抗紫外安全玻璃的研究進(jìn)展

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　　抗紫外安全玻璃主要是兩塊玻璃板之間夾有一透明抗紫外粘接層，稱(chēng)作抗紫外中間膜。抗紫外安全玻璃的中間膜是用聚乙烯醇縮丁醛(PVB)作基材，將納米材料和PVB混合溶解，制作成抗紫外中間膜，中間膜粘接兩塊玻璃構(gòu)成層合安全玻璃，簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

　　為了提高耐沖擊性和耐穿透性，抗紫外安全玻璃有材料的變化、層數(shù)的變化以及各厚度的調(diào)整。現(xiàn)在是0.38mm和0.76mm, 0.38mm的中間膜主要用于建筑和汽車(chē)，0.76mm的中間膜主要應(yīng)用于防盜、防彈等用途。近數(shù)10年，隨著氟利昂等氟氯烷類(lèi)物質(zhì)使用量劇增，造成臭氧層的破壞與空洞，使得陽(yáng)光中到達(dá)地面的紫外線(xiàn)增強(qiáng)。紫外線(xiàn)雖然具有促進(jìn)動(dòng)

　　物體內(nèi)維生素D的合成、殺菌和保健等功效，但是其會(huì)對(duì)設(shè)施設(shè)備（詞條“設(shè)備”由行業(yè)大百科提供）造成老化，皮膚的損害，免疫功能的下降和引起皮膚癌和白內(nèi)障等危害。Woods等研究發(fā)現(xiàn)，紫外線(xiàn)的照射可導(dǎo)致33.3%的正常人發(fā)生免疫抑制，而在皮膚腫瘤患者中其發(fā)生率可高達(dá)90%。在幼年和青年時(shí)期，過(guò)多地暴露于太陽(yáng)光和曬傷的形成會(huì)在很大程度上增加患基底細(xì)胞癌和鱗狀細(xì)胞癌的危險(xiǎn)。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人們健康意識(shí)的增強(qiáng)，如何抵御紫外線(xiàn)輻射己引起人們的廣泛關(guān)注。現(xiàn)今很多國(guó)家都廣泛地開(kāi)展關(guān)于紫外線(xiàn)的危害的研究工作，且加強(qiáng)紫外線(xiàn)強(qiáng)度的監(jiān)測(cè)、預(yù)測(cè)，并大力研究紫外輻射的防護(hù)問(wèn)題，因此，抗紫外安全玻璃應(yīng)運(yùn)而生，應(yīng)用領(lǐng)域十分廣闊。

　　1 抗紫外安全玻璃的研究現(xiàn)狀

　　安全玻璃自20世紀(jì)30年代開(kāi)始興起，由于其優(yōu)良的性能,各國(guó)都競(jìng)相發(fā)展。在歐洲、美國(guó)、日本等汽車(chē)工業(yè)和建筑業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家發(fā)展較快，使得每年以約10%以上的速度增長(zhǎng)。而中國(guó)在1957年上海耀華玻璃廠(chǎng)建成開(kāi)始，玻璃業(yè)逐漸開(kāi)始發(fā)展和增速，每年約幾倍甚至幾十倍速度增長(zhǎng)，近年來(lái)由于汽車(chē)產(chǎn)業(yè)和房地產(chǎn)等建筑業(yè)的興起，安全玻璃的需求量和生產(chǎn)量逐年以極大的速度增加，每年產(chǎn)量約2500萬(wàn)m2，成為玻璃生產(chǎn)大國(guó)。雖然普通的安全玻璃己在各個(gè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，但抗紫外安全玻璃起步較晚，近幾年研究比較熱門(mén)，這主要是納米技術(shù)的誕生促進(jìn)了抗紫外安全玻璃的發(fā)展。納米技術(shù)在20世紀(jì)80年出現(xiàn)，90年代迅速發(fā)展和應(yīng)用。

　　當(dāng)材料粒徑達(dá)到納米級(jí)后，其體積效應(yīng)和表面效應(yīng)使得磁性、光吸收、催化性和電導(dǎo)性等特別突出。正因如此，有許多納米材料具有良好的吸收紫外線(xiàn)的效果，如納米TiO2,納米SiO2,納米A1203和納米Zn0等，將這些材料應(yīng)用到防護(hù)紫外線(xiàn)方面效果極其突出。但是由于納米材料價(jià)格昂貴，只在高檔物品及貴重資料方面有所應(yīng)用，而日常生活方面使用較少，這阻礙了其廣泛應(yīng)用。近年來(lái)對(duì)TiO2氏研究最多，技術(shù)也相對(duì)成熟，科學(xué)家也都致力于這些材料的研究，會(huì)將納米材料逐漸運(yùn)用到抗紫外安全玻璃的應(yīng)用研究中，造福普通大眾。

　　2 抗紫外安全玻璃的抗紫外機(jī)理

　　現(xiàn)在抗紫外安全玻璃抗紫外機(jī)理主要有兩種:一種，是吸收屏蔽理論，另一種是光致變引起物質(zhì)顏色變化。

　　2.1吸收屏蔽理論

　　納米材料的電子結(jié)構(gòu)是由充滿(mǎn)電子的價(jià)電子帶和沒(méi)有電子的空軌道形成的傳導(dǎo)帶構(gòu)成。價(jià)帶和導(dǎo)帶之間的能量差值，稱(chēng)為禁帶寬度。當(dāng)納米材料受到紫外線(xiàn)照射時(shí)，價(jià)帶的電子激發(fā)至導(dǎo)帶，發(fā)生空穴，形成電子—空穴對(duì)。電子一空穴對(duì)在材料內(nèi)迅速移動(dòng)，而且具有極強(qiáng)的化學(xué)活性。激活的電子一空穴對(duì)迅速發(fā)生各種氧化還原反應(yīng)后重新結(jié)合，將紫外線(xiàn)以熱和光的形式釋放掉能量。根據(jù)光散射理論，光的散射能力和折射率與顆粒粒徑有關(guān)，顆粒越小，對(duì)光的屏蔽能力和折射率越大，對(duì)光的散射能力越大。如納米金紅石型Ti02的禁帶寬度約為3.0eV,折射率為2.71;納米Zn0的禁帶寬度約為3.2 eV,折射率為2.03,當(dāng)受到紫外線(xiàn)照射時(shí)，二者具有很強(qiáng)的紫外線(xiàn)吸收屏蔽能力。

　　2.2光致變色理論

　　光致變色物質(zhì)是近年來(lái)研究得較熱的一種功能性染料。所謂光致變色就是指一種物質(zhì)M受到紫外線(xiàn)照射后，可發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)得到產(chǎn)物N，而M和N的顏色明顯不同，一般M是無(wú)色透明的物質(zhì)，而N是有顏色物質(zhì)，可以有效地阻礙紫外線(xiàn)的通過(guò)。在紫外光照停止時(shí)，N就能可逆地自動(dòng)恢復(fù)到原來(lái)的物質(zhì)M，保證光線(xiàn)的通過(guò)。將這種物質(zhì)摻雜到PVB中制成夾層安全玻璃，那么這種玻璃除具有本身的一些性能外，還具有調(diào)光作用和光致變色性能。劉輝等將光致變色吲哚琳螺毗喃化合物摻雜到PVB中，制成了一種具有光致變色性能的夾層安全玻璃。在正常情況下，夾層玻璃無(wú)色透明，而在紫外光照射下，夾層玻璃變成紅色，阻止紫外線(xiàn)的通過(guò)。

　　3 抗紫外安全玻璃的制備方法

　　制備抗紫外安全玻璃分兩步進(jìn)行:第一步是納米材料和PVB制成懸浮液，將其制成均勻透明的抗紫外膜片;第二步是玻璃片與抗紫外膜片的處理加工，形成抗紫外安全玻璃。

　　3.1 制備懸浮液，合成抗紫外膜片

　　納米顆粒直徑在1~100nm之間，使得顆粒比表面積大，比表面能高，屬于熱力不穩(wěn)定休系，在制備和處理過(guò)程中極易發(fā)生粒子凝并、團(tuán)聚現(xiàn)象，導(dǎo)致應(yīng)用對(duì)納米顆粒進(jìn)行分散.目前納米材料的分散方法主要有以下3種。

　　(1)機(jī)械分散法:利用高速分散機(jī)或精磨機(jī)，在剪切力或撞擊力作用下，使納米顆粒在基體中達(dá)到有效地分散。機(jī)械分散法可以實(shí)現(xiàn)顆粒團(tuán)聚體的解團(tuán)，效果并不理想。其原因在于盡管使團(tuán)聚顆粒在強(qiáng)制剪切力作用下解團(tuán)，但顆粒間的吸附引力尤存，解團(tuán)后又可能迅速團(tuán)聚長(zhǎng)大。朱協(xié)彬等利用球磨法將ITO粉體在無(wú)水乙醇體系分散制各的ITO漿液，與PVB樹(shù)脂、PVPK30分散劑和異丙醉等制備了ITO/PVB涂料，結(jié)果發(fā)現(xiàn)ITO顆粒分散均勻，具有高的紫外吸收率，制各了抗紫外安全玻璃。

　　(2)超聲波分散法:利用超聲空化時(shí)產(chǎn)生的局部高溫、高壓或強(qiáng)沖擊波和微射流等，弱化微粒間的微粒作用能，有效地對(duì)納米材料進(jìn)行超處理，以達(dá)到均質(zhì)、分散、乳化和粉碎等目的。超聲波分散法可以使團(tuán)聚體解團(tuán)破碎，效果比機(jī)械分散法理想，但顆粒間的吸附引力依然存在.靜止后迅速團(tuán)聚。黃燕等研究了納米氧化錫銻(ATO)在水中的分散性能，結(jié)果發(fā)現(xiàn)超聲波可以獲得小粒徑且分布窄的分散液，分散效果比機(jī)械分散法的效果好。

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