一种黑色平板玻璃的制备方法与流程

本发明涉及一种表面有有色涂层的平板玻璃的制备工艺，尤其涉及一种黑色平板玻璃的制备方法，属于建筑装饰材料制备领域

背景技术：

黑色平板玻璃因为其特殊的装饰效果，是一种较为常见的装饰材料。目前黑色平板玻璃的制备方法有两种。一种方法为在普通平板玻璃的表面喷涂或者刷涂一层黑色有机涂料，形成黑色玻璃的装饰效果。该工艺成本低，制备简单，但是黑色玻璃表面为有机涂层，硬度低，防刮擦性能差，不耐老化。另外一种方法是，先将加有形核剂的特殊配方的玻璃通过模压法或辊压法制成平板玻璃，然后将玻璃在一定温度下保温，让玻璃中析出黑色的晶体如feo、mno2或钴酸盐等，形成通体黑色的装饰效果，用该方法制备出的黑色玻璃光泽度好，不存在有机涂层的不耐刮擦和不耐老化的缺陷，但是制备工艺复杂，需要专门的热处理析晶工艺，同时制备大尺寸黑色平板玻璃有一定的工艺难度。

技术实现要素：

本发明的目的是，制备一种表面牢固涂覆有一层高硬度黑色涂层的平板玻璃，其装饰效果与现在市售的黑色平板玻璃相当，但表面的黑色涂层其硬度远高于有机涂层，能解决有机黑色涂层玻璃的不耐刮擦的缺点，同时能用较为简单的喷涂工艺在普通平板玻璃上形成均匀致密的黑色膜层，比微晶玻璃法制备黑色玻璃工艺更简单，成本更低。

本发明的技术方案是，一种黑色平板玻璃的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、喷涂涂料的制备：

称取ticl3粉体，在1000转/分钟的搅拌条件下将ticl3粉体溶解于浓度为0.5-1mol/l的盐酸水溶液中，控制ticl3粉体的加入量，获得浓度为2-4mol/l的ticl3水溶液，然后加入水溶性双酚a型酚醛树脂，酚醛树脂的加入量为ticl3水溶液质量的5-10％；在1000转/分钟的条件下搅拌1-1.5小时得到混合溶液，然后将装有搅拌好的混合溶液的容器浸泡在冰水混合物中，测量混合溶液的温度，当混合溶液的温度低于10℃时，在2000转/分钟的搅拌条件下加入ticl3树脂混合溶液体积1-1.5倍的正硅酸乙酯，再在溶液中滴加氨水，使ticl3、树脂和正硅酸乙酯的混合溶液的ph值为6-8，然后将装有混合溶液的容器从冰水中取出，在在室温，2000转/分钟的条件下，搅拌2-3小时，获得制备黑色平板玻璃所需喷涂涂料；

步骤二、平板玻璃的预处理

将平板玻璃在75％浓度的酒精中在2000hz的超声频率下，超声波清洗20分钟，然后将平板玻璃放入120℃烘箱中干燥2小时；

步骤三、涂层喷涂

将步骤一制备的涂料加入到气压喷枪中，将平板玻璃从120℃烘箱中取出，在工作压力为0.8-1.2mpa，喷口直径为0.1-0.15mm的工作条件下将涂料均匀喷涂到热平板玻璃上，根据需要可重复喷涂1-2遍，然后在室温下放置2-4小时后，在80℃烘箱中干燥6小时，获得表面喷涂有干燥涂层的平板玻璃；

步骤四、涂层的热处理

将步骤三制备的表面喷涂有干燥涂层的平板玻璃放入可控气氛炉中，先在氮气气氛中以3-5℃/分钟的速度升温至600℃，然后抽真空，再通入氮气和甲烷的混合气，混合气体的总压为1个大气压，甲烷的分压为0.1-0.2个大气压，以1-2℃/分钟的速度升温至650-670℃，保温0.5-1小时，关闭送气和加热，玻璃随炉冷却获得黑色平板玻璃。

下面对本发明作进一步解释：

1、喷涂涂料制备

称取一定重量的ticl3粉体，在1000转/分钟的搅拌条件下将ticl3粉体溶解于浓度为0.5-1mol/l的盐酸水溶液中，控制ticl3粉体的加入量，获得浓度为2-4mol/l的ticl3水溶液。将ticl3溶解于一定量的盐酸中，因为溶液中存在大量的h⁺，可以抑制ti³⁺的水解，形成稳定的ticl3溶液。在ticl3溶液加入一定量的双酚a型酚醛树脂，因为双酚a型酚醛树脂分子极性较大，在水溶液中较易溶解，同时酚醛树脂固化后对玻璃有一定的粘接强度，在涂料中充当临时粘接剂的作用。将混合溶液的温度低于10度后再加入正硅酸乙酯，因为正硅酸乙酯在室温酸性条件下水解速度很快，易产生原硅酸沉淀，所以要将ticl3和树脂的混合溶液的温度低于10度后再加入正硅酸乙酯，以预防产生原硅酸沉淀。然后在溶液中滴加氨水使溶液的ph值接近中性，同时将溶液的温度恢复到室温，此时溶液中的ti³⁺和si⁴⁺会以合适的速度水解生成稳定的ti(oh)4和si(oh)4溶胶。

2、平板玻璃的预处理

将平板玻璃浸泡在酒精中进行超声清洗，主要是洗去平板玻璃表面的杂质和油污为后一步喷涂工艺做准备。将平板玻璃在120度烘箱中干燥主要是烘干清洗后的玻璃同时对玻璃进行预热。

3、涂层喷涂

将涂料在一定压力和喷枪喷口尺寸条件下喷涂到玻璃上，涂层的厚度可以通过喷涂的工作压力和喷口尺寸来调整：工作压力越大，喷口尺寸越小涂层越薄。涂料喷涂到平板玻璃后，因为玻璃有一定的温度，涂料中的水分迅速挥发，涂层中析出无定型的ti(oh)4和si(oh)4纳米颗粒，同时涂料中的双酚a型酚醛树脂在热玻璃表面固化，将ti(oh)4和si(oh)4纳米颗粒牢固的粘接于平板玻璃表面，起到临时粘接剂的作用，便于后继工序的进行。

4、涂层的热处理

在氮气气氛中以3-5℃/分钟的速度升温至600℃，玻璃表面涂层中ti(oh)4和si(oh)4纳米颗粒进一步失去结构水，变为纳米级tio2和sio2微晶，酚醛树脂发生裂解形成高活性的玻璃碳。在650-670℃氮气和甲烷的混合气氛下，因为平板玻璃中有大量的sio2和cao，涂层中的高活性sio2微晶能与平板玻璃形成si-o-si和si-o-ca键，使涂层与平板玻璃牢固结合。酚醛树脂发生裂解形成的玻璃碳在甲烷提供的还原性气氛下会和tio2生成tic颗粒，tic颗粒为黑色，同时莫氏硬度达到9，所以涂层中弥散分布的tic颗粒的出现使涂层呈现为亮黑色，同时硬度也很高，而涂层中的sio2微晶提高了涂层对平板玻璃的结合力。

采用本工艺方法制备黑色平板玻璃与现行技术相比，本发明的有益效果为：该工艺采用涂料喷涂加热处理工艺，在平板玻璃表面形成一层均匀的高硬度的tic-sio2-tio2系黑色复合陶瓷薄膜(见图1)，薄膜的莫氏硬度能达到8.5以上，其抗刮擦和耐老化能力优于有机涂料法制备的黑色玻璃。同时该工艺制备的黑色平板玻璃色彩均匀，表面有较高的亮度(见图2)，能用简单的工艺制备出大尺寸装饰效果良好的黑色玻璃，其制备成本远低于微晶法制备黑色平板玻璃。

附图说明

图1玻璃表面的黑色涂层的显微形貌

图2制备出的黑色玻璃的宏观形貌。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例

本实施例提供一种黑色平板玻璃的制备方法的具体步骤为：

(1)称取一定重量的ticl3粉体，在1000转/分钟的搅拌条件下将ticl3粉体溶解于一定量浓度为1mol/l的盐酸水溶液中，获得浓度为3mol/l的ticl3水溶液。然后加入水溶性双酚a型酚醛树脂，酚醛树脂的加入量为ticl3水溶液质量的8％。混合溶液在1000转/分钟的条件下搅拌1.5小时，然后将装有搅拌好的混合溶液的容器浸泡在冰水混合物中，测量混合溶液的温度，当混合溶液的温度低于10度时，在2000转/分钟的条件下加入ticl3树脂混合溶液体积1.5倍的正硅酸乙酯，再在溶液中滴加氨水使ticl3、树脂和正硅酸乙酯的混合溶液的ph值为6，然后将装有混合溶液的容器从冰水中取出，在2000转/分钟的条件下，在室温下搅拌2小时，获得制备黑色平板玻璃所需喷涂涂料

(2)将平板玻璃在75％浓度的酒精中在2000hz的超声频率下，超声波清洗20分钟，然后将平板玻璃放入120℃烘箱中干燥2小时。

(3)将步骤(1)制备的涂料加入到气压喷枪中，将平板玻璃从120℃烘箱中取出，在工作压力为1mpa，喷口直径为0.1mm的工作条件下将涂料均匀喷涂到热平板玻璃上，重复喷涂1遍，然后在室温下放置4小时后，在80℃烘箱中干燥6小时，获得表面喷涂有干燥涂层的平板玻璃。

(4)将表面喷涂有干燥涂层的平板玻璃放入可控气氛炉中，先在氮气气氛中以3℃/分钟的速度升温至600℃，然后抽真空，再通入氮气和甲烷的混合气，混合气体的总压为1个大气压，甲烷的分压为0.2个大气压，以2℃/分钟的速度升温至650℃，保温0.5小时，关闭送气和加热，玻璃随炉冷却获得黑色平板玻璃。