抗菌玻璃的制备方法与流程

1.本技术涉及一种玻璃的制备方法，特别是涉及一种抗菌玻璃的制备方法。


背景技术：

2.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。
3.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。
4.请参阅图4，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，采用上述第三种制备方法制备抗菌玻璃时，将玻璃放入kno3、agno3、nano3、koh、al2o3和sio2等混合溶液进行离子交换，利用溶液中k 离子和玻璃中na 交换提供强度，溶液中的ag 和玻璃中的na 交换提供抗菌性能，本技术发现这种方法至少存在以下技术问题：
5.1、k 、ag 离子和na 的交换会相互抑制，导致玻璃强度和抗菌性能难以全部满足要求；2、此方法交换时间很长，ag 所需比例较高，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；3、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。


技术实现要素：

6.为解决上述现有技术中存在的技术问题，本技术实施例提供一种抗菌玻璃的制备方法。具体的技术方案如下：
7.第一方面，提供一种抗菌玻璃的制备方法，其包括以下步骤：形成盐溶液，其中盐溶液中硝酸钠的质量比为75％
‑
90％，亚硝酸钠的质量比为9％
‑
23％，硝酸银的质量比为0.005％
‑
0.5％，氧化铝的质量比为0.5％
‑
7％，氧化硅的质量比为0.5％
‑
5％，其余物质的质量比为0.15％
‑
1.5％；将已物理钢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。
8.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20
‑
40小时，使其混合均匀，形成盐溶液。
9.在第一方面的第二种可能实现方式中，玻璃成分包括：二氧化硅的质量比为50％
‑
70％，氧化铝的质量比为0
‑
18％，氧化钠的质量比为8％
‑
15％，氧化镁的质量比为3％
‑
7％，氧化钾的质量比为1％
‑
8％，氧化钙的质量比为1％
‑
8％，氧化铁的质量比小于等于0.002％，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。
10.在第一方面的第三种可能实现方式中，将已物理钢化的玻璃浸入盐溶液之前还包括以下步骤，预热玻璃。
11.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，预热玻璃时，预热温度为230
‑
300摄氏度，预热时间至少为2小时。
12.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，将已物理钢化的玻璃浸入盐溶液的方法包括以下步骤，玻璃放置在化学炉的吊篮中，通过吊篮将玻璃下降至盐槽中，使玻璃浸入盐溶液。
13.在第一方面的第六种可能实现方式中，将已物理钢化的玻璃浸入盐溶液时，盐溶液的温度为320
‑
500摄氏度，保温时间为10分钟
‑
4小时。
14.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。
15.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。
16.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。
17.本技术与现有技术相比具有的优点有：
18.本技术的抗菌玻璃的制备方法，采用温度差引入应力技术和离子交换技术，先对退火玻璃进行强化引入应力，保证了玻璃的抗冲击性能和光学性能优异。再对已物理钢化玻璃的玻璃用agno3、nano3、nano2、al2o3和sio2等混合溶液进行离子交换，在玻璃表面形成带正电的ag ，带正电的ag 会吸附到带负电的细菌内破坏细菌的电荷平衡，影响细菌的呼吸和繁殖达到杀菌目的，如此制备的抗菌玻璃不仅抗菌性能良好，还具备较高的透光度和强度，操作简单，性能稳定且耐磨损、耐环境变化，可长期达到杀菌的效果。
附图说明
19.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
20.图1是本技术一实施例的抗菌玻璃的制备方法的步骤流程示意图。
21.图2是本技术一实施例的抗菌玻璃引入应力技术后的应力
‑
应力层曲线图。
22.图3是本技术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。
23.图4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
24.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。
25.本技术的一实施例中，请参阅图1，其是本技术一实施例的抗菌玻璃的制备方法的步骤流程示意图，如图所示，抗菌玻璃的制备方法1包括以下步骤101
‑
步骤103，其中：
26.步骤101，制备盐溶液。形成盐溶液，其中硝酸钠(nano3)的质量比为75％
‑
90％，亚硝酸钠(nano2)的质量比为9％
‑
23％，硝酸银(agno3)的质量比为0.005％
‑
0.5％，氧化铝(al2o3)的质量比为0.5％
‑
7％，氧化硅(sio2)的质量比为0.5％
‑
5％，其余物质的质量比为0.15％
‑
1.5％。
27.具体的，按照盐溶液中的各组分质量比称取原料，其中nano3的质量比为75％
‑
90％，nano2的质量比为9％
‑
23％，agno3的质量比为0.005％
‑
0.5％，al2o3的质量比为0.5％
‑
7％，sio2的质量比为0.5％
‑
5％，其余物质的质量比为0.15％
‑
1.5％。
28.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。
29.待原料中各组分全部液化后，等待至少20
‑
40小时，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。
30.步骤102，化学强化。将已物理钢化的玻璃浸入盐溶液，对玻璃进行化学强化。
31.具体的，设定物理钢化参数，选取玻璃，对该玻璃进行物理钢化，其中物理钢化参数包括：预热温度为550
‑
620℃，预热时间为30
‑
300s，钢化温度为640
‑
750℃，钢化时间为30
‑
200s，钢化风压为1000
‑
15000kpa，风距为10
‑
50mm，冷却时间为30
‑
300s。玻璃成分包括：质量比为50％
‑
70％的二氧化硅、质量比为0
‑
18％的氧化铝、质量比为8％
‑
15％的氧化钠、质量比为3％
‑
7％的氧化镁、质量比为1％
‑
8％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。
32.钢化完成之后，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，如此对玻璃引入应力技术，以保证了玻璃的抗冲击性能和光学性能优异，如图2所示，其是本技术一实施例的抗菌玻璃引入应力技术后的应力
‑
应力层曲线图。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。
33.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320
‑
500℃的盐溶液中保温10分钟
‑
4小时，请一并参阅图3，其是本技术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，其在玻璃表面形成带正电的ag ，带正电的ag 会吸附到带负电的细菌内破坏细菌的电荷平衡，影响细菌的呼吸和繁殖达到杀菌目的。在本实施例中，盐溶液温度可以为320℃、400℃、440℃或者500℃，保温时间可以为10分钟、2h、3h或者4h，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。
34.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。
35.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。
36.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。
37.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。
38.在一实施例中，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。
39.以下将结合具体实验数据进一步说明本技术抗菌玻璃的制备方法的有益效果。具体实验过程如下：
40.实验过程一、制备曲面玻璃
41.具体步骤如下：
42.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；
43.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；
44.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；
45.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。
46.实验过程二、强化玻璃
47.将上述实验过程一中制备的曲面玻璃分别按照本技术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，其中按照本技术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，本技术在此不再进行赘述，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，因此本技术在此亦不再进行赘述。
48.实验过程三、试验玻璃性能
49.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：
50.第一组：本技术抗菌玻璃的制备方法强化后的曲面玻璃：透光率约为90％，弯曲强度约为350mpa，粘接力为0级，抗菌性能为99.9％；
51.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300mpa，粘接力为2级，抗菌性能为90％；
52.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300mpa，粘接力为3级，抗菌性能为90％；
53.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300mpa，粘接力为0级，抗菌性能为99％。
54.如上述第一组试验数据所示，本技术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，本技术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，本技术采用温度差引入应力技术和离子交换技术，先对退火玻璃进行强化引入应力，保证了玻璃的抗冲击性能和光学性能优异。
55.第一组试验数据再对比于第二组和第三组试验数据，本技术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，本技术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，而本技术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。
56.综上所述，本技术提供了一种抗菌玻璃的制备方法，采用温度差引入应力技术和离子交换技术，先对退火玻璃进行强化引入应力，保证了玻璃的抗冲击性能和光学性能优异。再对已物理钢化玻璃的玻璃用agno3、nano3、nano2、al2o3和sio2等混合溶液进行离子交换，在玻璃表面形成带正电的ag ，带正电的ag 会吸附到带负电的细菌内破坏细菌的电荷平衡，影响细菌的呼吸和繁殖达到杀菌目的，如此制备的抗菌玻璃不仅抗菌性能良好，还具备较高的透光度和强度，操作简单，性能稳定且耐磨损、耐环境变化，可长期达到杀菌的效果。
57.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。
58.上面结合附图对本技术的实施例进行了描述，但是本技术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技术的启示下，在不脱离本技术宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本技术的保护之内。