透明裝飾涂料在玻璃上的應(yīng)用

透明裝飾涂料在玻璃上的應(yīng)用

在玻璃表面涂覆有機(jī)涂料，可以給玻璃帶來更多的功能和功能。如表面涂料使得玻璃具有控制太陽光的能力,明顯提高能量利用率,從而達(dá)到節(jié)省能源的目的;增加玻璃容器(如飲料或牛奶瓶)的耐磨性,使玻璃表面具有良好的防止雨、雪粘附的功能,從而賦予汽車擋風(fēng)玻璃在雨雪天氣中擁有良好的透明度,避免交通事故的發(fā)生;同時(shí),涂料賦予玻璃制品五彩的顏色。涂料在玻璃行業(yè)中的應(yīng)用主要包括以下4個(gè)方面:平板玻璃、玻璃容器、玻璃纖維和特種玻璃等,其中,平板玻璃涂料在現(xiàn)代建筑物及家居裝潢和裝飾方面應(yīng)用最為廣泛。1平板玻璃涂料制備技術(shù)玻璃涂料制備技術(shù)中,基料樹脂的選擇、涂膜性能(如耐久性)研究以及涂裝工藝等3方面最為重要。1.1在表面改性方面的應(yīng)用玻璃底材因其特殊的表面結(jié)構(gòu)決定了普通有機(jī)涂料很難附著其上,因此玻璃底材對涂料樹脂品種有一些特定的要求。為了賦予玻璃涂料多種功能和作用,一般會(huì)選擇多種樹脂進(jìn)行復(fù)配。如廖龍選用苯乙烯、丙烯酸、甲基丙烯酸復(fù)配發(fā)明了一種耐候性好、附著力強(qiáng),抗沖擊、耐水、耐磨、耐擦洗,施工方便、價(jià)格適宜的新型彩色玻璃涂料。王心勝選用丙烯酸改性樹脂,環(huán)氧樹脂等復(fù)配研制出一種成本低、色彩鮮艷、性能良好、耐沸水達(dá)2.5h的彩色玻璃涂料。含氟聚合物作為一種新興的材料,具有較好的綜合性能,特別是在憎水、疏油性方面。將含有CF3(CF2)7(CH2)2Si(OMe)3和Si(OEt)4混合溶液涂于玻璃表面后,涂膜與水的接觸角可達(dá)到110°;含有3-甘油羥丙基-3-甲基硅烷Me2Si(OEt)2、氟化烷氧基硅烷、膠體SiO2的混合溶液在玻璃表面成膜后,與水的接觸角達(dá)104°;類似的接觸角也可通過Si(OEt)4和CF3(CF2)7(CH2)2Si(OMe)3在玻璃表面成膜得到。根據(jù)這些材料的性質(zhì),MoriA等研制出以Si(OEt)4、鈦醇鹽和CF3(CF2)7(CH2)2Si(OMe)3為基料的防污涂料。KasemannR等制備得到以Si(OEt)4和Me2Si(OEt)2為母體的氟改性硅烷溶液涂膜,當(dāng)其表面能為18mJ/m2時(shí),涂膜在潮濕環(huán)境經(jīng)過500000圈擦拭試驗(yàn)后,其表面能沒有明顯下降。在涂料體系中加入ZrO2或SiO2可增加涂膜的耐磨性能,該涂膜還具有較好的防塵作用。YoshinoriAkamatsu等利用氟化烷基三甲氧基硅烷(FAS)與CF3(CF2)7(CH2)2Si(OCH3)3的水解和縮聚反應(yīng)研制出一種憎水涂料,可廣泛應(yīng)用于汽車擋風(fēng)玻璃上,他們還考察了FAS聚合作用對斥水玻璃耐久性能的影響。SchmidtH等通過對涂料混合液進(jìn)行化學(xué)改性,以3-三甲氧基甲硅烷基丙基異丁基酸,Zr(OnPr)4和異丁基酸為基料研制出一種UV固化涂料。氟化硅氧烷和氯化硅烷已應(yīng)用于單層表面處理,如液晶顯示器的偏光鏡板處理、超憎水表面涂料、航空器材用憎水疏油涂料等方面。但氟改性材料昂貴的價(jià)格限制了其廣泛應(yīng)用。DuPont已經(jīng)開發(fā)出系列氟碳表面活性劑,主要是改善涂膜流平和潤濕性能。1.2金屬鰲合物對涂膜性能的影響有機(jī)涂料在玻璃表面的應(yīng)用過程中,耐久性是有機(jī)涂膜改進(jìn)玻璃各種性能(主要是改進(jìn)玻璃在化學(xué)、物理和光學(xué)3個(gè)方面的性能)的關(guān)鍵。LeeDonghun等利用DRIFT光學(xué)技術(shù)考察了不同含羧基聚合物與玻璃表面的相互機(jī)械作用,發(fā)現(xiàn)當(dāng)將油酸涂于SLS玻璃(碳酸鈉/碳酸鈣/硅酸鹽玻璃)上時(shí),油酸中的-COOH離解吸附于SLS玻璃表面,并形成了許多不同種類的金屬鰲合物。一些金屬離子如Al3+與COOH發(fā)生鰲合后,比其它離子如Na+、Ca2+等的鰲合離子更加牢固的鍵合在硅酸鹽網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)上。這說明玻璃表面所含有的金屬離子種類可以決定玻璃表面某些性能,如潤滑性能和憎水性能等?？諝庵械臐穸群推渌恍└狈磻?yīng)可能破壞有機(jī)物與玻璃之間的相互作用,從而改變或降低化合鍵性能,進(jìn)而影響涂膜的耐久性能。VadimVKrongauz等通過電鏡研究在高濕度環(huán)境影響下,有機(jī)聚合物在玻璃表面的附著力現(xiàn)象,并證實(shí)濕度對涂膜在玻璃表面附著力是有很大影響的。玻璃器具表面涂膜的防劃性和耐磨性也是衡量涂料質(zhì)量的重要指標(biāo)。一般而言,利用單一涂層來提高耐刮和耐磨性是有限的。為此,HozumiA等研制出一種以UV固化涂膜為底漆,以熱固化涂膜為面漆的雙層涂膜,目的是提高涂層的耐刮和耐磨性。耐磨試驗(yàn)結(jié)果表明,該涂層體系的耐刮磨性很強(qiáng),硬度高,與無機(jī)玻璃表面硬度接近。衡量涂膜耐磨防劃性能,往往需借助儀器來做劃痕試驗(yàn),如鉛筆硬度法、Taber耐磨試驗(yàn)法和Revetest劃痕試驗(yàn)儀等。目前,光學(xué)顯微鏡、原子力顯微鏡、掃描電鏡、X射線光電分光鏡等一些微觀手段已廣泛用于涂層材料的微觀結(jié)構(gòu)和性能評價(jià)。1.3溶膠-凝膠復(fù)合涂層傳統(tǒng)的涂裝工藝包括刷涂、噴涂和浸涂等,后來相繼出現(xiàn)溶膠-凝膠法、靜電噴涂和電泳法等工藝。由于各種涂裝工藝具有不同的特點(diǎn),因此應(yīng)根據(jù)工件材質(zhì)、規(guī)格、大小、形狀,施工環(huán)境,質(zhì)量要求以及涂料利用率等因素綜合考慮。溶膠-凝膠法作為一種涂裝新工藝很早就開始用于玻璃表面的涂裝,具有成本低廉、操作方便等特點(diǎn),可應(yīng)用于金屬、玻璃和瓷器等的表面涂裝。同時(shí),利用溶膠-凝膠技術(shù)制備的涂料可顯著提高基材的機(jī)械、熱學(xué)、光學(xué)、電學(xué)等性能,該類涂料還具有耐磨、耐剝離、耐分層和保護(hù)底材不受外力影響等功能;突出優(yōu)點(diǎn)是容許玻璃在溫度低于硅酸鹽熔化點(diǎn)以下使用,能保證涂料在玻璃表面成膜時(shí)有較小的粒經(jīng)(<100nm),使涂膜均勻,容易將金屬氧化物涂料涂裝在玻璃基材上。NikoliL等研究SiO2溶膠-凝膠涂料對堿玻璃基材強(qiáng)度的影響,結(jié)果表明,SiO2涂料的微結(jié)構(gòu)取決于SiO2溶膠結(jié)構(gòu)。VroonZAEP等以醇鹽為溶劑分別制備了氧化釩和氧化鎢涂料,將這兩種涂料在K-玻璃表面制膜后,發(fā)現(xiàn)氧化釩涂膜均勻一致較好,且具有優(yōu)異的電變色性能。在氧化釩/氧化鈦涂料中,當(dāng)氧化鈦含量達(dá)到40%以上時(shí),涂膜蓄電量可達(dá)到45mc/cm2。目前,溶膠-凝膠法可應(yīng)用于制作單組分或多組分涂料,特別是有機(jī)-無機(jī)雜化涂料,以及透明導(dǎo)電和防靜電涂料、氟化涂料和染料復(fù)合材料等,將這些涂料涂裝在玻璃表面,可使玻璃具有顯色、防反射、選擇反射、選擇吸收、增滑、防污等性能。2平板玻璃涂料的應(yīng)用研究2.1利用聚合物進(jìn)行的景觀涂料透明玻璃涂料具有著色牢固、不龜裂、不脫落、色彩鮮艷、經(jīng)久耐用等優(yōu)點(diǎn),將其涂于平板玻璃表面干燥成膜后,可以拼鑲成各種藝術(shù)圖案,廣泛用于各類建筑物的門窗、天花板裝飾,以及高層建筑物的幕墻裝飾。如石爾雅等利用St-MMA-MAA三元共聚物與環(huán)氧樹脂、有機(jī)混合溶劑、固化劑和色料按照一定的比例混合,配制出一種透明有色玻璃涂料;Sinha等則將含有羧基官能團(tuán)的苯乙烯-馬來酸酐共聚物、丙烯酸共聚物樹脂、增滑添加劑和化學(xué)交聯(lián)劑混合配制成固含量不<10%的水性混合液,該涂料可在室溫下交聯(lián)形成光滑致密的涂膜,涂膜具有良好的耐磨性、耐熱水性和耐久性。由于共聚物樹脂中的羧基可以保證它在水中有較好的分散性,同時(shí)在交聯(lián)成膜后,涂膜表面的羧基使涂膜具有一定的親水性,從而使得在其表面涂墨或貼各種標(biāo)簽更加容易。2.2低輻射玻璃復(fù)合涂層低輻射玻璃是20世紀(jì)90年代以來出現(xiàn)的另外一種新型節(jié)能玻璃。它利用高科技的鍍膜技術(shù),在玻璃表面鍍上了特殊的金屬化合物薄膜,可以反射紅外、遠(yuǎn)紅外輻射,阻擋熱量的傳遞。同時(shí),低輻射玻璃仍然保持了很好的透光性,在阻擋熱量傳遞的同時(shí),不影響室內(nèi)的光亮。低輻射玻璃為了保護(hù)膜層,一般做成中空或夾層玻璃來使用。這使得其成為當(dāng)今最理想的節(jié)能窗玻璃材料。如孟慶林等將納米ATO與水性聚氨酯通過一定的工藝制備出納米隔熱涂料,在常溫下涂覆于玻璃表面制成低輻射玻璃,其光學(xué)性能分析表明其具有較好的隔熱效果,6mm厚白玻璃涂布后遮陽系數(shù)SC<0.67,且可見光透過率較高,>63%,并且玻璃表面光滑平整可視性好,具有良好的市場前景。目前,在玻璃上使用的低輻射涂料幾乎都是銀基涂膜。然而以銀為涂膜的低輻射涂料在耐久性方面較差,為了保證玻璃對一定范圍的可見光有較好的透明度,同時(shí)防止銀涂膜免受腐蝕,還需在涂層中引入具有高折射性能的材料(如SnO2,ZnO,Si3N4,TiO2)作為防反射和保護(hù)層。真空涂裝法在涂裝低輻射涂膜上具有非常優(yōu)異的涂裝性能,且受內(nèi)在環(huán)境因素的影響較小,故它在玻璃表面的涂裝方面占優(yōu)勢。目前,世界每年對絕緣玻璃安裝組件的生產(chǎn)量達(dá)到2億m2,其中通過真空涂裝的低輻射玻璃大約占30%。目前,市場上擁有很多種不同設(shè)計(jì)組合的低輻射玻璃涂料。高光透射性、高環(huán)境穩(wěn)定性和低輻射涂料是玻璃涂料未來的發(fā)展方向。在玻璃工業(yè)中,低輻射玻璃在建筑上的應(yīng)用仍然顯得非常昂貴。這樣,低輻射玻璃涂料在光學(xué)性能,成本等方面仍有很大的提升空間。2.3干擾型ar涂料AR涂料一般是由單層或多層涂膜疊加構(gòu)成。單層只對某一波長的可見光起作用,多層則可對較大波長范圍的可見光起作用,減少反射損失。它可以將玻璃對較大范圍的可見光的反射值降到0.1%～0.3%。目前一般通過2種方法來降低玻璃的反射率:(1)非均相涂層,利用非均相表面涂層,可以降低2種介質(zhì)之間的折射指數(shù)差距,從而降低光反射率;(2)干擾型多層疊加涂膜。早期的干擾型AR涂料由TiO2/SiO2-TiO2-SiO2三層涂膜組成,將其應(yīng)用于硅酸鹽玻璃上具有較好的光學(xué)效果。這種不同配比的TiO2和SiO2溶膠可以制得折射指數(shù)在1.458～2.22(對550nm可見光)的涂膜。折射指數(shù)隨TiO2含量呈線性增長。將這種涂料浸涂于玻璃表面后,以400～500℃高溫進(jìn)行處理,冷卻即可得到產(chǎn)品。這種產(chǎn)品可應(yīng)用在玻璃展覽柜油畫的玻璃框架等方面。Yoldas通過Al(OR)3配制了Al2O3溶膠,待分散后,以浸涂的方式涂裝在玻璃板上,最后在300～500℃高溫下進(jìn)行熱處理,得到厚度約1/4λ,多孔低折射指數(shù)的Al2O3涂膜。這種AR涂膜可應(yīng)用于CRT,玻璃太陽能收集器等方面。YamaguchiN等利用溶膠-凝膠,將多孔Al2O3溶膠浸涂于硅酸鹽玻璃表面,然后通過熱水處理后得到一種性能優(yōu)良的AR涂膜。BallifC等系統(tǒng)研究了利用溶膠-凝膠法制得SiO2防反射涂層,經(jīng)研究得出這一系統(tǒng)可以節(jié)省3.4%～3.7%的能量。目前,CRT、平板玻璃展覽柜等對AR涂料的需求量持續(xù)增長,且市場上又出現(xiàn)一種叫做ARAS系統(tǒng),它是將防反射涂料與透明導(dǎo)電層結(jié)合起來,可以減少CRT前電磁波輻射量,也可以減少CRT上灰塵的積累。2.4玻璃和自潔材料的開發(fā)在新型玻璃建材的開發(fā)和應(yīng)用方面,日本的東陶TOTO、旭硝子公司推出TiO2基薄膜自潔玻璃以及TiO2光催化陶瓷等建材產(chǎn)品。此外,英國皮爾金頓公司、美國PPG公司也已經(jīng)開發(fā)出各種類型的憎水、親水、防油、防污染的自潔凈玻璃,并已在北美、歐洲、澳大利亞、日本等地區(qū)推出。據(jù)統(tǒng)計(jì),全世界利用TiO2光催化劑制備的環(huán)保功能建材產(chǎn)品的銷售產(chǎn)值達(dá)42億～84億美元,其中,TiO2基薄膜自潔凈玻璃產(chǎn)品占數(shù)億美元的可觀產(chǎn)值。國內(nèi),中國建材科學(xué)研究院、清華大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)等已開始研發(fā)并試制TiO2光催化自潔玻璃產(chǎn)品。目前,市場相繼出現(xiàn)各種功能型玻璃,如太陽能集熱器玻璃、太陽能電池玻璃、低輻射防光污染玻璃、光催化降解玻璃、防菌自潔玻璃以及調(diào)熱玻璃、熱致變色玻璃、光致變色玻璃等。3