剂溶液中，再加入质量分数为4%的聚乙二醇水溶液，在400r/min下搅拌2.5h，制得浆料，采用浸渍提拉法在玻璃表面形成底膜，然后将附着有底膜的玻璃置于45℃烘箱中干燥8h，然后在90℃烘箱中进一步干燥4h即可；

3）玻璃表面涂层的制备

将经过羟基化处理的玻璃放入低温等离子体反应腔内，将气化的八甲基环四硅氧烷和雾化的混合物粉末分散液混合后引入等离子体反应腔内，控制气化的八甲基环四硅氧烷的流量在3×10^-6ml/min.cm²，反应腔内的真空度设置为20Pa，控制等离子体放电功率为250W，持续放电时间为25min，然后取出玻璃，在55℃下干燥3.5h，取出后放入加热炉中，升温至380℃，保温13min，再升温至550℃，继续保温15min，然后取出，自然冷却至室温即可。

作为优选，其中步骤1）中，所述硫酸和双氧水的混合溶液的制备方法如下：按照体积比为3.5:1分别取浓度为85%的浓硫酸和浓度为32%的双氧水，然后将双氧水缓慢加入浓硫酸溶液中，在加入过程中需要进行搅拌，转速为60r/min。

作为优选，其中步骤2）中，所述羰基铁纤维的直径为300nm，长径比为40；所述硅烷偶联剂溶液是将1份KH-550、1份无水乙醇以及120份去离子水混合均匀制备而成的。

作为优选，其中步骤2）中，所述浆料中各成分按配比称取，各成分按重量百分比包括：35%的羰基铁纤维、45%硅烷偶联剂溶液和20%聚乙二醇水溶液。

作为优选，其中步骤2）中，所述提拉法的方法如下：将玻璃放入浆料中，浸渍2min后按照13cm/min的提拉速度缓慢取出玻璃，然后在90℃下热处理7min，重复提拉8次即可在玻璃表面形成厚度为2um的底膜。

作为优选，其中步骤3）中，所述雾化的混合物粉末分散液的制备方法如下：

1）分别取硼砂25份，硅粉12份，玻璃粉4份，混合后放入球磨罐中，加入乙醇65份，浓度为2%的羧甲基纤维素4份，在转速为450r/min下混合球磨5.5h，球料比为6:1，球磨后使用去离子水反复沉降洗涤至中性，置于55℃烘箱中干燥至恒重；

2）将干燥后的产物经粉碎研磨制得平均粒径为15um的粉末，然后加入到100份去离子水中，在350W超声波下振荡分散1.5h，然后经压力式雾化器即可制得，其中压力式雾化器的压力为15MPa。

作为优选，其中步骤3）中，所述气化的八甲基环四硅氧烷和雾化的混合物粉末分散液的流量体积比为7:1。

实施例3

一种玻璃表面的磨砂处理工艺，具体工艺步骤如下：

1）玻璃表面的羟基化处理

将玻璃放入装有去离子水的容器中，在400W超声波下处理10min，然后将去离子水倒出，分别用70%乙醇和50%丙酮各超声波处理5min，功率为300W，然后将玻璃取出，用氮气吹干后放入装有硫酸和双氧水的混合溶液中，在100℃水浴中加热1h，待浴液冷却至室温，用去离子水冲洗玻璃至滤液成中性，再用氮气吹干玻璃即可；

2）玻璃表面硅烷膜的形成

将羰基铁纤维加入到硅烷偶联剂溶液中，再加入质量分数为5%的聚乙二醇水溶液，在500r/min下搅拌2h，制得浆料，采用浸渍提拉法在玻璃表面形成底膜，然后将附着有底膜的玻璃置于50℃烘箱中干燥5h，然后在100℃烘箱中进一步干燥3h即可；

3）玻璃表面涂层的制备

将经过羟基化处理的玻璃放入低温等离子体反应腔内，将气化的八甲基环四硅氧烷和雾化的混合物粉末分散液混合后引入等离子体反应腔内，控制气化的八甲基环四硅氧烷的流量在5×10^-6ml/min.cm²，反应腔内的真空度设置为25Pa，控制等离子体放电功率为300W，持续放电时间为20min，然后取出玻璃，在60℃下干燥3h，取出后放入加热炉中，升温至400℃，保温10min，再升温至600℃，继续保温10min，然后取出，自然冷却至室温即可。

作为优选，其中步骤1）中，所述硫酸和双氧水的混合溶液的制备方法如下：按照体积比为4:1分别取浓度为90%的浓硫酸和浓度为35%的双氧水，然后将双氧水缓慢加入浓硫酸溶液中，在加入过程中需要进行搅拌，转速为70r/min。

作为优选，其中步骤2）中，所述羰基铁纤维的直径为500nm，长径比为50；所述硅烷偶联剂溶液是将1份KH-550、1份无水乙醇以及130份去离子水混合均匀制备而成的。

作为优选，其中步骤2）中，所述浆料中各成分按配比称取，各成分按重量百分比包括：40%的羰基铁纤维、50%硅烷偶联剂溶液和10%聚乙二醇水溶液。

作为优选，其中步骤2）中，所述提拉法的方法如下：将玻璃放入浆料中，浸渍3min后按照15cm/min的提拉速度缓慢取出玻璃，然后在100℃下热处理5min，重复提拉6次即可在玻璃表面形成厚度为1um的底膜。

作为优选，其中步骤3）中，所述雾化的混合物粉末分散液的制备方法如下：

1）分别取硼砂30份，硅粉15份，玻璃粉5份，混合后放入球磨罐中，加入乙醇80份，浓度为3%的羧甲基纤维素3份，在转速为500r/min下混合球磨5h，球料比为8:1，球磨后使用去离子水反复沉降洗涤至中性，置于60℃烘箱中干燥至恒重；

2）将干燥后的产物经粉碎研磨制得平均粒径为20um的粉末，然后加入到120份去离子水中，在400W超声波下振荡分散1h，然后经压力式雾化器即可制得，其中压力式雾化器的压力为20MPa。

作为优选，其中步骤3）中，所述气化的八甲基环四硅氧烷和雾化的混合物粉末分散液的流量体积比为8:1。

对比例1：去除步骤1）中的玻璃羟基化处理，其余与实施例1相同。

对比例2：去除步骤2）中的羰基铁纤维，其余与实施例1相同。

对比例3：去除步骤3）中的气化的八甲基环四硅氧烷，其余与实施例1相同。

对比例4：去除步骤3）中的混合物粉末分散液中的硼砂，其余与实施例1相同。

对比例5：去除步骤3）中的混合物粉末分散液中的硅粉，其余与实施例1相同。

对比例6：去除步骤3）中的混合物粉末分散液中的玻璃粉，其余与实施例1相同。

对比例7：去除步骤3）中加热炉中的一段低温热处理，其余与实施例1相同。

对比例8：去除步骤3）中加热炉中的二段高温热处理，其余与实施例1相同。

对照组：按照中国专利CN201811163484.6中的实施例3所提供的方法制得的磨砂玻璃作为对照组。

性能测试：

1、透光率测试

按照上述加工工艺制备总厚度一致的磨砂玻璃，按照GB/T 2410-2008的标准，采用美国Hunterlab公司生产的UltraScan PRO超高精度专业分光测色仪，在D65光源条件下，通过积分球d/8°结构测试其透过率，并将测试结果记录到表1中。

2、雾度测试

按照上述加工工艺制备总厚度一致的磨砂玻璃，按照GB/T 2410-2008的标准，采用美国Hunterlab公司生产的UltraScan PRO超高精度专业分光测色仪测试其雾度，并将测试结果记录到表1中。

3、磨砂性能评估

通过目测及手感来评估其磨砂感以及表面的光滑感，并将测试结果记录到表1中。

表1：

从上表可以看出，本发明提供的玻璃表面的磨砂处理工艺，使得玻璃具有优异的透光不透视的效果，可以与现有技术中采用喷砂工艺制得的磨砂玻璃的性能相媲美。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。