[发明专利]玻璃表面水化改性技术

说明书

技术领域

本发明属于玻璃深加工领域中玻璃表面处理改性以提高其光学性能、机械性能和化学稳定性的技术。

背景技术

玻璃在建筑门窗、运输车辆和侧窗、日用生活玻璃瓶罐器皿等领域得到广泛应用。为了满足满足不同应用领域的要求，近百年来已发展了多种处理技术来进一步提高它的机械性能、光学性能、化学稳定性和美化装饰性能。例如，玻璃钢化增强技术、玻璃表面镀膜技术、玻璃表面装饰技术等，使玻璃的应用领域日益扩大，形成了玻璃深加工行业。

迄今，国内外已公开的有关玻璃表面改性技术专利有几万件之多，可以归纳为玻璃的机械处理(研磨与抛光)、化学处理(高温脱碱、防霉、表面蚀刻和氢氟酸处理增强)、物理钢化增强(热钢化)、化学钢化增强(离子交换)、表面镀膜(真空镀膜、CVD镀膜、热喷涂等)、表面装饰(施釉、表面着色等)和离子注入等技术。至今，尚未看到玻璃表面水化改性技术的专利和文献。例如，《玻璃表面处理技术》(王承遇等编著，化学工业出社)，一书系统地介绍了玻璃表面处理方面国内外各种专利和非专利技术，从中没有看到有关玻璃表面水化改性技术的阐述。

发明内容

本发明的目的是：提供一种简单的、用去离子水处理普通平板玻璃(钠钙硅酸盐玻璃)、使其表面改性的技术，以提高玻璃的透光度、增加玻璃的机械强度和提高抗风化性能。

实现发明的技术方案：普通平板玻璃(浮法玻璃、压延玻璃等)放入高压釜的去离子水中，进行高温、高压水化处理。普通硅酸盐玻璃在高温水作用下产生如下反应：

硅酸盐玻璃表面层中的一价离子(Na⁺、K⁺)和二价离子(Ca⁺⁺、Mg⁺⁺)，在扩散作用下转移到水中，同时玻璃表面水化成硅凝胶(硅烷醇基)。

然后，玻璃在常压或真空环境下脱水、烧结，温度为200℃～650℃。

普通平板玻璃外表面形成SiO₂玻璃层，由于在水化过程中扩散作用的结果，从表面向玻璃部内部，在化学组成(Na⁺、K⁺、Ca⁺⁺、Mg⁺⁺的浓度)和结构上逐渐变化，即通过上述玻璃水化-脱水烧结处理过程，在玻璃上形成化学组成和结构渐变的改性表面层。

玻璃表面水化改性处理温度可以是120℃～350℃，一般为120℃～200℃。压力可以是0.2～30MPa，一般为1MPa～2MPa。提高玻璃表面水化改性处理温度和压力可以提高玻璃表面水化速度和增加玻璃表面水化层深度。为了进一步提高玻璃表面水化速度和防止硅烷醇基溶解，可在去离子水中加入少量促进剂和稳定剂，例如盐酸、甲酸等，加入量为0.001％～0.1％(摩尔比)。

本发明的有益效果是：

(1)提高玻璃的透光度

玻璃表面水化改性形成的SiO₂表面层的折射率为1.452，普通平板(硅酸盐)玻璃的折射率是1.520(非锡面)～1.526(锡面)。

根据光学理论玻璃反射率和折射率的计算关系，计算出玻璃表面水化改性形成的SiO₂表面层的反射率为(R_g)0.02585682。而浮法玻璃的反射率(R₀)为0.042586(非锡面)～0.044150(锡面)。而且，玻璃表面水化改性表面层的折射率为梯度渐变状态，光反射率进一步降低。因此，硅酸盐玻璃表面水化改性后，其透光度(T)可提高3.0％以上。

(2)提高玻璃的实际强度

大量的研究已充分证明：玻璃的实际强度(～50MPa)远远低于其理论强度(～10000MPa)，根本原因是玻璃表面存在着大量微裂纹。玻璃是脆性材料，断裂韧性很小，裂纹尖端应力集中效应使玻璃在低应力下破坏。当玻璃表面水化改性层深度到达15μ以上时，可以消除玻璃表面的微裂纹，与氢氟酸处理增强机理相同，玻璃表面水化改性可以显著提了玻璃的实际强度。

(3)提高玻璃的抗风化性能

玻璃表面的风化(发霉)是由于玻璃表面吸附水与玻璃中的Na⁺形成NaOH腐蚀硅氧骨架造成的。水化改性的玻璃表面没有了Na⁺等碱性离子，避免了玻璃表面被NaOH侵蚀，提高了抗风化性能。

具体实施方式

下面以实例来说明本发明的具体实施方式。

实例1.