阅读说明：本技术 高透光、高强度抗菌玻璃的制备方法 (Preparation method of high-light-transmission and high-strength antibacterial glass ) 是由 吴贲华 蒋晨巍 高国忠 袁厚呈 赵乐 张祥 吴伟 张�浩 赵鹏 何伟 丁洋 卢 于 2020-07-24 设计创作，主要内容包括：本申请涉及一种高透光、高强度抗菌玻璃的制备方法,包括以下步骤：形成盐溶液,其中盐溶液中硝酸钾的质量比为40％-80％,亚硝酸钾的质量比为10％-20％,硝酸钠的质量比为15％-20％,亚硝酸钠的质量比为5％-10％,硝酸银的质量比为0.005％-0.08％,氧化铝的质量比为1％-7％,氢氧化钾的质量比为1％-3％,氧化硅的质量比为1％-5％,其余物质的质量比为0.15％-1.5％；将待强化的玻璃浸入盐溶液,对玻璃进行化学强化；取出化学强化后的玻璃,并将其逐步冷却至室温。本申请通过重新配制盐溶液中KNO<Sub>3</Sub>、KNO<Sub>2</Sub>、NaNO<Sub>3</Sub>、NaNO<Sub>2</Sub>、AgNO<Sub>3</Sub>的比例,保证了K+、Na+、Ag+可充分和玻璃中碱金属Na+和Li+进行交换,保证了玻璃的抗菌和高强度性能。(The application relates to a preparation method of high-light-transmission and high-strength antibacterial glass, which comprises the following steps: forming a salt solution, wherein the mass ratio of potassium nitrate in the salt solution is 40-80%, the mass ratio of potassium nitrite is 10-20%, the mass ratio of sodium nitrate is 15-20%, the mass ratio of sodium nitrite is 5-10%, the mass ratio of silver nitrate is 0.005-0.08%, the mass ratio of aluminum oxide is 1-7%, the mass ratio of potassium hydroxide is 1-3%, the mass ratio of silicon oxide is 1-5%, and the mass ratio of the rest substances is 0.15-1.5%; immersing glass to be strengthened into a salt solution, and chemically strengthening the glass; the chemically strengthened glass is taken out and gradually cooled to room temperature. This application is achieved by reformulating KNO in salt solution 3 、KNO 2 、NaNO 3 、NaNO 2 、AgNO 3 The proportion of (A) ensures that K +, Na + and Ag + can be fully exchanged with alkali metals Na + and Li + in the glass, and ensures thatAntibacterial and high strength properties of glass.)

高透光、高强度抗菌玻璃的制备方法

技术领域

本申请涉及一种玻璃的制备方法，特别是涉及一种高透光、高强度抗菌玻璃的制备方法。

背景技术

玻璃是一种非晶体无机非金属材料，一般是由多种有机矿物为主要原料，并增加少量辅助原料制备而成。随着玻璃工业化和规模化的发展，各种用途和各种性能的玻璃相继问世，玻璃具备高透光、耐高温、耐化学腐蚀等特性，经深加工后可将抗辐射、显示、屏蔽、电加热、强度、耐划伤、抗菌等性能在玻璃上集成一体。现今，玻璃已成为日常生活、生产和科学领域重要的材料，广泛应用于建筑、日用、艺术、医疗、化学、电子元器件、仪表、汽车、轨道交通等领域。

随着生活质量及防护意识的提高，人类平时工作及生活接触到的玻璃用品会有大量细菌产生，影响身体健康，严重的甚至涉及人生安全。所以抗菌玻璃在医疗卫生环境、个人通讯、公共交通工具及对无菌条件要求较高的特殊场合等领域的应用已成为一种趋势。现有抗菌玻璃制备的方法主要包括以下三种，第一种是采用有机镀膜(CVD)凝胶法技术制备羟基(-OH)，在玻璃表面达到抗菌的效果；第二种是采用无机镀膜(PVD)磁控溅射法技术镀制TiO2，在光照条件下发生催化反应，在玻璃表面实现抗菌；第三种是采用离子交换技术，利用带有抗菌性能的离子和玻璃表面碱金属离子进行置换，在玻璃表面实现抗菌。

在实现本申请过程中，申请人发现采用上述第三种制备方法制备抗菌玻璃时至少存在以下技术问题：

请参阅图3，其是现有离子交换技术强化玻璃时的玻璃表面结构在离子交换前、后的结构示意图，如图所示，在整个制备过程中难以控制各个成分的配比及强化参数，从而导致制备过程中银离子(Ag+)采用较多，但是由于银离子(Ag+)交换会影响玻璃的透光度及强度，从而导致最后制成的抗菌玻璃透光度下降，强度降低，同时在整个制备过程中还对玻璃的升温及降温要求较高，导致玻璃表面易产生裂纹。

发明内容

本申请实施例提供一种高透光、高强度抗菌玻璃的制备方法，解决采用离子交换技术制备抗菌玻璃过程中难以控制各个成分的配比及强化参数，容易导致最后制成的抗菌玻璃透光度下降、强度降低的问题。

为解决上述技术问题，本申请是这样实现的：

第一方面，提供一种高透光、高强度抗菌玻璃的制备方法，其包括以下步骤：形成盐溶液，其中盐溶液中硝酸钾的质量比为40％-80％，亚硝酸钾的质量比为10％-20％，硝酸钠的质量比为15％-20％，亚硝酸钠的质量比为5％-10％，硝酸银的质量比为0.005％-0.08％，氧化铝的质量比为1％-7％，氢氧化钾的质量比为1％-3％，氧化硅的质量比为1％-5％，其余物质的质量比为0.15％-1.5％；将待强化的玻璃浸入盐溶液，对玻璃进行化学强化；取出化学强化后的玻璃，并将其逐步冷却至室温。

在第一方面的第一种可能实现方式中，形成盐溶液的方法包括以下步骤：按照盐溶液中的各组分质量比称取原料，并将原料加入到化学炉的盐槽中；设定盐槽的加热温度为380-480摄氏度，加热原料；待原料中各组分全部液化后，等待至少20小时以上，使其混合均匀，形成盐溶液。

在第一方面的第二种可能实现方式中，待强化的玻璃成分包括：质量比为50％-70％的氧化硅、质量比为1％-18％的氧化铝、质量比为8％-15％的氧化钠、质量比为5％-7％的氧化镁、质量比为2％-5％的氧化钾、质量比为1％-8％的氧化钙、质量比小于等于0.002％的氧化铁、质量比总和小于等于1.5％的氧化硼、氧化锌、氧化铈及氧化锆。

在第一方面的第三种可能实现方式中，将待强化的玻璃浸入盐溶液之前还包括以下步骤，预热待强化的玻璃。

结合第一方面的第三种可能实现方式，在第一方面的第四种可能实现方式中，预热待强化的玻璃时，预热温度为230-300摄氏度，预热时间至少为2小时。

结合第一方面的第一种可能实现方式，在第一方面的第五种可能实现方式中，将待强化的玻璃浸入盐溶液的方法包括以下步骤，待强化的玻璃放置在化学炉的吊篮中，通过吊篮将待强化的玻璃下降至盐槽中，使玻璃浸入盐溶液。

在第一方面的第六种可能实现方式中，将待强化的玻璃浸入盐溶液时，盐溶液的温度为380-480摄氏度，保温时间为10-36小时。

在第一方面的第七种可能实现方式中，逐步冷却化学强化后的玻璃的方法包括以下步骤：先将化学强化后的玻璃置于230-300摄氏度温度下，保温至少2小时；再将化学强化后的玻璃置于100-150摄氏度温度下，保温至少1小时；最后将化学强化后的玻璃置于室温下，直至其冷却至室温。

在第一方面的第八种可能实现方式中，还包括以下步骤：清洗冷却完成后的玻璃。

结合第一方面的第八种可能实现方式，在第一方面的第九种可能实现方式中，清洗冷却完成后的玻璃时，依次采用柠檬酸溶液、清洁剂及去离子水清洗玻璃表面。

本申请与现有技术相比具有的优点有：

本申请的高透光、高强度抗菌玻璃的制备方法，通过重新配制盐溶液中KNO₃、KNO₂、NaNO₃、NaNO₂、AgNO₃的比例，保证了K+、Na+、Ag+可充分和玻璃中碱金属Na+和Li+进行交换，保证了玻璃的抗菌和高强度性能，并且，本申请重新配制的盐溶液降低了影响透光度的Ag+的质量比，再通过添加Al₂O₃、KOH和SiO₂等催化剂和吸附剂，可实现离子的迅速交换，且避免杂质离子(Ag+)的干扰而降低透光度的问题。同时，本申请强化后的玻璃表面形成带正电的Ag+，其可以破坏细菌电荷平衡，达到杀菌的目的，另外由于Ag+是以离子态存在于玻璃的表面，还可以解决玻璃与基材的粘接性差，易磨损和老化的问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是本申请一实施例的高透光、高强度抗菌玻璃的制备方法的步骤流程示意图。

图2是本发明一实施例的玻璃的表面结构在离子交换前、后的结构示意图。

图3是现有离子交换技术强化玻璃时的玻璃表面结构在离子交换前、后的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的一实施例中，请参阅图1，其是本申请一实施例的高透光、高强度抗菌玻璃的制备方法的步骤流程示意图，如图所示，高透光、高强度抗菌玻璃的制备方法1包括以下步骤101-步骤103，其中：

步骤101，制备盐溶液。形成盐溶液，其中盐溶液中硝酸钾(KNO₃)的质量比为40％-80％，亚硝酸钾(KNO₂)的质量比为10％-20％，硝酸钠(NaNO₃)的质量比为15％-20％，亚硝酸钠(NaNO₂)的质量比为5％-10％，硝酸银(AgNO₃)的质量比为0.005％-0.08％，氧化铝(Al₂O₃)的质量比为1％-7％，氢氧化钾(KOH)的质量比为1％-3％，氧化硅(SiO₂)的质量比为1％-5％，其余物质的质量比为0.15％-1.5％。

具体的，按照盐溶液中的各组分质量比称取原料，其中KNO₃的质量比为40％-80％，KNO₂的质量比为10％-20％，NaNO₃的质量比为15％-20％，NaNO₂的质量比为5％-10％，AgNO₃的质量比为0.005％-0.08％，Al₂O₃的质量比为1％-7％，KOH的质量比为1％-3％，SiO₂的质量比为1％-5％，其余物质的质量比为0.15％-1.5％。

然后将原料加入到化学炉的盐槽中，设定盐槽的加热温度为380-480℃，加热原料，在本实施例中，加热温度可以设定为380℃、420℃、440℃或者480℃，但不限于此，具体加热温度可以根据实际生产需求(盐溶液总量)进行选择设定。

待原料中各组分全部液化后，等待至少20h以上，使其混合均匀，形成盐溶液，如此配置的盐溶液中降低了Ag+的质量比，并且通过添加Al₂O₃、KOH和SiO₂等催化剂和吸附剂，可在后续步骤中实现离子的迅速交换，且避免杂质离子(Ag+)的干扰而降低透光度的问题。在本实施例中，等待时间优选为20-40h，例如等待时间可以为20h、30h或者40h，但不限于此，具体等待时间可以根据实际生产需求(盐溶液总量)进行选择。

步骤102，化学强化。将待强化的玻璃浸入盐溶液，对玻璃进行化学强化。

具体的，选取待强化的玻璃，该玻璃成分包括：质量比为50％-70％的氧化硅、质量比为1％-18％的氧化铝、质量比为8％-15％的氧化钠、质量比为5％-7％的氧化镁、质量比为2％-5％的氧化钾、质量比为1％-8％的氧化钙、质量比小于等于0.002％的氧化铁、质量比总和小于等于1.5％的氧化硼、氧化锌、氧化铈及氧化锆，在本实施例中，玻璃的内部分子结构为铝氧四面体。

然后用无水酒精将玻璃的表面擦拭干净，并装入化学炉的吊篮中，再将吊篮提升至化学炉的预热箱中，设定预热箱的预热温度为230-300℃，预热时间至少为2小时，在本实施例中，预热温度可以设定为230℃、250℃、280℃或者300℃，但不限于此，具体预热温度可以根据实际生产需求(玻璃尺寸及厚度)进行选择。

预热完成后，将吊篮下降至盐槽中，使玻璃浸入盐溶液，关闭槽盖，让玻璃在380-480℃的盐溶液中保温10-36h，请一并参阅图2，其是本发明一实施例的玻璃的表面结构在离子交换前、后的结构示意图，如图所示，盐溶液中的K+、Na+充分和玻璃中碱金属Na+和Li+进行交换，对玻璃进行化学强化，保证玻璃的高强度性能，同时强化后的玻璃表面会形成带正电的Ag+，其可以破坏细菌电荷平衡，达到杀菌的目的，另外由于Ag+是以离子态存在于玻璃的表面，还可以解决玻璃与基材的粘接性差，易磨损和老化的问题。在本实施例中，盐溶液温度可以为380℃、420℃、440℃或者480℃，保温时间可以为10h、20h、30h或者36h，但不限于此，具体的盐溶液温度和保温时间可以根据实际生产需求(盐溶液各组分质量比、玻璃尺寸及厚度)进行选择。

步骤103，逐步冷却。取出化学强化后的玻璃，并将其逐步冷却至室温。

具体的，化学强化完成后，打开槽盖，提升吊篮至化学炉的预热箱中，吊篮带动化学强化后的玻璃进入到预热箱中，设定预热箱的温度为230-300℃，将使化学强化后的玻璃在230-300℃温度下进行第一次冷却保温，保温时间至少为2小时，以确保玻璃的温度降至230-300℃，在本实施例中，预热箱的温度可以为230℃、250℃、280℃或者300℃，但不限于此。

第一次冷却保温完成后，再设定预热箱的温度为100-150℃，将使化学强化后的玻璃在100-150℃温度下进行第二次冷却保温，保温时间至少为1小时，以确保玻璃的温度降至100-150℃，在本实施例中，预热箱的温度可以为100℃、120℃、140℃或者150℃，但不限于此。

第二次冷却保温完成后，停止预热箱加热，在预热箱内温度下降至100℃以下时，将吊篮从预热箱内下降至常温环境中，从而使化学强化后的玻璃置于室温下，直至其冷却至室温。

在一实施例中，高透光、高强度抗菌玻璃的制备方法1还包括以下步骤104，清洗冷却完成后的玻璃。具体的，先用柠檬酸溶液清洗玻璃表面，再用清洁剂清洗玻璃表面，最后用去离子水清洗玻璃表面。

以下将结合具体实验数据进一步说明本申请高透光、高强度抗菌玻璃的制备方法的有益效果。具体实验过程如下：

实验过程一、制备曲面玻璃

具体步骤如下：

步骤1：对平板玻璃进行选片，挑取表面无缺陷的部分，用金刚石数控切割机将玻璃切割成产品尺寸；

步骤2：用数控磨边机将切割完成的玻璃边部磨削和倒角，形成上下边倒角均匀的C型倒角；

步骤3:对玻璃用油墨腐蚀边部区域，形成唯一的标识，便于跟踪和追溯；

步骤4：将玻璃按照一定的次序放置在工装上进行热弯，加温至玻璃的软化点，利用玻璃的自重成型使玻璃和模具贴合，得到曲面玻璃。

实验过程二、强化玻璃

将上述实验过程一中制备的曲面玻璃分别按照本申请高透光、高强度抗菌玻璃的制备方法、现有有机镀膜(CVD)凝胶法技术、现有无机镀膜(PVD)磁控溅射法技术及现有离子交换技术进行强化，其中按照本申请高透光、高强度抗菌玻璃的制备方法对曲面玻璃强化的步骤请参照上述一实施例中所示，本申请在此不再进行赘述，按照现有CVD凝胶法技术、现有PVD磁控溅射法技术及现有离子交换技术对曲面玻璃强化为本领域技术人员悉知的技术，因此本申请在此亦不再进行赘述。

实验过程三、试验玻璃性能

按照标准GJB 503-88《飞机夹层玻璃通用试验方法》、JC 977-2005《化学钢化玻璃》、GB/T 9286-1998G《色漆和清漆漆膜的划格试验》、B/T 21866-2008《抗菌涂料(漆膜)抗菌性测定法和抗菌效果》的试验方法，测试上述实验过程二中强化后的玻璃的透光度、弯曲强度(四点弯曲测试法)、粘接力和抗菌能力。试验数据下：

第一组：本申请高透光、高强度抗菌玻璃的制备方法强化后的曲面玻璃：透光率约为88％，弯曲强度约为450Mpa，粘接力为0级，抗菌性能为99.9％；

第二组：现有有机镀膜(CVD)凝胶法技术强化后的曲面玻璃：透光率约为75％，弯曲强度约为350Mpa，粘接力为2级，抗菌性能为90％；

第三组：现有无机镀膜(PVD)磁控溅射法技术强化后的曲面玻璃：透光率约为75％，弯曲强度约为350Mpa，粘接力为3级，抗菌性能为90％；

第四组：现有离子交换技术强化后的曲面玻璃：透光率约为80％，弯曲强度约为200Mpa，粘接力为0级，抗菌性能为99％。

如上述第一组试验数据所示，本申请高透光、高强度抗菌玻璃的制备方法强化后的曲面玻璃已过试验验证标准，并且对比于第四组试验数据，本申请重新配制的盐溶液保证了曲面玻璃的高强度性能，使其弯曲强度大大提升，同时曲面玻璃的透光率也有一定程度的提升，从而可以得出，本申请重新配制的盐溶液中KNO₃、KNO₂、NaNO₃、NaNO₂、AgNO₃比例，保证了K+、Na+可充分和玻璃中碱金属Na+和Li+进行交换，并且降低了影响透光度的Ag+的质量比，避免杂质离子(Ag+)的干扰而降低透光度的问题。

第一组试验数据再对比于第二组和第三组试验数据，本申请强化后的玻璃表面抗菌性能较好，透光率较高，从而可以得出，本申请强化后的玻璃表面形成带正电的Ag+，其可以破坏细菌电荷平衡，达到杀菌的目的。另外，结合现有CVD凝胶法技术和现有PVD磁控溅射法技术强化过程可知，其强化后的曲面玻璃表面镀有TiO₂薄膜，由于TiO₂薄膜的粘接性能很差，接触易脱落，从而导致现有CVD凝胶法技术和现有PVD磁控溅射法技术强化后的曲面玻璃存在耐磨损性能较差，长期使用抗菌性能易丧失等问题，而本申请Ag+是以离子态存在于玻璃的表面，不存在脱落的问题，具有长期抗菌性能，并且还可以解决玻璃与基材的粘接性差，易磨损和老化的问题。

综上所述，本申请提供了一种高透光、高强度抗菌玻璃的制备方法，通过重新配制盐溶液中KNO₃、KNO₂、NaNO₃、NaNO₂、AgNO₃的比例，保证了K+、Na+、Ag+可充分和玻璃中碱金属Na+和Li+进行交换，保证了玻璃的抗菌和高强度性能，并且，本申请重新配制的盐溶液降低了影响透光度的Ag+的质量比，再通过添加Al₂O₃、KOH和SiO₂等催化剂和吸附剂，可实现离子的迅速交换，且避免杂质离子(Ag+)的干扰而降低透光度的问题。同时，本申请强化后的玻璃表面形成带正电的Ag+，其可以破坏细菌电荷平衡，达到杀菌的目的，另外由于Ag+是以离子态存在于玻璃的表面，还可以解决玻璃与基材的粘接性差，易磨损和老化的问题。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。