Скло з сонцезахисними покриттям

Для отримання плівкових покриттів на листовому склі все більш широко застосовуються Хімічні золь - гель процеси. Насамперед, це пов'язано з практично необмеженими можливостями варіювання як елементного складу, так і співвідношень структуроутворюючих елементів в плівкоутворювальному розчині (ПОР).



Такі можливості дозволяють, з одного боку, розширити асортимент плівкових покриттів, з іншого - конструювати прозорі плівки з поліфункціональними властивостями. Останні повинні відповідати таким вимогам:
інтегральне світлопропускання - не нижче 75%;
коефіцієнт відбиття в ближній ІЧ області спектра - не менше 40%;
хороша адгезійна, механічна міцність, хімічна стійкість, декоративність, а також здатність бути одношаровим або багатошаровим, одно- або двостороннім.

Дослідження як прямого, так і зворотного рішення еліпсометрії при математичному моделюванні одношарового відображаючого середовища дозволило отримати основне рівняння роботи даного покриття: nh = 1/4y
де: n - показник заломлення (2,15);
h - товщина покриття (120 нм);
y - довжина хвилі (700-850 нм.)

Вивчена плівкотвірна система, що включає оксиди з показником заломлення більше 1,7. Обрана найбільш перспективна система:
Bi2O3 - Fe2O3 - TiO2
де масова частка твердої фази 2,5-5,0%, рН <= 4. А.С. N 1799856\"Тепловідбивне покриття на склі\".

Плівкоутворюючий розчин готували розчиненням хлоридів вісмуту і заліза, і алкооксиду титану в етанолі. Каталізатором гідролізу була соляна кислота. Після дозрівання розчину покриття наносили на зразки термічно полірованого скла методом занурення. Швидкість переміщення зразка - 10 мм.с - 1. Після просушування на повітрі зразки піддавалися термообробці при температурі 450-550°С.

Для рентгенофазового і диференційно- термічного аналізу використовували порошки, одержані шляхом випаровування ПОР. Структуру покриття вивчали по фотографії при 100X і 1000X - кратному збільшенні; коефіцієнт дзеркального та дифузного відбиття вимірювали спектроколоріметром\"Пульсар\"; показник заломлення і товщину покриття - на еліпсометрі ЛЕФ- 3М; якість поверхні покриття визначали профілометри.

Встановлено, що отримується покриття - аморфне. При термообробці до 400°С основна фаза рутил, вище 450°С - анатаз, що істотно позначається на показнику заломлення покриття.

Технологічний процес отримання сонцевідбиваючого покриття на склі складається з наступних основних стадій:
підготовка поверхні скла;
нанесення ПОР;
власне утворення плівки.

Підготовка поверхні скла полягає в механічній її обробці з використанням водної дисперсії глинозему. Як відомо, силікатне скло за обсягом утворено конденсованими циклами кремнекислородних тетраедрів, де кількість останніх в циклі обумовлено повнотою реалізації валентних зв'язків і найменшою деформацією валентних кутів.

На поверхні скла, зокрема, в момент формувань, можливе утворення як окремих SiO4 - 2 - тетраедрів, так і їх спільнот, що володіють додатковими ступенями свободи. Водна обробка скла дисперсією глинозему, який є абразивом, призводить до механічного розрихлення поверхні, що супроводжується обміном іонів розчину і поверхні скла, часткової її гідратацією, підвищенням енергетичного потенціалу поверхні. Маючи на увазі, що дисперсія глинозему містить всю гамму оксо- і гідропроізводних алюмінію, в тому числі катіони алюмінію і алюмінат - аніони, взаємодія останніх з поверхнею гидратированной силікатної матриці призводить до виникнення Si + і SiO - поверхневих груп.

ПОР являє собою складний склад з сполук титану, заліза і вісмуту в органічному розчиннику (спирті). Основна плівкотвірна складова - тетраалкоксид титану, що піддається гідролітичній конденсації. Причому при нестачі води утворюються лінійні поліалкоксітітаноксіли. Крім того, ПОР містить сольватовані в різному ступені катіони заліза, вісмуту і титану і пов'язані функціональні групи -ОН, - Cl, -OR. У свою чергу, підготовлена ​​поверхня скла має вільні гідрофільних силанольі групи. Таким чином, первинне закріплення плівки на склі зобов'язане в основному реакціям конденсації за типом SiOH + ROTi Si - OTi + ROH і певною мірою забезпечується винесення в момент нанесення ПОР на поверхню скла. Наявність на поверхні скла груп Si + і SiO робить можливою хемосорбцію катіонів ПОР в іонному вигляді.

Утворення плівки - це послідовний ряд процесів, що забезпечують отримання суцільної політітаноксановой структури, хімічно пов'язаної з поверхнею скла. Нетривала сушка на повітрі при кімнатній температурі сприяє видаленню інтерміцелярной рідини з нанесеного шару ПОР. Витримка у вологій атмосфері забезпечує повноту омилення алкосігрупп Ti -OR + H2O Ti - OH + ROH.

Надалі при утворенні тривимірних структур 2 TiOH Ti -O- Ti H2O здійснюється захоплення і закріплення в оксидної матриці катіонів вісмуту і заліза. При термообробці відбувається дегідратація залишкових гідрооксидів, освіта діліталлоксінових зв'язків, що супроводжуються повним видаленням всіх нелетучих компонентів, термоліз солей.

На поверхні скла залишається прозора плівка з нерозчинних оксидів, міцно пов'язана зі склом хімічними або хемосорбціонние силами з поверхнею скла. Покриття надає склу не тільки золотисто- бронзового відтінку, що забезпечує широке використання такого скла в архітектурно- художньому оформленні будівель і споруд, а й збільшує його експлуатаційні характеристики - міцність, мікротвердість, абразивну стійкість, водо-, луго -, кислотостійкість, а наявність в покритті оксиду титану створює умови для брудовідштовхувальних властивостей покриття, що важливо при очищенні віконних отворів будівель і споруд.

У лабораторії на дослідній установці (АС N 1811513\"Пристрій для нанесення покриття на вироби зі скла\") отримані зразки скла з одношаровим двостороннім покриттям золотисто-бронзового відтінку розміром 2 м.кв. При цьому покриття має достатню оптичну однорідність - при товщині 100-120 нм; показник заломлення ~ 2,0-2,1 і коефіцієнті відбиття ~ 40%. Похибка у значенні коефіцієнта відображення в теоретичних та експериментальних розрахунках склала не більше 6%.

Джерело: Журнал ОКНА. ДВЕРИ. ВИТРАЖИ