一种具有自洁功能、抗紫外线的隔音玻璃及其制备方法与流程

本发明涉及薄膜应用领域，具体涉及一种具有自洁功能、抗紫外线的隔音玻璃及其制备方法。

背景技术：

众所周知，人如果长时间暴晒太阳，紫外线会使皮肤加速老化，从而产生皱纹、产生色斑、致使皮肤变得粗糙或引发一些皮肤疾病，例如皮肤炎、皮肤癌等等。另外，强太阳光照还会导致房屋以及汽车内的一些饰品老化、褪色，缩短其使用时间。然而目前大多汽车、储物室、海景房等的窗户上使用的普通玻璃一般功能较少、对于紫外线吸收欠佳，抗污能力较差、不易清洁。并且隔音效果不好，室内或车内易受外界噪音干扰。为了减少紫外线及噪音对人们的生活及身体带来不良影响，探寻使建筑物玻璃以及汽车车窗玻璃具有强吸收紫外线和隔音功能是必不可少的。

目前，已经有多种技术来制备具有吸收紫外线能力的玻璃，例如，中国公开专利CN103613280A公开了一种紫外线吸收涂层的涂液和紫外线吸收玻璃，该紫外线吸收玻璃的紫外线吸收涂层包含SiO₂和紫外线吸收剂，所述紫外线吸收涂层还包括用于储存和释放紫外线吸收剂中被紫外线激发电子的氧化物MO_z，其中M＝V，Mn，Fe，Co，Ni，Zr，Nb，Mo，Ru，Ir，Rh，Pd，W，Re，Bi，In，Ga，Os；1≤z≤4。此种玻璃可以保护紫外线吸收剂和SiO₂基体，防止紫外线吸收玻璃变色或失透。然而该玻璃不具备隔音和自洁的功能。

中国公开专利CN103097320A公开了一种夹层玻璃，即在两片玻璃中间加一层PVB(聚乙烯醇缩丁醛)膜，该夹层膜具有吸收紫外线的功能。然而，此夹层玻璃制备工艺较复杂，提高了生产制造成本。

另外，经检索发现常用于制造防紫外线镀膜玻璃的方法包括磁控溅射、化学气相沉积法以及溶胶-凝胶方法。

技术实现要素：

为解决现有技术存在的问题，本发明提供一种具有自洁功能、抗紫外线的隔音玻璃及其制备方法，该玻璃不仅对紫外线吸收能力强，实现抗紫外线功能，从而有效防止紫外线对皮肤的伤害及致癌性，并达到净化空气的作用。此外，该玻璃还具有自洁功能和隔音效果，自洁功能使得玻璃易于清洁，减轻清洁玻璃的麻烦；隔音性能可以对外界噪音起到一定的屏蔽作用，从而使室内的感觉变得柔和。本发明的制备方法简单，薄膜掺杂比例更容易调节，做出的薄膜均匀致密，硬度高。制备工艺参数容易控制，可再现性良好。

为实现上述目的，本发明采用以下技术手段：

一种具有自洁功能、抗紫外线的隔音玻璃，包括：内透明基板、外透明基板以及设于内透明基板和外透明基板之间的真空隔音层，内透明基板表面依次设置内抗紫外线薄膜层和内自洁功能层，外透明基板表面依次设置外抗紫外线薄膜层和外自洁功能层；

内外抗紫外线薄膜层为掺有V₂O₅的SiO₂薄膜；

内外自洁功能层为TiO₂薄膜或纳米银薄膜。

该隔音玻璃吸收光线的波长为100-350nm，紫外线吸收率为90％-95％。

所述的内外抗紫外线薄膜层是SiO₂与V₂O₅采用同腔共蒸方式蒸镀制成；其中SiO₂作为主体材料通过电子束蒸发方式蒸镀；V₂O₅作为客体材料通过真空蒸镀方式蒸镀。

所述的内外自洁功能层是TiO₂采用电子束方式蒸镀制得。

所述的真空隔音层内部为真空腔体，真空腔体是由微小支撑物或表面设置凸起的有机玻璃制成，内外透明基板通过密封材料密封。

内外透明基板为硅酸钠玻璃或塑料。

一种具有自洁功能、抗紫外线的隔音玻璃的制备方法，包括以下步骤：

1)将内玻璃基板依次放入洗洁精、丙酮、酒精、去离子水中分别超声清洗，取出后用氮气烘干；

2)将烘干好的内玻璃基板转入蒸镀室同时采用真空蒸镀V₂O₅以及电子束蒸发SiO₂，形成SiO₂和V₂O₅组成的内抗紫外线薄膜层，得到蒸镀内抗紫外线薄膜层的内玻璃基板；

3)将蒸镀内抗紫外线薄膜层的内玻璃基板放入烘干箱烘干；

4)将烘干好的玻璃片再放入真空室采用电子束方式蒸发TiO₂，制备内自洁功能层；得到了具有自洁功能、抗紫外线的玻璃片；

5)将外玻璃基板依次按照与上述1)、2)、3)和4)所述的方法制备得到另外一片具有自洁功能、抗紫外线的玻璃片；

6)将两个玻璃片之间通过微小支撑物或表面设置凸起的有机玻璃支撑且形成间隙，将间隙内抽成真空后，将两片半成品使用密封材料密封，形成具有自洁功能、抗紫外线的隔音玻璃。

步骤2)中，V₂O₅与SiO₂的掺杂浓度比为3:4；蒸发压强为2.5×10^-4─5.0×10^-4Pa。

步骤3)中，蒸发电流为20─25mA，蒸发压强为1.2×10^-4─2.6×10^-4Pa。

抗紫外线薄膜层的厚度为70-100nm；自洁功能层厚度为10-20nm；真空隔音层厚度为1-1.7mm。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

本发明具有自洁功能、抗紫外线的隔音玻璃片，由透明基板、真空隔音层、抗紫外线薄膜层和自洁功能层组成；该玻璃包括透明基板以及分布在其上的抗紫外线薄膜层、具有自洁功能的薄膜层和真空隔音层，所述的抗紫外线薄膜层位于玻璃与具有自洁功能薄膜层之间。透明基板可以实现普通玻璃的所有功能；第一层抗紫外线薄膜层由掺有V₂O₅等的SiO₂薄膜，或其它具有吸收紫外线功能的薄膜层组成，可以大量吸收紫外入射光，降低有害紫外线的入射量，吸收率达到百分之九十以上，有效屏蔽有害光，对人体有较强的保护功能。此外，第二层薄膜自洁功能层为超亲水性氧化物TiO₂薄膜以及能把有机物转化为二氧化碳和水的纳米银等薄膜，不仅具有保护作用，而且具有增透作用，还具有一定自洁功能，抗污效果显著，减少清洁频率。本发明的自清洁原理为：对于TiO₂薄膜，TiO₂在紫外线的作用下能够产生良好的光催化特性从而具有超亲水特性，使得很小的水滴会聚成较大水滴，在重力作用下脱落，从而使得沾染在其上的污渍易被水冲走，使玻璃具有自洁功能。中间层为真空隔音层，声音靠介质传播，而真空层可对外界噪音起到有效的屏蔽作用，从而使室内的感觉变得柔和。

本发明的具有自洁功能、抗紫外线的隔音玻璃，可以吸收波长为100-350nm的光线，吸收率高达90％以上，从而有效防止紫外线对皮肤的伤害及致癌性。同时，本发明玻璃表面的TiO₂薄膜层具有超亲水性的自洁功能，减少了清洁玻璃表面的麻烦。

本发明的制备方法简单，采用同腔共蒸方式蒸镀V₂O₅等的SiO₂薄膜，再用电子束方式蒸镀金属氧化物TiO₂。此方法掺杂方便、比例更容易调节，做出的薄膜均匀致密，硬度高。制备工艺参数容易控制，可再现性良好。

【附图说明】

图1为本发明具有自洁功能、抗紫外线的隔音玻璃的剖面示意图。

其中，A1和A分别为内外玻璃基板，中间D为真空隔音层，B1和B分别为内外抗紫外线薄膜层，C1和C分别为内外自洁功能层。

图2为本发明的不同浓度掺杂对吸收紫外线影响的模拟仿真图。

【具体实施方式】

下面结合附图对本发明作详细描述：

如图1所示，本发明一种具有自洁功能、抗紫外线的隔音玻璃，包括内透明基板A1、外透明基板A以及设于内透明基板和外透明基板之间的真空隔音层D，贴近内、外透明基板由内而外分别依次包括抗紫外线薄膜层B1和B和自洁功能层C1和C，玻璃片对紫外线吸收率达90％-95％。

透明基板A和A1为普通玻璃或具有柔性功能的其它透明基板；

抗紫外线薄膜层B和B1为掺有V₂O₅等的SiO₂薄膜，或其它具有吸收紫外线功能的薄膜层。SiO₂与V₂O₅采用同腔共蒸方式蒸镀；V₂O₅作为客体材料通过真空蒸镀方式蒸镀。SiO₂作为主体材料通过电子束蒸发方式蒸镀；

自洁功能层C和C1为TiO₂薄膜，以及能把有机物转化为二氧化碳和水的纳米银等薄膜层，采用电子束方式蒸镀。。

上述具有自洁功能、抗紫外线的隔音玻璃的制备方法，包括以下步骤：

1)将透明基板A依次放入洗洁精、丙酮、酒精、去离子水中分别超声清洗10-15min，取出后用氮气烘干；

2)将清洗好的透明基板转入蒸镀室同时采用真空蒸镀V₂O₅等以及电子束蒸发SiO₂，形成抗紫外线薄膜层，此膜层由所述的氧化物SiO₂和V₂O₅组成；共蒸镀产生的抗紫外线薄膜厚度为70-100nm。

3)将蒸镀好的基板放入烘干箱烘干；

4)将烘干好的基板再放入真空室采用电子束方式蒸发TiO₂等薄膜，电子束蒸发材料TiO₂等的厚度为10-20nm。完成具有自洁功能的薄膜层；至此，制备得到具有自洁功能、抗紫外线的玻璃片。

5)将透明基板A1依次按照与上述1)、2)、3)和4)所述的方法制备得到另外一种具有自洁功能、抗紫外线的玻璃。

6)将两片制备得到的具有自洁功能、抗紫外线的玻璃使用密封材料密封，中间通过支撑物隔离出厚度为1-1.7mm空隙，此空间抽成真空。

其中，透明基板作为薄膜载体，选用材料为硅酸钠玻璃或其它具有柔性的透明基板。所述抗紫外线薄膜层由掺有V₂O₅等的SiO₂薄膜组成。所述自洁功能层位于抗紫外线薄膜层的上表面，主要由含超亲水特性的氧化物TiO₂薄膜或者能把有机物转化为二氧化碳和水的其它薄膜组成。

TiO₂在紫外线的作用下能够产生良好的光催化特性从而具有超亲水特性，使得很小的水滴会聚成较大水滴，在重力作用下脱落，从而使得沾染在其上的污渍易被水冲走，使玻璃具有自洁功能。

本发明一种具有自洁功能、抗紫外线的隔音玻璃的具体制备过程如下，现以部分材料为例进行说明，当然不限于以下材料。

玻璃基板A为高平整度的硅酸钠玻璃。抗紫外线薄膜层为蒸镀室采用同时真空蒸镀V₂O₅以及电子束蒸发SiO₂，完成的薄膜层V₂O₅:SiO₂。自洁功能层为超亲水性氧化物TiO₂薄膜，不仅具有保护作用，而且具有增透作用。真空隔音层中间是有机玻璃，然后用浓度为1％-60％丙酮浸泡有机玻璃，再通过丝网印刷把这层有机玻璃做出凸凹形状，形成支撑物。

实施例1

所述具有自洁功能、抗紫外线的玻璃制备过程如下：

1、将钠钙玻璃依次放入洗洁精、丙酮、酒精、去离子水中分别超声清洗十分钟，取出后用氮气烘干。

2、将清洗好的玻璃基板转入蒸镀室同时采用真空蒸镀V₂O₅以及电子束蒸发SiO₂，形成紫外线薄膜层，此膜层由所述的氧化物SiO₂和V₂O₅组成，膜厚控制为70-100nm，V₂O₅掺杂浓度为10％的SiO₂，掺杂浓度为V₂O₅:SiO₂＝3:4，蒸发压强为5.0×10^-4Pa；。

3、将蒸镀好的玻璃片放入烘干箱烘干；

4、将烘干好的玻璃片再放入真空室采用电子束方式蒸发TiO₂，完成具有自洁功能的薄膜层，膜厚为10-20nm，蒸发电流为20mA，蒸发压强为2.6×10^-4Pa。

至此，制备得到具有自洁功能、抗紫外线的玻璃片。

5、将另外一块钠钙玻璃依次按照与上述1)、2)、3)和4)所述的方法制备得到另外一种具有自洁功能、抗紫外线的玻璃。

6、将两片制备得到的具有自洁功能、抗紫外线的玻璃使用密封材料密封，中间通过支撑物隔离出厚度为1.0mm空隙，此空间抽成真空。

实施例2

所述具有自洁功能、抗紫外线的玻璃制备过程如下：

1、将钠钙玻璃依次放入洗洁精、丙酮、酒精、去离子水中分别超声清洗15分钟，取出后用氮气烘干。

2、将清洗好的玻璃基板转入蒸镀室同时采用真空蒸镀V₂O₅以及电子束蒸发SiO₂，形成紫外线薄膜层，此膜层由所述的氧化物SiO₂和V₂O₅组成，膜厚控制为80-100nm，V₂O₅掺杂浓度为37.5％的SiO₂，掺杂浓度为V₂O₅:SiO₂＝3:4，蒸发压强为5.0×10^-4Pa；。

3、将蒸镀好的玻璃片放入烘干箱烘干；

4、将烘干好的玻璃片再放入真空室采用电子束方式蒸发TiO₂，完成具有自洁功能的薄膜层，膜厚为15-20nm，蒸发电流为20mA，蒸发压强为2.6×10^-4Pa。

至此，制备得到具有自洁功能、抗紫外线的玻璃片。

5、将另外一块钠钙玻璃依次按照与上述1)、2)、3)和4)所述的方法制备得到另外一种具有自洁功能、抗紫外线的玻璃。

6、将两片制备得到的具有自洁功能、抗紫外线的玻璃使用密封材料密封，中间通过支撑物隔离出厚度为1.5mm空隙，此空间抽成真空。

实施例3

所述具有自洁功能、抗紫外线的玻璃制备过程如下：

1、将钠钙玻璃依次放入洗洁精、丙酮、酒精、去离子水中分别超声清洗20分钟，取出后用氮气烘干。

2、将清洗好的玻璃基板转入蒸镀室同时采用真空蒸镀V₂O₅以及电子束蒸发SiO₂，形成紫外线薄膜层，此膜层由所述的氧化物SiO₂和V₂O₅组成，膜厚为70-80nm，V₂O₅掺杂浓度为50％的SiO₂，掺杂浓度为V₂O₅:SiO₂＝3:4，蒸发压强为5.0×10^-4Pa；。

3、将蒸镀好的玻璃片放入烘干箱烘干；

4、将烘干好的玻璃片再放入真空室采用电子束方式蒸发TiO₂，完成具有自洁功能的薄膜层，膜厚为10-18nm，蒸发电流为20mA，蒸发压强为2.6×10^-4Pa。

至此，制备得到具有自洁功能、抗紫外线的玻璃片。

5、将另外一块钠钙玻璃依次按照与上述1)、2)、3)和4)所述的方法制备得到另外一种具有自洁功能、抗紫外线的玻璃。

6、将两片制备得到的具有自洁功能、抗紫外线的玻璃使用密封材料密封，中间通过支撑物隔离出厚度为1.7mm空隙，此空间抽成真空。

如图2所示，本发明的不同掺杂浓度影响吸收紫外线的模拟仿真图：

抗紫外线薄膜层由掺有V₂O₅的SiO₂薄膜组成，我们通过改变V₂O₅的掺杂浓度模拟绘制薄膜层对紫外线(100-350nm)的吸收谱，通过吸收谱可以清晰的看到不同比例浓度薄膜的吸收情况。由图可知，总体来说V₂O₅掺杂SiO₂薄膜对紫外线有较强的吸收能力。而对于可见光(390-780nm)则基本不吸收或者吸收较少。这样可以保证本发明的具有自洁功能、抗紫外线的玻璃对紫外线的吸收效果，同时不影响可见光的透射，不影响室内或者车内的光线。比较图2中各条曲线，我们发现纯SiO₂薄膜对紫外线的吸收虽然在50nm处出现最大峰值。但其吸收光波的范围非常窄，仅局限于10-100nm范围的短波。当掺杂V₂O₅后，SiO₂薄膜层的吸收光波长范围明显增大，尤其是当V₂O₅掺杂浓度为37.5％和50％时，对40-320nm范围的光波都有较好的吸收。众所周知，波长290-320nm的中波致癌性最强，晒红及晒伤作用是其它频段光波的1000倍。而V₂O₅掺杂浓度为37.5％和50％的SiO₂薄膜层对其均有较好的吸收效果，可有效保护人体皮肤，防止紫外线所造成的皮肤皱纹、老化、黑斑甚至致癌等现象发生。

本发明的具有自清洁功能、抗紫外线的隔音玻璃，可以使所需波长光线的透过率高达90％以上，从而有效防止紫外线对皮肤的伤害及致癌性，并达到净化空气的作用。同时，本发明玻璃表面的TiO₂薄膜层具有超亲水性的自洁功能，减少了清洁玻璃表面的麻烦。隔音层可以对各类噪音起到一定的屏蔽作用，使室内的感觉变得柔和。

以上所述仅为本发明的一种实施方式，不是全部或唯一的实施方式，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。