CN108793735B - 一种玻璃组合物以及耐油污玻璃及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种玻璃组合物以及耐油污玻璃及其制备方法与应用，以重量百分比计，该玻璃组合物中，SiO2的含量为52‑65％，Al2O3的含量为14‑18％，CaF2的含量为6‑10％，MgO的含量为2‑14％，B2O3的含量为2‑4％，P2O5的含量为3‑5％，ZnO的含量为1‑3％，TiO2的含量为2‑4％，以及La2O3的含量为0.1‑2％。根据所述玻璃组合物制备耐油污玻璃的方法包括：将SiO2、Al2O3、CaF2、MgO、B2O3、P2O5、ZnO、TiO2和La2O3混合，加入或不加入Nb2O5，得到混合物料，将所述混合物料依次进行熔融、成型、退火和加工。本公开的玻璃有优良的耐油污和耐指纹性。
Description
技术领域
本公开涉及玻璃技术领域，具体地，涉及一种玻璃组合物以及耐油污玻璃及其制备方法与应用。
背景技术
玻璃、陶瓷、金属和塑料是当前社会应用较为广泛的四种材料，伴随着信息化社会的快速发展，电脑、手机已经成为大家工作或生活的必需品，这使得玻璃在现代生活中的作用越来越重要。并且，大屏幕、触屏的显示器与使用者零距离接触，人们通过在显示器屏幕上点击、滑动就能快速、方便地进行相关的指令性操作。
以往的手机局限在通讯功能，但目前包括智能手机与平板电脑的智能设备的性能已与笔记本接近，让人们凭借无线通信的方便性无时无刻不在执行及享受较高层次的商务及娱乐活动。在这样的趋势下，对显示器性能要求也不断提高，显示器的发展趋势是薄、轻、强度高、硬度高，并且在应用过程中使用者越来越重视显示器的抗油污性、抗指纹性，进而避免因为油污、指纹而引起体验感下降。现有的手机、电脑显示器在使用过程中非常容易沾染手指的指纹、油污，沾染指纹、油污后需要进行擦洗等处理，如何在提高玻璃综合性能的同时，提高玻璃的抗油污、抗指纹性能是目前亟待解决的技术问题。
发明内容
本公开的目的是提供一种玻璃组合物以及耐油污玻璃及其制备方法与应用，本公开的玻璃有很好的耐油污性。
第一方面，本公开提供一种玻璃组合物，以重量百分比计，该玻璃组合物中，SiO2的含量为52-65％，Al2O3的含量为14-18％，CaF2的含量为6-10％，MgO的含量为2-14％，B2O3的含量为2-4％，P2O5的含量为3-5％，ZnO的含量为1-3％，TiO2的含量为2-4％，以及La2O3的含量为0.1-2％。
可选地，所述玻璃组合物中，TiO2的重量与CaF2的重量之比为(0.3-0.6)：1；优选地，TiO2的重量与CaF2的重量之比为(0.45-0.55)：1。
可选地，所述玻璃组合物中，以重量百分比计，TiO2和La2O3的总含量与SiO2和Al2O3的总含量之比为(0.05-0.08)：1；优选地，TiO2和La2O3的总含量与SiO2和Al2O3的总含量之比为(0.06-0.07)：1。
可选地，所述玻璃组合物中，P2O5与ZnO的重量之比为(1-5)：1。
可选地，所述玻璃组合物中还含有Nb2O5，以重量百分比计，TiO2和Nb2O5的重量比为(1.5-6)：1。
第二方面，本公开提供一种采用上述任意一种玻璃组合物制备耐油污玻璃的方法，该方法包括：将SiO2、Al2O3、CaF2、MgO、B2O3、P2O5、ZnO、TiO2和La2O3混合，加入或不加入Nb2O5，得到混合物料，将所述混合物料依次进行熔融、成型、退火和加工；所述熔融的温度为1550-1650℃，所述熔融的时间为2-8h。
可选地，用于混合的TiO2的粒径为5-20nm。
可选地，所述方法还包括所述加工后的化学强化，通过将加工后的玻璃放入KNO3熔融液中进行化学强化。
第三方面，本公开提供根据上述任意一项所述的方法制备得到的耐油污玻璃。
第四方面，本公开提供所述的耐油污玻璃在制备显示器件和/或照明器件中的应用。
本公开方法和配方制备得到的玻璃能够与水或鲸蜡烷间有更大的接触角，有优良的耐油污和耐指纹性，并且在沾染了指纹后能更加快速地被擦拭干净。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
第一方面，本公开提供一种玻璃组合物，以重量百分比计，该玻璃组合物中，SiO2的含量可以为52-65％，Al2O3的含量可以为14-18％，CaF2的含量可以为6-10％，MgO的含量可以为2-14％，B2O3的含量可以为2-4％，P2O5的含量可以为3-5％，ZnO的含量可以为1-3％，TiO2的含量可以为2-4％，以及La2O3的含量可以为0.1-2％。TiO2和La2O3在加工成玻璃后能对玻璃表面有一定的改良作用，使玻璃有一定的耐油污性。
根据本公开的第一方面，所述玻璃组合物中，TiO2的重量与CaF2的重量之比可以为(0.3-0.6)：1；优选地，TiO2的重量与CaF2的重量之比可以为(0.45-0.55)：1。
经过多次对比实验发现，在生产玻璃时，TiO2与CaF2的重量比能影响玻璃成品表面的亲水、亲油性能，TiO2与CaF2的重量比优选为(0.3-0.6)：1，尤其更优选为(0.45-0.55)：1时，制备得到的玻璃成品表面与水或鲸蜡烷间的接触角能进一步增大，进而能更好地避免粘附油脂类物质、汗液、水等。
根据本公开的第一方面，所述玻璃组合物中，以重量百分比计，TiO2和La2O3的总含量与SiO2和Al2O3的总含量之比可以为(0.05-0.08)：1；优选地，TiO2和La2O3的总含量与SiO2和Al2O3的总含量之比可以为(0.06-0.07)：1。
TiO2和La2O3在玻璃原料中的占比太高或者太低均不利于提高玻璃的耐油污性能，尤其，TiO2和La2O3的总含量与SiO2和Al2O3的总含量之比优选为(0.06-0.07)：1时，制备得到的玻璃的耐油污性、耐指纹性可以进一步得到提高。
根据本公开的第一方面，所述玻璃组合物中，P2O5与ZnO的重量之比可以为(1-5)：1。
根据本公开的第一方面，所述玻璃组合物中还可以含有Nb2O5，以重量百分比计，TiO2和Nb2O5的重量比可以为(1.5-6)：1。
在制备玻璃时添加Nb2O5能够进一步增大玻璃表面与与水或鲸蜡烷间的接触角，玻璃表面与水或鲸蜡烷间的接触角越大，则油污和水越不容易在玻璃表面大范围粘附，进而能够增强玻璃的耐油污性和耐指纹性，并且，玻璃表面粘附了油污或水溶液后能够快速、容易地擦拭干净。
第二方面，本公开提供一种采用上述任意一种玻璃组合物制备耐油污玻璃的方法，该方法包括：可以将SiO2、Al2O3、CaF2、MgO、B2O3、P2O5、ZnO、TiO2和La2O3混合，加入或不加入Nb2O5，得到混合物料，可以将所述混合物料依次进行熔融、成型、退火和加工；所述熔融的温度可以为1550-1650℃，所述熔融的时间可以为2-8h。
根据本公开的第二方面，用于混合的TiO2的粒径可以为5-20nm。本公开在制备耐油污玻璃时，通过选择粒径为5-20nm的TiO2能够更好地使TiO2发挥对玻璃成品表面改良的功效，以使玻璃能有更好的耐油污和耐指纹性。
根据本公开的第二方面，所述方法还可以包括所述加工后的化学强化，可以通过将加工后的玻璃放入KNO3熔融液中进行化学强化。
第三方面，本公开提供根据上述任意一项所述的方法制备得到的耐油污玻璃。
第四方面，本公开提供所述的耐油污玻璃在制备显示器件和/或照明器件中的应用。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实施例中，如无特别说明，所用的各材料均可通过商购获得，如无特别说明，所用的方法为本领域的常规方法。以下实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
以下实施例、对比例和测试实施例中：
参照ASTM C-693测定玻璃密度，单位为g/cm3。
参照ASTM E-228使用卧式膨胀仪测定50-350℃的玻璃热膨胀系数，单位为10-7/℃。
参照ASTM C-623测定玻璃杨氏模量，单位为GPa。
参照ASTM E-384使用维氏硬度计测定玻璃维氏硬度，单位为GPa。
按照表1和表2所示称量各组分，TiO2的粒径为10nm，将各组分混匀，将混合料倒入铂金坩埚中，然后在1590℃电阻炉中加热6小时，并使用铂金棒搅拌以排出气泡。将熔制好的玻璃液浇注入不锈钢铸铁磨具内，成型为规定的块状玻璃基板，然后将玻璃基板在退火炉中退火2小时，关闭电源随炉冷却到25℃，得到玻璃基板，按照上述方法测定玻璃基板的密度、热膨胀系数、杨氏模量和维氏硬度，测试结果见表1。
将玻璃基板进行切割、研磨、抛光，得60mm×45mm×0.7mm的玻璃薄片，放入395℃的熔融KNO3中进行化学强化，强化4h后取出并冷却至室温，然后用去离子水清洗干净并烘干，得玻璃成品。
表1
表2
测试实施例1疏水性测试
将实施例1-8和对比例1-3的玻璃成品依次经去离子水和乙醇清洗后，烘干，分别用针管在玻璃上滴水滴，待水滴稳定后，分别通过Vertion2.8(Surface Tech Co.Ltd)测试水滴在玻璃板上的接触角，测试结果数据见表3。
测试实施例2疏油性测试
将实施例1-8和对比例1-3的玻璃成品依次经去离子水和乙醇清洗后，烘干，通过将鲸蜡烷即滴即测的方法，采用型号OCA25(德国Dataphysics)测试鲸蜡烷在玻璃上的接触角，测试结果数据见表3。
测试实施例3
将实施例1-8和对比例1-3的玻璃成品依次经去离子水和乙醇清洗后，烘干。按照体积比1:1混合甲醇和蒸馏水，得到溶剂；将7g尿素(化学纯)和1g乳酸(85％)溶于所述溶剂中，并定容至1000ml，得到汗液溶液。
选择两名指纹纹路清洗的实验人员，两名实验人员分别将自己的食指、中指浸入汗液溶液后依次在烘干后的实施例1-8和对比例1-3的玻璃表面按指纹，每块玻璃上的两名实验人员的指纹不重叠。
准备多块棉布抹布，每个玻璃分别用一块棉布抹布擦拭指纹，统计每个玻璃分别需要擦拭几次能将指纹全部擦拭干净，统计数据见表4。
表3
表4
| 实施例1 | 擦拭3次后无指纹残留 |
| 实施例2 | 擦拭3次后无指纹残留 |
| 实施例3 | 擦拭2次后无指纹残留 |
| 实施例4 | 擦拭2次后无指纹残留 |
| 实施例5 | 擦拭3次后无指纹残留 |
| 实施例6 | 擦拭2次后无指纹残留 |
| 实施例7 | 擦拭1次后无指纹残留 |
| 实施例8 | 擦拭1次后无指纹残留 |
| 对比例1 | 擦拭7次后无指纹残留 |
| 对比例2 | 擦拭8次后无指纹残留 |
| 对比例3 | 擦拭8次后无指纹残留 |
实施例1-8所有的玻璃原材料均符合：SiO2的含量为52-65％，Al2O3的含量为14-18％，CaF2的含量为6-10％，MgO的含量为2-14％，B2O3的含量为2-4％，P2O5的含量为3-5％，ZnO的含量为1-3％，TiO2的含量为2-4％，以及La2O3的含量为0.1-2％，并且满足P2O5与ZnO的重量之比为(1-5)：1。
对实施例1-4进行对比分析，实施例3、4中TiO2的重量与CaF2的重量之比符合(0.3-0.6)：1，TiO2和La2O3的总含量与SiO2和Al2O3的总含量之比符合(0.05-0.08)：1，实施例3、4玻璃成品与水或鲸蜡烷的接触角大于实施例1、2，并且在玻璃成品表面摁上汗液指纹后，实施例3、4的玻璃仅擦拭两次就能将指纹全部擦拭干净。对实施例1、2、5和6进行对比分析，与实施例1、2不同的是，实施例5、6中的玻璃组合物中还含有Nb2O5，并且满足：TiO2和Nb2O5的重量比为(1.5-6)：1，实施例5、6的玻璃成品与水或鲸蜡烷的接触角大于实施例1、2；对实施例3、4、7和8进行对比分析，与实施例3、4相比，实施例7、8的玻璃组合物中含还含有Nb2O5，并且满足：TiO2和Nb2O5的重量比为(1.5-6)：1，实施例7、8玻璃成品与水或鲸蜡烷的接触角大于实施例3、4，并且实施例7、8玻璃成品表面摁上汗液指纹后，仅擦拭一次就能将指纹全部擦拭干净。与水或鲸蜡烷的接触角越大，油污、汗液等在玻璃表面越不容易大面积分散，即玻璃的耐油污性、耐指纹性越好，反过来，玻璃在被摁上汗液指纹后，越容易被擦拭干净则说明玻璃的耐指纹性越强。综合来看，实施例7、8玻璃成品的耐油污、耐指纹等性能优于实施例3、4的玻璃成品，优于实施例5、6的玻璃成品，优于实施例1、2的玻璃成品。
以上详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。
Claims (10)
1.一种玻璃组合物，其特征在于，以重量百分比计，该玻璃组合物中，SiO2的含量为52-65％，Al2O3的含量为14-18％，CaF2的含量为6-10％，MgO的含量为2-14％，B2O3的含量为2-4％，P2O5的含量为3-5％，ZnO的含量为1-3％，TiO2的含量为2-4％，以及La2O3的含量为0.1-2％；其中，所述玻璃组合物中，TiO2的重量与CaF2的重量之比为(0.3-0.6)：1；所述玻璃组合物中还含有Nb2O5，以重量百分比计，TiO2和Nb2O5的重量比为(1.5-6)：1。
2.根据权利要求1所述的玻璃组合物，其中，所述玻璃组合物中，TiO2的重量与CaF2的重量之比为(0.45-0.55)：1。
3.根据权利要求1所述的玻璃组合物，其中，所述玻璃组合物中，以重量百分比计，TiO2和La2O3的总含量与SiO2和Al2O3的总含量之比为(0.05-0.08)：1。
4.根据权利要求3所述的玻璃组合物，其中，所述玻璃组合物中，以重量百分比计，TiO2和La2O3的总含量与SiO2和Al2O3的总含量之比为(0.06-0.07)：1。
5.根据权利要求1所述的玻璃组合物，其中，所述玻璃组合物中，P2O5与ZnO的重量之比为(1-5)：1。
6.一种采用权利要求1-5中任意一项所述的玻璃组合物制备耐油污玻璃的方法，其特征在于，该方法包括：将SiO2、Al2O3、CaF2、MgO、B2O3、P2O5、ZnO、TiO2和La2O3混合，加入或不加入Nb2O5，得到混合物料，将所述混合物料依次进行熔融、成型、退火和加工；所述熔融的温度为1550-1650℃，所述熔融的时间为2-8h。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，用于混合的TiO2的粒径为5-20nm。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述方法还包括所述加工后的化学强化，通过将加工后的玻璃放入KNO3熔融液中进行化学强化。
9.根据权利要求6-8中任意一项所述的方法制备得到的耐油污玻璃。
10.权利要求9所述的耐油污玻璃在制备显示器件和/或照明器件中的应用。
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