利用亞甲藍溶液解決二氧化矽薄膜開裂及玻璃著色問題的方法與流程

2023-07-13 22:23:41

本發明涉及對有機染料亞甲藍溶液的吸附淨化同時利用此溶液解決二氧化矽薄膜開裂及玻璃著色問題的方法，屬於廢水處理及玻璃生產領域。

背景技術：

表面鍍膜作為一種玻璃深加工的方法不僅可以減少玻璃表面的缺陷，還可以改善玻璃的光學性能。薄膜與基底間以si-o-si化學鍵結合，粘附力較強。將sio2薄膜鍍於玻璃表面成為改善玻璃表面性能的常用手段之一。

目前，製備sio2薄膜常用的方法有等離子體／電子刻蝕處理法、化學氣相／電化學沉積法、磁控濺射法等。然而這些塗層製備方法通常較為複雜，製備成本高昂、面積較小。而溶膠凝膠法因為具有生產工藝簡單，無需昂貴的生產設備，合成溫度低以及可以生產化學組成及結構可控的材料等優點而成為在玻璃上製備sio2薄膜的常用方法。利用溶膠凝膠法製備sio2薄膜，一般以正矽酸乙酯等矽氧烷等為矽源，醇或酮等有機物為溶劑，酸或鹼為催化劑，在合適溫度下水解製備sio2溶膠，並將其塗覆於玻璃板上。

目前塗覆溶膠的方法有噴塗法、浸漬法、刷塗法等，其中，噴塗法可以將原料液分散為微／納米級的小顆粒，然後將其疊加覆蓋在基底上形成一定結構的均勻塗層．此外，噴塗法製得的塗層具備良好的再生性能，且噴塗法製備納米粒子塗層具有成本低廉、工藝簡單、節省時間和能大面積應用等優點，因而噴塗法相較於其他方法更高效，且能控制塗層的厚度。本發明將製得的溶膠經幾分鐘的陳化，通過噴塗法塗覆於玻璃基板上形成sio2幹凝膠薄膜。

由於多孔sio2薄膜的性能（如吸附性能、絕熱性能等）在很大程度上取決於其孔隙率，，通常來說，厚度越大，吸附效果越好。因此，在實際應用中為了性能較好的薄膜，要求sio2薄膜須具備一定的厚度和高的孔隙率，且膜層完整無開裂。

但是sio2薄膜在乾燥及焙燒過程中極易開裂，薄膜開裂的原因有很多。由於溼凝膠中包裹著大量水分、有機基團和有機溶劑，溼凝膠乾燥時這些物質揮發，導致凝膠薄膜收縮、硬化，而在薄膜中產生應力，最後可能導致凝膠開裂。同時，在凝膠中留有大量氣孔，這使凝膠開裂的應力主要來自於凝膠骨架空隙中液體表面張力所引起的毛細管力，它使凝膠顆粒重排，發生大的體積收縮。此外，凝膠開裂與凝膠本身尺寸（越厚越易開裂）和乾燥速率有關。

為避免開裂，可以從增強固相骨架強度和抑制毛細管力出發。增強固相骨架強度可以改變反應體系組成，控制水解條件以得到高交聯度或高聚合度的sio2縮聚產物。而對於抑制毛細管力可從增大毛細管孔徑、降低液相表面張力以及增大接觸角等方面著手。這些方法都有一定的效果，但過程、工藝均很複雜，重複性，提高性較差。所以本發明致力於研究一種新的方法解決薄膜開裂問題。

技術實現要素：

本發明提供了一種採用噴塗的方法製備多孔sio2薄膜，並採用浸漬到亞甲基藍溶液中解決薄膜開裂問題的方法。

本發明採用的技術如下：

利用溶膠-凝膠法製備sio2溶膠，將溶膠灌入噴壺中，以一定的速率噴塗到玻璃基片上，將凝膠乾燥後得到多孔sio2薄膜，具有一定的吸附特性，可以吸附亞甲基藍溶液並解決薄膜開裂問題。步驟如下：

a)在燒杯中加入8.926ml水和35.68ml乙醇，在磁力攪拌器上攪拌10min；

b)在燒杯中加入2.23ml一正丁胺，攪拌30min；

c)在燒杯中加入4.46ml正矽酸四乙酯，常溫攪拌反應約5min並靜置1—2min後形成溶膠；

d)按上述方法製得的sio2溶膠在未凝膠之前裝入噴壺中，噴塗到玻璃基板上，控制噴嘴與玻璃基板的距離在3cm,連續噴塗3次，得到鍍有sio2薄膜的玻璃基板；

e)將噴塗之後的玻璃板在空氣中靜置1-2min後浸入到不同濃度的亞甲基藍溶液中。控制其乾燥時間以及浸漬時間，找到最佳的乾燥時間及浸漬時間；

f)每隔半小時測其溶液的吸光度，得到單片玻璃基板對亞基藍的吸附率達到50%，通過這種方法得到的sio2薄膜的開裂問題得以解決。

上述實驗方案中所用的水是去離子水，以正矽酸乙酯為矽源，乙醇為溶劑，丁胺為催化劑，通過溶膠凝膠法製得溶膠，將該溶膠噴塗到玻璃基板上，經乾燥溶膠縮聚在玻璃基板上形成薄膜。本發明中通過噴塗的方法保證噴塗溶膠的均勻性，塗層的厚度可以很好地掌握。本發明中選取的製備凝膠的方案是使形成的凝膠透明度較好的方案，將其噴塗到玻璃基板上，對玻璃基板透明度影響較小。

本發明中，將sio2凝膠噴塗到玻璃基板上，靜置一段時間，將覆有溼凝膠的玻璃基板浸入含有有機染料分子的廢水中，通過有機染料的吸光度判斷其吸附濃度，本發明中吸附率較高。

本發明解決了凝膠在乾燥過程中的開裂問題，在凝膠乾燥時將其浸入有機染料溶液中，減慢水分及有機溶劑的揮發，用有機染料分子填充置換有機溶劑，減少應力作用，避免其開裂。

本發明中玻璃基板吸附有機染料，使玻璃基板著色，由於凝膠的透明性好，不改變玻璃基板的透明度，所以得到的顏色玻璃液為透明狀。

附圖說明

圖1：薄膜浸入亞甲基藍溶液前後對比圖。

圖2：分別為偏光顯微鏡（1:10）下觀察到的微觀圖像。

圖3：單片薄膜對不同濃度亞基藍的去除效率。

圖4：吸附不同濃度亞甲基藍後的玻璃基板的透射率。

具體實施方式

實施例1

量取8.926ml水和35.68ml乙醇置於燒杯中，在磁力攪拌器上攪拌10min，使其充分混合，然後在燒杯中加入2.23ml一正丁胺，攪拌30min，待混合均勻後在燒杯中加入4.46ml正矽酸四乙酯，常溫攪拌反應約5min並靜置1-5min後形成溶膠。

實施例2

將清洗乾淨的玻璃基板懸掛在支架上，按實施例1製得的sio2溶膠在未凝膠之前裝入噴壺中，噴塗到玻璃基板上，控制噴嘴與玻璃基板的距離在3cm，連續噴塗3次，得到鍍有sio2薄膜的玻璃基板。

實施例3

在實施例2中將鍍有sio2薄膜的玻璃基板在空氣中靜置1-5min，凝膠塗層未完全乾燥時，將玻璃基板浸入到不同濃度的亞甲基藍溶液中，每隔半小時測其溶液的吸光度，最終得到在靜置2min後，將其浸入亞甲基藍溶液中效果最好。時間過短凝膠未凝膠完全，時間過長凝膠乾燥出現裂紋。所以通過這種方法得到的sio2薄膜的開裂問題得以解決。在溶液中浸漬時間不易過長，以3h最佳，時間過長，會使薄膜受損。如圖1圖2所示，浸入亞甲基藍後的薄膜光滑，無開裂，基本無孔結構。浸入不同濃度亞甲基藍溶液的玻璃基板的去除效率如圖3所示，亞甲基藍溶液進入sio2薄膜的孔洞中並替換有機溶劑，減少應力作用，避免其開裂。

實施例4

用分光光度計測實施例3所得的顏色玻璃的透射率，如圖4所示，說明通過該方法得到的sio2薄膜對玻璃的透光性影響較小，能夠大批量生產應用。