本发明涉及玻璃加工技术领域，具体涉及一种环保型玻璃蚀刻液及其制备方法和应用。
背景技术：
玻璃蚀刻是利用化学试剂对玻璃或者玻璃制品进行腐蚀，以满足一些特殊要求，如降低厚度、平整表面等。目前，常用的玻璃蚀刻液主要成分为氢氟酸或者其他氟化物，但这类产品存在以下缺点：含氟的蚀刻液在生产时或使用后产生的废液因含有氟化物，会对环境造成破坏，不方便直接排放，需要花费较高的成本进行废水处理。因此，有必要提供一种环保型的玻璃蚀刻液。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明提供了一种环保型玻璃蚀刻液，该蚀刻液的组分无毒无害，使用时间长，在使用寿命结束后，只需经过酸液中和处理就可以排放，废水处理成本小，而且该蚀刻液可以达到与目前酸性玻璃蚀刻液相媲美的效果。
具体地，第一方面，本发明提供了一种环保型玻璃蚀刻液，所述环保型玻璃蚀刻液包括如下质量百分含量的各组分：无机强碱：28-35％；强碱弱酸盐：10-18％；金属离子络合剂：5-10％；余量为水；其中，所述金属离子络合剂选自葡萄糖酸钠、酒石酸钠和亚氨基二琥珀酸钠中的一种或多种；所述环保型玻璃蚀刻液中不含氟元素。
考虑到要形成均一的溶液，所述环保型玻璃蚀刻液中的各组分(如无机强碱、强碱弱酸盐)显然要为水溶性的。
其中，所述无机强碱选自氢氧化钠、氢氧化钾和氢氧化钙中的一种或多种。优选地，所述无机强碱为氢氧化钠和氢氧化钾中的一种或两种。
本发明中，所述无机强碱的质量百分含量为28-35％。例如可以为28％、29％、30％、31％、32％、33％、34％或35％。
其中，所述强碱弱酸盐选自钠、钾、钙元素的水溶性碳酸盐、磷酸盐、磷酸氢二盐和乙酸盐中的一种或多种。具体地，所述强碱弱酸盐选自无水碳酸钠、磷酸钠、磷酸氢二钠、碳酸氢钠、乙酸钠、碳酸钾、磷酸钾、磷酸氢二钾、碳酸氢钾、乙酸钾、乙酸钙中的一种或多种。
优选地，所述强碱弱酸盐为无水碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠和碳酸氢钾中的一种或多种。
本发明中，所述强碱弱酸盐的质量百分含量为10-18％。例如可以为10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％或18％。在本发明一实施方式中，所述强碱弱酸盐的质量百分含量为10-14％。
本发明中，所述金属离子络合剂选自葡萄糖酸钠、酒石酸钠和亚氨基二琥珀酸钠中的一种或多种。所述金属离子络合剂的存在可使玻璃均匀地被蚀刻，蚀刻后玻璃的表面粗糙度达到行业内接受标准。所述金属离子络合剂的质量百分含量可以为5％、6％、7％、8％、9％或10％。优选地，所述金属离子络合剂的质量百分含量为6-10％。
进一步地，所述金属离子络合剂为葡萄糖酸钠。
在本发明一实施方式中，所述环保型玻璃蚀刻液包括如下质量百分含量的各组分：氢氧化钠：28-35％；无水碳酸钠：10-18％；葡萄糖酸钠：5-10％；余量为水；其中，所述环保型玻璃蚀刻液中不含氟元素。优选地，所述无水碳酸钠的质量百分含量为10-14％。
在本发明另一实施方式中，所述环保型玻璃蚀刻液包括如下质量百分含量的各组分：氢氧化钠：28-35％；无水碳酸钠：10-18％；酒石酸钠：5-10％；余量为水；其中，所述环保型玻璃蚀刻液中不含氟元素。
在本发明又一实施方式中，所述环保型玻璃蚀刻液包括如下质量百分含量的各组分：氢氧化钠：28-35％；无水碳酸钠：10-18％；亚氨基二琥珀酸钠：5-10％；余量为水；其中，所述环保型玻璃蚀刻液中不含氟元素。
在本发明又一实施方式中，所述环保型玻璃蚀刻液包括如下质量百分含量的各组分：氢氧化钠：28-35％；碳酸氢钠：10-18％；葡萄糖酸钠：5-10％；余量为水；其中，所述环保型玻璃蚀刻液中不含氟元素。
在本发明又一实施方式中，所述环保型玻璃蚀刻液包括如下质量百分含量的各组分：氢氧化钾：28-35％；碳酸钾：10-18％；葡萄糖酸钠：5-10％；余量为水；其中，所述环保型玻璃蚀刻液中不含氟元素。
本发明中，所述无机强碱的用量高于所述强碱弱酸盐，这样可以保证玻璃蚀刻所需要的稳定的碱性环境。可选地，两者的质量比为(1.55-3.50)：1。优选为(1.60-1.95)：1。
本发明第一方面提供的所述环保型玻璃蚀刻液为碱性，各组分不含氟元素，其中，无机强碱是该蚀刻液中含量最多的主要成分，作为蚀刻的主角，提供高碱性的蚀刻环境；强碱弱酸盐可以作为氢氧根缓冲剂，稳定所述蚀刻液的碱性，延长所述蚀刻液的使用寿命；金属离子络合剂(如葡萄糖酸钠)可以较好地络合玻璃中的金属离子(例如na+、k+、ca2+)，使该蚀刻液在玻璃表面腐蚀得较均匀，使得蚀刻后玻璃的表面粗糙度达到行业内接受标准。通过上述特定质量百分含量的各组分的协同作用，获得的所述蚀刻液可以达到与目前酸性玻璃蚀刻液相媲美的效果。而且，所述蚀刻液的组分无毒无害，使用时间长，在使用寿命结束后，只需经过酸液中和处理就可以排放，废水处理成本小。
可选地，采用所述环保型玻璃蚀刻液处理玻璃后，可使蚀刻后玻璃的透过率大于98％，雾度小于0.5。这说明所述环保型玻璃蚀刻液可以将玻璃均匀地被蚀刻，且蚀刻后玻璃的粗糙度较低。可选地，蚀刻后玻璃的粗糙度ra在0.02-0.04μm。
本发明第一方面提供的所述环保型玻璃蚀刻液呈碱性，不含带氟元素的组分，其组分无毒无害，可多次重复循环使用，在所述环保型玻璃蚀刻液的使用寿命结束后，只需对其进行酸液中和处理就可以排放，废水处理成本小；而且该蚀刻液可以达到与目前酸性玻璃蚀刻液相媲美的效果。
第二方面，本发明提供了一种环保型玻璃蚀刻液的制备方法，包括以下步骤：
将无机强碱、强碱弱酸盐、金属离子络合剂溶于水中，搅拌均匀，得到环保型玻璃蚀刻液；其中，所述环保型玻璃蚀刻液包括如下质量百分含量的各组分：无机强碱：28-35％；强碱弱酸盐：10-18％；金属离子络合剂：5-10％；余量为水；其中，所述金属离子络合剂选自葡萄糖酸钠、酒石酸钠和亚氨基二琥珀酸钠中的一种或多种；所述蚀刻液中不含氟元素。
其中，所述水为去离子水或蒸馏水。所述蚀刻液中的各组分如本发明第一方面所述。
本发明第二方面提供的环保型玻璃蚀刻液的制备方法，工艺简单，轻松配置可得澄清透明，无不溶物、性能稳定的所述环保型玻璃蚀刻液。在所述蚀刻液的使用寿命结束后，只需对其经酸液中和处理就可以排放，废水处理成本小。
第三方面，本发明提供了一种玻璃的蚀刻方法，包括：
提供环保型玻璃蚀刻液，所述环保型玻璃蚀刻液包括如下质量百分含量的各组分：无机强碱：28-35％；强碱弱酸盐：10-18％；葡萄糖酸钠：5-10％；余量为水；其中，所述环保型玻璃蚀刻液中不含氟元素；
将玻璃浸泡于所述环保型玻璃蚀刻液，进行蚀刻。
可选地，在将玻璃浸泡于所述环保型玻璃蚀刻液之前，还包括：将所述环保型玻璃蚀刻液加热至60-95℃。优选为加热至90-95℃。进一步地，在此情况下，所述蚀刻的时间可以为10-30min。本发明中，所述蚀刻的时间可以根据蚀刻时所述环保型玻璃蚀刻液的温度进行调整。
可选地，在将玻璃浸泡于所述环保型玻璃蚀刻液之前，还包括：将玻璃进行清洗处理。清洗处理主要是用于除去玻璃表面的油污、杂质等，以便所述环保型玻璃蚀刻液更好地进行蚀刻。
可选地，在所述蚀刻之后，还包括：对蚀刻后的玻璃进行水洗并干燥。
本发明第三方面提供的玻璃的蚀刻方法，采用本发明第一方面的环保型玻璃蚀刻液对玻璃进行蚀刻，可以在玻璃表面形成均匀的蚀刻效果，与目前酸性玻璃蚀刻液的效果相媲美。
具体实施方式
以下所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
若无特别说明，本发明实施方式所采用的试剂皆为市售商品。
实施例1
一种环保型玻璃蚀刻液，所含的各成分及其质量百分含量如下：氢氧化钠(naoh)：30％；无水碳酸钠(分子式na2co3)：16％；葡萄糖酸钠(分子式c6h11nao7)：10％；水：45％。
该蚀刻液的配置过程如下：将称量好的无机强碱、强碱弱酸盐、葡萄糖酸钠溶于水中，搅拌分散均匀，得到环保型玻璃蚀刻液。配合后放置待用。
该蚀刻液的应用方式为：将145mm×75mm、厚度0.55mm左右的玻璃片表面采用玻璃清洗剂byd-01清洗干净；将该蚀刻液加热至92℃，然后就将清洗干净的玻璃浸泡于92℃的蚀刻液中，进行蚀刻25分钟。然后将蚀刻后的玻璃取出，水洗后干燥。
为突出本发明的有益效果，设置以下对比例：
对比例1(去掉实施例1中的葡萄糖酸钠)
一种玻璃蚀刻液，该蚀刻液所含的各成分及其质量百分含量如下：氢氧化钠：30％；无水碳酸钠：16％；水：55％。
对比例2(现有的含氟酸性蚀刻液)
一种玻璃蚀刻液，该蚀刻液所含的各成分及其质量百分含量如下：氢氟酸：15％；氟化氢铵：5％；硫酸：5％；水：75％。
将以上对比例1-2的玻璃蚀刻液以与实施例1相同的方式应用到块状玻璃的蚀刻，然后使用千分尺测试蚀刻前后玻璃片的厚度，计算出蚀刻速度。之后利用粗糙度仪测试蚀刻后玻璃表面的粗糙度，以检测蚀刻面的平整度。
本发明实施例1的结果为：蚀刻前玻璃厚度为0.549mm，蚀刻后玻璃厚度为0.498mm，经计算蚀刻速度为0.001mm/min；测得蚀刻区域的粗糙度为ra为0.034μm。而对比例1的结果为：蚀刻前玻璃厚度为0.548mm，蚀刻后玻璃厚度为0.515mm，经计算蚀刻速度为0.0007mm/min；测得蚀刻区域的粗糙度为ra为0.089μm。而对比例2的结果为：蚀刻前玻璃厚度为0.551mm，蚀刻后玻璃厚度为0.478mm，经计算蚀刻速度为0.0015mm/min；测得蚀刻区域的粗糙度为ra为0.029μm。
此外，采用本发明实施1的玻璃蚀刻液蚀刻后的玻璃，经检测，表面无裂纹，测得其透过率(t％)大于98％，雾度(h)小于0.4。使用一脉科技的单体强化炉采用硝酸钾进行钠钾置换强化方法对蚀刻后的玻璃进行强化处理，强化温度400℃，时间350min，强化后使用fsm-6000le玻璃表面应力测试仪检测。测得实施例1的蚀刻后玻璃的强化后dol(应力层深度)为8.45μm，cs(应力值)为780mp，满足对玻璃产品的性能要求。
而对比例1测得蚀刻后玻璃的透过率(t％)为95-98％，雾度(h)为0.7，强化后dol为7.89μm，cs为740mp；对比例2测得蚀刻后玻璃的透过率(t％)为97-98％，雾度(h)为0.5-0.6，强化后dol在8.1μm，cs为760mp。
从以上结果可以看出，本发明实施例1提供的玻璃蚀刻液可以很好地蚀刻玻璃，其效果可基本与现有的含氟蚀刻液的效果媲美，蚀刻后玻璃的表面效果也基本一致，但是本发明所采用的成分更加环保，无含氟成分，无毒无害易处理，好排放。此外，本发明实施例提供的玻璃蚀刻液中，通过添加适量的金属离子络合剂-葡萄糖酸钠可以更好地络合玻璃中的金属离子，使得玻璃表面腐蚀的更加均匀迅速。
实施例2
一种环保型玻璃蚀刻液，该蚀刻液所含的各成分及其质量百分含量如下：氢氧化钠：35％；无水碳酸钠：18％；葡萄糖酸钠：10％；余量为水。
将实施例2的蚀刻液以与实施例1相同的方式应用到上述玻璃片的蚀刻，蚀刻速度为2μm/min，蚀刻后玻璃的透过率大于99.5％，雾度小于0.3。
实施例3
一种环保型玻璃蚀刻液，该蚀刻液所含的各成分及其质量百分含量如下：氢氧化钠：31.5％；无水碳酸钠：12％；葡萄糖酸钠：8％；余量为水。
将实施例3的蚀刻液以与实施例1相同的方式应用到上述玻璃片的蚀刻，蚀刻速度为0.97μm/min，蚀刻后玻璃的透过率大于98％，雾度小于0.5。
实施例4
一种环保型玻璃蚀刻液，该蚀刻液所含的各成分及其质量百分含量如下：氢氧化钠：30％；碳酸氢钠：14％；葡萄糖酸钠：10％；余量为水。
将实施例4的蚀刻液以与实施例1相同的方式应用到上述玻璃片的蚀刻，蚀刻速度为1μm/min，蚀刻后玻璃的透过率大于98％，雾度小于0.45。
实施例5
一种环保型玻璃蚀刻液，该蚀刻液所含的各成分及其质量百分含量如下：氢氧化钾：30％；无水碳酸钠：16％；酒石酸钠：10％；余量为水。
将实施例5的蚀刻液以与实施例1相同的方式应用到上述玻璃片的蚀刻，蚀刻速度为1μm/min，蚀刻后玻璃的透过率大于98％，雾度小于0.5，表面粗糙度ra在0.038μm。
实施例6
一种环保型玻璃蚀刻液，该蚀刻液所含的各成分及其质量百分含量如下：氢氧化钾：30％；无水碳酸钠：16％；亚氨基二琥珀酸四钠：10％；余量为水。
将实施例6的蚀刻液以与实施例1相同的方式应用到上述玻璃片的蚀刻，蚀刻速度为1μm/min，蚀刻后玻璃的透过率大于98％，雾度小于0.45，表面粗糙度ra在0.035μm。
实施例7
一种环保型玻璃蚀刻液，该蚀刻液所含的各成分及其质量百分含量如下：氢氧化钾：29％；碳酸钾：16％；酒石酸钠：6％；余量为水。
将实施例7的蚀刻液以与实施例1相同的方式应用到上述玻璃片的蚀刻，蚀刻速度为0.99μm/min，蚀刻后玻璃的透过率大于98％，雾度小于0.5，表面粗糙度ra在0.039μm。
实施例8
一种环保型玻璃蚀刻液，该蚀刻液所含的各成分及其质量百分含量如下：氢氧化钠：28％；磷酸氢二钠：10％；亚氨基二琥珀酸钠：5％；余量为水。
将实施例8的蚀刻液以与实施例1相同的方式应用到上述玻璃片的蚀刻，蚀刻速度为0.92μm/min，蚀刻后玻璃的透过率大于98％，雾度小于0.5，表面粗糙度ra在0.040μm。
以上所述是本发明的示例性实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对其做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。