一种彩色玻璃的制作方法

本发明属于玻璃制备，具体涉及一种采用光子晶体技术制作彩色玻璃的方法。

背景技术：

1、玻璃作为一种通透明净，且具备高强度与硬度的材料，是日常生产与生活中不可或缺的材料。其中，彩色玻璃是在玻璃溶液中加入了混合的颜料或者是将颜料烘焙到玻璃表面后形成的。玻璃的着色是基于可见光透过玻璃时，溶解在玻璃中的过渡金属离子或稀土金属离子的电子跃迁而引起的光吸收，或分散在玻璃中呈胶体状的元素或化合物微粒子的色散与吸收等原理。彩色玻璃广泛用于容器、太阳镜、医药玻璃、建筑玻璃或工艺美术品等行业。

2、现有的彩色玻璃制作方法，有如专利cn104030563a等中使用金属或金属氧化物作为高温着色剂与玻璃原料共混后的高温烧结法，有使用含色料有机涂层的表面加工法，以及使用单色或者变色膜材的直接贴合等生产加工方式。

3、以上技术手段都能够制备带有颜色效果的彩色玻璃，其中，高温烧结法和有机涂层法制备的常为单一颜色的效果，通过变色蒸镀膜贴合得到的为可以实现颜色变化的变色效果。但是，高温烧结彩色玻璃无法实现颜色变化，有机涂层玻璃和膜材贴合玻璃又面临光老化和热老化的稳定性问题，因此，开发一种兼具高温烧结玻璃的耐光老化和耐热老化，又具备颜色变化的彩色玻璃能填补现有的市场需求。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于光子晶体技术的彩色玻璃制作方法。制作后的彩色玻璃呈现绚丽的结构色彩，根据纳米粒子粒径的大小，可以规律性的调整玻璃的色彩种类，以达到针对不同应用场景下的使用需求。

2、所述的彩色玻璃的制作方法为：在600℃不发生变化的基板上沉积光子晶体涂布液，干燥后沉积陶瓷前驱体材料，400-600℃下烧结，在烧结产物上涂布可在500℃以下熔融的玻璃粉或玻璃粉分散液，加热熔融玻璃粉即得。

3、玻璃粉的粒径在1500目以下，优选2000目以下。

4、所述的光子晶体涂布液的沉积方法为淋涂法、喷涂法、刮涂法、或喷墨打印法。

5、所述的光子晶体涂布液由质量比为1-20:1的单分散性的有机纳米颗粒分散乳液和无机纳米粒子组成。

6、有机纳米颗粒分散乳液为固含量为5-60wt%的聚苯乙烯、醋丙树脂、聚丙烯酸酯、聚氨酯、聚苯乙烯-丙烯酸、聚甲基丙烯酸分散乳液，粒径为150-800nm，单分散性指数≤0.05。

7、所述无机纳米粒子选自羧基改性的80nm以下的二氧化硅、空心二氧化硅、二氧化钛、空心二氧化钛、银、四氧化三铁、碳化硅、碳化钛、碳化钛、氮化硅、氮化钛纳米粒子中的一种或几种。

8、所述的陶瓷前驱体材料选自聚氨酯、有机硅树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂、酚醛树脂、聚氮化硅树脂、聚碳化硅树脂、聚硅氧烷树脂中的一种或几种。

9、沉积光子晶体涂布液干燥后得到的涂层厚度为1-20µm。

10、本发明提供的一种采用光子晶体技术的彩色玻璃制作方法，通过采用单分散性的聚苯乙烯有机小球为规律性结构主体，辅助更小尺寸的无机纳米颗粒为填充材料，通过陶瓷前驱体作为烧结连接材料，通过高温烧蚀后获得透明的反蛋白石光子晶体结构，然后通过熔融的玻璃粉作为表面保护层，制备了具有光子晶体结构色彩的彩色玻璃。

11、通过以上步骤，最终得到的玻璃制品为玻璃基板-反蛋白石光子晶体层-熔融玻璃粉层的三层结构，其中反蛋白石结构为透明层，在光源的照射下，其反射光或透射光为单彩色透明效果，随着观测角度变小，其彩色会向短波长颜色偏移，如大角度为红色，小角度为绿色，或大角度为绿色，小角度为蓝色，这种反蛋白石结构形成的结构色彩，不会因使用环境中光辐射和热辐射而发生老化变质，具备优异的耐热和耐光性能。同时，在熔融粉层的保护下，其表面能实现较好的强度和硬度，且因为玻璃粉熔融层较低的表面能，使其具备一定的耐污性能，可以用于户外等恶劣的应用场所。

12、由于本发明的光子晶体结构色对自然光具有光子禁带作用，使其光线通过时能针对不同波长的光子进行筛选，可以有效屏蔽对室温调节不利的远红外光线以及对人体皮肤具有伤害的uva和uvb紫外光光线。本发明制备的光子晶体材料玻璃具有可透光性、高强度和高硬度、随角度变色的光学效果，可以与传统无机烧结单色玻璃的物理强度和硬度相当，同时，与以有机涂层作为载体的单色或变色玻璃相比，本发明的彩色玻璃无光老化和热老化等弊端，其具备的这些技术特点，使其也可用于户外等苛刻的应用场景。因此，基于本发明的彩色玻璃可以作为工艺品、容器或者节能环保建筑材料得到广泛应用。

技术特征：

1.一种彩色玻璃的制作方法，其特征在于，所述制作方法的具体步骤为：在600℃不发生变化的基板上沉积光子晶体涂布液，干燥后沉积陶瓷前驱体材料，400-600℃下烧结，在烧结产物上涂布可在500℃以下熔融的玻璃粉或玻璃粉分散液，加热熔融玻璃粉即得。

2.根据权利要求1所述的彩色玻璃的制作方法，其特征在于，玻璃粉的粒径在1500目以下，优选2000目以下。

3.根据权利要求1所述的彩色玻璃的制作方法，其特征在于，所述的光子晶体涂布液的沉积方法为淋涂法、喷涂法、刮涂法、或喷墨打印法。

4.根据权利要求1所述的彩色玻璃的制作方法，其特征在于，所述的光子晶体涂布液由质量比为1-20:1的单分散性的有机纳米颗粒分散乳液和无机纳米粒子组成。

5.根据权利要求4所述的彩色玻璃的制作方法，其特征在于，有机纳米颗粒分散乳液为固含量为5-60wt%的聚苯乙烯、醋丙树脂、聚丙烯酸酯、聚氨酯、聚苯乙烯-丙烯酸、聚甲基丙烯酸分散乳液，粒径为150-800nm，单分散性指数≤0.05。

6.根据权利要求4所述的彩色玻璃的制作方法，其特征在于，所述无机纳米粒子选自羧基改性的80nm以下的二氧化硅、空心二氧化硅、二氧化钛、空心二氧化钛、银、四氧化三铁、碳化硅、碳化钛、碳化钛、氮化硅、氮化钛纳米粒子中的一种或几种。

7.根据权利要求1所述的彩色玻璃的制作方法，其特征在于，所述的陶瓷前驱体材料选自聚氨酯、有机硅树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂、酚醛树脂、聚氮化硅树脂、聚碳化硅树脂、聚硅氧烷树脂中的一种或几种。

8.根据权利要求1所述的彩色玻璃的制作方法，其特征在于，沉积光子晶体涂布液干燥后得到的涂层厚度为1-20µm。

技术总结
本发明公开了彩色玻璃的制作方法。所述制作方法的具体步骤为：在600℃不发生变化的基板上沉积光子晶体涂布液，干燥后沉积陶瓷前驱体材料，400‑600℃下烧结，在烧结产物上涂布可在500℃以下熔融的玻璃粉或玻璃粉分散液，加热熔融玻璃粉即得。此方法制备的彩色玻璃具有可透光性、较高的强度和硬度、以及通过反蛋白石结构实现的光子禁带结构色彩。

技术研发人员：吴为,杨明,金小玲,王茂轩,宋延林
受保护的技术使用者：中国科学院化学研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14