Пою перед тобой в восторге похвалу -  не камням дорогим, не злату,

но стеклу...


 

М.В.Ломоносов

 

Общество с ограниченной ответственностью

"Украинский научно-исследовательский институт стекла"

(ООО "УкрНИИСтекла")


 

 

"НОУ-ХАУ" В СТЕКЛЕ С СОЛНЦЕОТРАЖАЮЩИМ ПОКРЫТИЕМ

Прошло не одно столетие с момента получения стекла. За окном XXI век, происходит интенсивное развитие науки и техники. Стекло из предмета украшения стало, прежде всего, элементом строительного и технического назначения, обеспечивая проникновение естественного света в помещение, ограждая от непогоды, обеспечивая комплексное формирование фасадного остекления, привлекая все большее внимание дизайнеров и архитекторов при эстетическом оформлении зданий и сооружений.

Стекло работает в крайне тяжелых эксплуатационных условиях – механическая нагрузка от крепления  (ветровые стекла, остекление высотных зданий), климатические условия – суточные и годовые изменения температуры, влажности и непосредственный контакт с окружающей средой, содержащей соединения воздуха с газом, водой, механическими включениями. Это приводит к тому, что на контактирующей поверхности стекла создаются условия образования видимого грязевого слоя, микроцапапин и трещин, снижающих светопропускание и нарушающих эстетику фасадного остекления.

Гарантированный срок эксплуатации стекол, например, в стеклопакетах составляет не менее 20 лет и поэтому правомерен вопрос – как обеспечить светопропускание стекол, их эстетический вид?

Кроме изменения химического состава стекла существует путь сохранения качества  поверхности стекла нанесением тонкопленочных покрытий. Такими покрытиями могут быть твердые тонкие  прозрачные пленки оксидов металлов, полученных по химической технологии, например золь-гель технологии (ЗГТ)

Примером такого стекла является листовое стекло с рефлекторным  (солнцеотражающим) покрытием, полученным на специальной установке. Оно обладает:

- высоким отражением  в ультрафиолетовой и тепловой области солнечного спектра;

- достаточным, дающим ощущение комфорта, пропусканием видимого света внутрь помещения;

- высокой стойкостью к химическому воздействию атмосферы;

- высокой защищенностью от загрязнения;

- солнцеотражающие свойства стекла улучшают микроклимат помещения, а в некоторых случаях высокое отражение света обеспечивает невидимость (эффект полузеркала);

- в определенной степени дает эффект энергосбережения, благодаря отражению тепла от внутренней поверхности.  

Расширяя солнечную защиту и систему кондиционирования за счет нанесения покрытий, стекло становится активным воздушным управляющим элементом. 

            Институтом разработано интерференционное покрытие на стекло произвольной толщины размером 2500 х 1600 мм, получаемое по золь-гель технологии методом окунания. Физико-математическое моделирование солнцеотражающих покрытий показало, что именно интерференционные покрытия на основе титана и его оксидов обеспечивают высокий коэффициент отражения при максимуме коэффициента пропускания в видимом диапазоне. Мы смогли соединить эти значения и получили стекло с двухсторонним, одно- и многослойным покрытием. Именно золь-гель технология обеспечивает простоту синтеза пленкообразующих растворов, многообразие составов и простоту нанесения в достаточно широком диапазоне скоростей.

            Получение синтетических продуктов золь-гель методом основано на свойстве алкооксидов некоторых металлов (кремний, титан, германий и др.) подвергаться частичному гидролизу с последующей конденсацией и образованием циклолинейных пространственных структур. Исходя из спектральных характеристик синтеза, был выбран алкооксид титана.

            Типовая схема получения покрытий на стекле состоит в следующем:

            - приготовление пленкообразующего раствора (ПОР) на основе тетра-н- бутоксититана с проведением его гидролитической конденсации, образованием при этом линейных олигомеров за счет воды, входящей в состав спирта;

            - нанесение ПОР на подготовленную поверхность листового стекла; было показано, что для обеспечения с одной стороны достаточной адгезионной способности, а с другой стороны необходимых физико-химических свойств итоговой оксидной пленки, суммарная концентрация твердой фазы в пересчете на оксид металла должна быть в пределах 2-3,5% мас.;

            - дегидролиз в атмосфере паров воды; на этой стадии проходит структурирование пленки в результате превышения указанного соотношения вода/алкоксид;

            - низкотемпературная сушка призвана в мягком режиме удалить летучие компоненты интермицеллярной жидкости; при этом углубляются процессы образования объемной полититаноксальной сетки-каркаса с включением дополнительно введенных нелетучих компонентов;

            - с увеличением температуры обработки происходит окончательное удаление легколетучих компонентов; имеет место пиролитические процессы отрыва оставшихся связанных функциональных групп (-OBut), сопровождающиеся интенсификацией конденсационных процессов.

            Несмотря на кажущуюся простоту ЗГТ имеет свои проблемы и недостатки – необходимость в разработке и создании специального оборудования для проведения работ по контролируемому удалению продуктов химического взаимодействия и термообработки гелей при сушке и спекании; с достаточно высокой стоимостью химических реагентов; необходимостью проведения специальных разработок по синтезу золей.

За счет низкой вязкости 1,7-3,5 мм2/с пленкообразующего раствора и смачиваемости стекла (угол смачивания до 10°), раствор проникает в дефекты и термообработке блокирует их, создавая условия термохимической полимеризации, обеспечивая повышение связности структурного каркаса.

Это приводит к уменьшению: времени релаксации структурных напряжений по границе системы стекло-покрытие, степени дефектности поверхности и ее рельефа – соответственно на 85% и в 1,6 раза. Соответственно механическая прочность увеличивается в 1,8 раза, дисперсия между максимальной и минимальной прочностью стекла с покрытием составляет 50-70 МПа, против исходного 220 МПа.   

Сравнительная таблица свойств исходного стекла и стекла с солнцеотражающим покрытием.

Показатель

Стекло

исходное

с покрытием

Окраска

Бесцветное

Золотисто-желтое

Коэффициент отражения, %

6

45

Интегральное светопропускание,%

86

58-70

Предел прочности, МПа

90

162-176

Твердость

1

0,99

Потери массы при истирании, кг/м2

86 10-5

(38...64) 10-5

Устойчивость к водяным парам

Хорошая

Устойчивость к кислоте

То же

 

Теоретически рассчитано, что работа по адгезии покрытия к стеклу составляет 44 х 10-8 Дж, а сила адгезии – 130 х 106 Н. При этом напряжение в стекле составляет 25,0-35,0 МПа.

Поскольку покрытие представляет собой соединение металла, оно не подвластно воздействию химических веществ атмосферы, пагубно влияющих на незащищенное оконное стекло, особенно в условиях городов с химическими и металлургическими производствами.

Слабая электрическая проводимость покрытия по сравнению с характерными для стекла диэлектрическими свойствами дает возможность защищенному покрытием стеклу оставаться не наэлектризованным, а также, благодаря химически не поврежденной гладкой поверхности, гораздо в меньшей степени подвергаться пылевому загрязнению. Поэтому золь-гель покрытие неограниченно продлевает срок использования в хорошем состоянии остекления в ваших окнах.

Стекло с золь-гель покрытием является интерференционным оптическим фильтром, избирательно отражающим лучи в одних и пропускающим в других участках солнечного спектра. Область повышенного отражения и наибольшего пропускания световых лучей для покрытий с различными оптическими параметрами может смещаться как в сторону ультрафиолетового, так и в сторону инфракрасного излучения. Это дает возможность выбора тона окраски отраженного наружу или интенсивности пропущенного внутрь помещения света.

Немаловажное свойство стекол с покрытием – это его способность не загрязняться. Синтез пленкообразующего раствора и разработанная технология прозрачного покрытия создает эффект «чистого стекла» - снижение сцепления налета грязи на покрытии, путем его активизации ультрафиолетовой частью спектра солнечного излучения и осуществление фотокаталитической реакции на границе стекло-покрытие. Наличие влаги в атмосфере (дождь) смывают грязь с поверхности стекла.

Вы можете выбирать из предлагаемых вариантов покрытий, руководствуясь соображениями строительного дизайна или удобства защиты помещения.

Вопросам создания новых покрытий на стекле институтом уделяется достаточно значительное внимание – созданы  эффективные методы по синтезу солнцезащитных и декоративных покрытий на изделиях различной площади от стекла для остекления зданий  и сооружений до очковых линз. Работы требуют разработки новых типов покрытий с защитными и многофункциональными свойствами, ведения исследований по созданию оптических элементов из кварцевого стекла заданной формы и размеров с использованием минимальной механической обработки. Необходимо подчеркнуть существенное преимущество данной технологии – возможность синтеза ряда новых типов стекол, а на и основе фильтров, за счет введения в синтезируемый золь переходных или редкоземельных элементов, что приведет к изменению ионно-координатной сетки стекла.

Применение стекла с покрытиями для мебели открывает возможность не только подчеркнуть особенности ее дизайна, но и скрыть или слегка завуалировать ее содержимое. Это поможет не «бросаться в глаза» не отражающим свет и ненавязчиво привлечь внимание светящимся или отражающим предметам. Если же в мебели применяется гнутое стекло с частично отражающим покрытием, мебель будет выглядеть еще более оригинально.

Стекло с золь-гель покрытиями может подвергаться дополнительной термообработке – закалке или моллированию – изгибанию при высокой температуре для придания нужной формы, а также различным видам механической обработки – сверлению, шлифованию и полировке кромок, нанесению декорирования аппликацией или пескоструйным способом. Без ограничений может использоваться в триплексных стеклах или в стеклопакетах.

 

 


Сайт создан на Setup.ru Создать сайт бесплатно