專利名稱：抗菌玻璃的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及涂層制品，特別涉及根據(jù)權利要求1的前序部分的涂層制品，該涂層制品包括玻璃襯底和提供在玻璃襯底上的涂層，所述涂層包含銀。本發(fā)明還涉及用于提供涂層制品的設備，特別涉及根據(jù)權利要求8的前序部分的用于形成涂層制品的設備，該涂層制品包括玻璃襯底和提供在玻璃襯底上的涂層。本發(fā)明進一步涉及產(chǎn)生涂層制品的方法，特別涉及根據(jù)權利要求16的前序部分的提供涂層制品的方法，該涂層制品包括玻璃襯底和提供在玻璃襯底上的涂層，所述涂層包括銀。現(xiàn)有技術的說明抗菌表面在工業(yè)和家庭應用中都會提高衛(wèi)生。例如抗菌表面可用于抵抗醫(yī)院細菌。一些金屬，例如銅和銀離子阻止細菌的生長。銀用在玻璃表面上以在玻璃上產(chǎn)生抗菌涂層。其也可在涂層中單獨使用或結合氧化鈦，優(yōu)選銳鈦礦結合使用，其是光催化物質并且在紫外線影響下提供額外的組分以破壞細菌。然而銀易于和一般存在于鈉鈣玻璃(其是最流行的玻璃組成)中的鈉產(chǎn)生離子交換。 離子交換使玻璃成黃色，這在大多數(shù)情況下是不希望的特征。當在熱玻璃上形成涂層時，例如在浮法工藝(float process)中的生產(chǎn)線上時，這尤其是問題。專利申請公開號US2007/0245163A1, Vijayen S. Veerasamy 等，2007 年 11 月 1 日中描述了包括由玻璃襯底支撐的涂層的涂層制品，其中該涂層包含銀。在公開的發(fā)明的一個實施方案中，在玻璃襯底和包含銀的涂層之間沉積了介電層。該介電層有助于將包括銀的涂層與襯底分隔開。然而，形成的多個涂層是難辦的，尤其是如果它們形成在熱玻璃上。 因此需要更好的方案以阻止銀-鈉離子交換。
發(fā)明概要本發(fā)明的目的是提涂層制品以克服上述提到的現(xiàn)有技術的缺點。本發(fā)明的目的是通過根據(jù)權利要求1的特征部分的涂層制品、通過根據(jù)權利要求8的特征部分的設備和通過根據(jù)權利要求16的特征部分的方法來實現(xiàn)的。本發(fā)明的優(yōu)選方案公開在從屬權利要求中。本發(fā)明的主要目的是引入包括由玻璃襯底3支撐的涂層1的涂層制品200。涂層 1包括涂在玻璃襯底3上的銀。玻璃襯底3的上表面層2以某種方式改性，使得在玻璃襯底 3的鈉和涂層1的銀之間的離子交換基本上減少。主要的減少可以通過減少在上表面層2 中的鈉擴散速率來實現(xiàn)。通過在上表面層2上的鈉濃度減少可進一步減少離子交換速率。這以幾種方式進行。在一個實施方案中，硫化合物如二氧化硫被輸送到接觸玻璃表面的氣氛中，，并且二氧化硫和在上表面層2上的鈉進行離子交換過程產(chǎn)生硫酸鈉，并由此降低在上表面層2中的鈉濃度。在另一實施方案中，通過簡單加熱玻璃表面來實現(xiàn)鈉從該上表面層2的遷移，并因此增加自上表面層2的鈉向外擴散速率(out-diffusion rate)。除了銀，涂層1還可以包括鈦，優(yōu)選銳鈦礦形式的鈦，提供附加機制以破壞細菌。涂層1可以是均勻的膜或其可基本上由單獨的(individual)納米顆粒組成。術語“基本上”在里表示指納米顆?？梢允菃为毜脑剂Ｗ踊蛩鼈兛梢跃奂捎啥嘤谝粋€的原始粒子組成的較大顆粒。本發(fā)明的另一特征是用于生產(chǎn)涂層制品200的設備100。在一個實施方案中，設備 100包括通過火焰7來加熱玻璃表面的裝置6，并且由此自該上表面層2向外擴散鈉離子。 通過輸送包括硫、氟或氯的化合物，該向外擴散至少在熱玻璃襯底的表面上增加了。附圖的簡要說明以下，將會參考附加的原理圖更詳細地描述本發(fā)明，其中

圖1顯示了在上表面層2上沒有任何改性的涂層玻璃結構；圖2顯示了本發(fā)明制品200的一個實施方案，其中涂層1是均勻的膜，并且在上表面層2中的鋁濃度基本上比在玻璃襯底3中的平均鋁濃度高。圖3顯示了本發(fā)明制品200的一個實施方案，其中涂層1基本上由單獨的納米顆粒組成，在上表面層2中的鋁濃度基本上比在玻璃襯底3中的平均鋁濃度高，并且在上表面層2中的鈉濃度基本上比在玻璃襯底3中的平均鈉濃度低。圖4顯示了本發(fā)明設備100的一個實施方案，包括用于輸送氧化硫緊鄰玻璃表面的裝置16 ；并且為了清楚起見，附圖僅顯示了理解本發(fā)明必要的細節(jié)。理解本發(fā)明不必要的和對于本領域技術人員來說是明顯的結構和細節(jié)已經(jīng)從附圖中省略掉，目的是強調(diào)本發(fā)明的特征。優(yōu)選方案的詳細說明圖1大體上顯示了制品200，其包括玻璃襯底3和提供在玻璃襯底3上的涂層1。 玻璃襯底3包括上表面層2，其具有比玻璃襯底3的平均鈉擴散速率低的鈉擴散速率，和包括涂在玻璃襯底3的表面上的銀(Ag)的涂層1。玻璃襯底3由二氧化硅(SiO2)網(wǎng)絡組成，其通過鈣(Ca)和鈉(Na)原子進行改性。當引入改性劑陽離子時，通過將Na2O和CaO 與S^2 —起熔融，某些Si-O-Si橋破裂。隨后氧原子占據(jù)分離的四面體的自由端和形成非橋氧(non-bridging oxygen) (NBO)單元。NBO單元是Na和Ca陽離子的陰離子型配對體。 改性劑陽離子(Na+和Ca2+)主要地引入在二氧化硅網(wǎng)絡的分離位置上。該結構提供了比連接到一價堿金屬離子更強的連接到二價堿土離子的網(wǎng)絡連接。由此Na離子與Ca離子相比更易移動。鈉和堿金屬的擴散速率通常是比堿土金屬的擴散速率高得多的，該堿土金屬例如，在鈉鈣玻璃中普通改性劑一I丐。由此從玻璃襯底3向外擴散鈉比向外擴散例如鈣容易得多。鈉可通過僅僅加熱玻璃襯底3而向外擴散。為了避免整個襯底3的過度加熱，其可能導致的玻璃襯底3的彎曲，有利地僅加熱表面層2。優(yōu)選通過對流進行此種加熱。在優(yōu)選方案中，通過火焰7，優(yōu)選氫氧焰，碰撞(impinging)玻璃襯底3進行加熱。鈉向外擴散可通過在緊鄰玻璃表面的氣氛中加入某些硫或氟或氯化物，如二氧化硫來進一步提高。 這些脫堿(de-alkalization)工藝同樣是眾所周知的表面改性工藝，其中形成了薄表面層 2，其具有比在下面存在的堿金屬離子濃度更低的堿金屬離子濃度。在硅酸鹽玻璃中，脫堿 (de-alkalized)表面也通常被認為是“富含二氧化硅的”，因為堿金屬離子的選擇性遷移可被認為留下主要是由二氧化硅(SiO2)組成的表面層2。更確切地說，脫堿通常不包括直接地從玻璃3去除堿金屬，而是利用在結構中的質子(H+)或水合氫離子(H3O+)通過離子交換過程來置換?？焖俚暮谋M表面層2的鈉的離子交換過程通常在玻璃處于高溫時，通常在約 500-650°C或更高時進行。硫酸鹽處理可通過二氧化硫(SO2)或三氧化硫(SO3)氣體通過淹沒玻璃襯底3的表面來進行，特別是在水的存在下，其會提高離子交換反應?？蛇x地，硫酸鹽處理可通過硫酸銨鹽的水溶液進行?？赏ㄟ^在高溫下用氟化氣體混合物淹沒玻璃襯底3 的表面來實現(xiàn)利用含氟化合物的處理。可通過在高溫下用氯化氣體混合物淹沒玻璃襯底3 的表面來實現(xiàn)利用含氯化合物的處理。附圖2大體上顯示了本發(fā)明制品200的第一實施方案，其中在玻璃襯底3的上表面層2中的玻璃結構是以這樣的方式改性，使得在涂層1的銀離子和上表面2之間的離子交換速率減少。由此玻璃襯底3的上表面層2的玻璃組成不同于玻璃襯底3的平均玻璃組成，使得在玻璃襯底3的上表面層2中的鈉擴散速率比在玻璃襯底3中的平均鈉擴散速率低。三價元素如鋁的加入，可在點陣結構中形成起到固定(tie up)端基堿金屬和氫氧根基團作用的位點。從玻璃襯底3至涂層1的鈉擴散減少并且由此基本上減少了在鈉和銀離子之間的離子交換。附圖3大體上顯示了本發(fā)明制品200的第二實施方案，其中涂層1基本上由單獨的納米顆粒組成，上表面層2中的鋁濃度基本上比玻璃襯底3中的平均鋁濃度高，并且上表面層2中的鈉濃度基本上比玻璃襯底3中的平均鈉濃度低。涂層1包括典型地具有小于 100納米粒徑的原始納米顆粒，或由多于一個的原始納米顆粒組成的納米顆粒簇或聚集體組成。除了銀，納米顆粒還可包括鈦。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)隨著玻璃襯底的涂層和表面之間的接觸面積減少，離子交換的途徑更少了。由此和連續(xù)膜相比，單個顆?；蚓奂w是更優(yōu)選的涂層。附圖4大體上展示了本發(fā)明設備100的第一實施方案，以形成本發(fā)明制品。玻璃襯底3在運送裝置5上從左到右移動。襯底3可以是連續(xù)的玻璃條帶(riWxm)，如浮法玻璃工藝中的連續(xù)玻璃條帶，或襯底3可以是一個或一系列的玻璃板。襯底3通過加熱裝置 4例如室4變熱，其可以是例如浮法工藝的錫浴或單獨的加熱爐。通過襯底表面處理裝置 16使用脫堿氣體來處理襯底3的上表面，所述脫堿氣體一般是通過連接器16輸送的硫_， 氟-或氯化物。脫堿氣體導致離子交換反應并且在玻璃襯底3的頂層2中的鈉濃度基本上減少。涂層裝置11隨后提供了在襯底3上的涂層，該襯底3具有脫堿的頂層2。包括銀的液體前體14被進料至液體-火焰-噴霧型涂層裝置(liquid-flame-spraying-type coating device) 11中。通過燃料氣體12或氧化性氣體13，前體在雙流體霧化噴嘴16中霧化。在整合至涂層裝置11的燃燒器單元15中產(chǎn)生火焰7。霧化前體14在火焰7中蒸發(fā)并且形成納米尺寸的銀顆粒17。沉積在襯底3上的這些顆粒形成連續(xù)涂層膜或基本上由單獨的納米顆?；蚣{米顆粒簇1組成的涂層。涂層制品可通過后加熱裝置(post heating means)進行進一步熱處理，例如在爐子18中退火。由此，襯底表面處理裝置16經(jīng)布置以送料包括硫或氟或氯的化合物到至少玻璃襯底3的上表面2上，并且涂層裝置11進一步經(jīng)布置以在玻璃襯底3的上表面2上噴霧包括銀的液體前體13，以形成涂層1。涂層裝置11進一步經(jīng)布置以產(chǎn)生火焰7用于通過火焰7噴霧液體前體13。涂層裝置11可以經(jīng)布置以由基本上單獨的納米顆粒來產(chǎn)生涂層1。圖1的設備100可實現(xiàn)生產(chǎn)包括玻璃襯底3和提供在玻璃襯底3上的涂層1的涂層制品200的方法，該涂層1包括銀。本方法包括處理玻璃襯底3以提供具有鈉濃度減少的上表面層2的玻璃襯底3，并且提供了具有包括銀的涂層1的玻璃襯底3的上表面層2，如此得到了根據(jù)本發(fā)明和上述內(nèi)容的制品。 按照發(fā)明的精神有可能得到各種本發(fā)明的實施方案。因此上面出現(xiàn)的實施例不能被解釋本發(fā)明的限制，但是本發(fā)明的實施方案可在下述權利要求中體現(xiàn)的本發(fā)明特征的范圍內(nèi)自由地變化。
權利要求
1.涂層制品000)，包括玻璃襯底C3)和在該玻璃襯底C3)上提供的涂層(1)，該涂層 (1)包括銀，其中該玻璃襯底C3)進一步包括上表面層O)，其鈉擴散速率比該玻璃襯底(3) 的平均鈉擴散速率低。
2.如權利要求1所述的涂層制品000)，其中該玻璃襯底(3)的上表面層O)的玻璃組成不同于玻璃襯底(3)中的平均玻璃組成，使得該玻璃襯底(3)的上表面層O)的鈉擴散速率比玻璃襯底(3)中的平均鈉擴散速率低。
3.如權利要求1或2所述的涂層制品000)，其中該玻璃襯底(3)的上表面層O)的玻璃組成不同于玻璃襯底(3)中的平均玻璃組成，使得在玻璃襯底(3)中的鈉和涂層(1) 中的銀之間的離子交換基本上減少。
4.如權利要求1-3中任一權利要求所述的涂層制品000)，其中在該上表面層O)中的鋁濃度比在玻璃襯底(3)中的平均鋁濃度高。
5.如權利要求1-4中任一權利要求所述的涂層制品000)，其中在該玻璃襯底(3)的所述上表面層O)中的鈉濃度比玻璃襯底(3)中的平均鈉濃度低。
6.如權利要求1-5中任一權利要求所述的涂層制品000)，其中該涂層(1)進一步包括鈦。
7.如權利要求1-6中任一權利要求所述的涂層制品000)，其中該涂層(1)由基本上單獨的納米顆粒產(chǎn)生。
8.用于形成涂層制品(200)的設備(100)，該涂層制品(200)包括玻璃襯底C3)和在該玻璃襯底C3)上提供的涂層(1)，該設備包括a.襯底表面處理裝置(16)，用于提供玻璃襯底(3)以上表面層O)，該上表面層(2)具有減少的鈉濃度；和b.涂層裝置(11)，用于在該玻璃襯底(3)的上表面層( 上提供涂層(1)，該涂層(1) 包括銀。
9.如權利要求8所述的設備(100)，其中襯底表面處理裝置(16)經(jīng)布置以輸送包括硫或氟或氯的化合物到至少該玻璃襯底(3)的上表面層( 上。
10.如權利要求8或9所述的設備(100)，其中涂層裝置(11)經(jīng)布置以在該玻璃襯底 (3)的上表面層( 上噴霧包括銀的液體前體(13)，用于提供該涂層(1)。
11.如權利要求10所述的設備(100)，其中該涂層裝置(11)經(jīng)布置以產(chǎn)生火焰(7)，用于通過火焰(7)噴霧該液體前體(13)。
12.如權利要求11所述的設備(100)，其中該火焰(7)經(jīng)布置以蒸發(fā)該液體前體(13)。
13.如權利要求8-12中任一權利要求所述的設備(100)，其中該涂層裝置(11)經(jīng)布置由基本上單獨的納米顆粒產(chǎn)生該涂層。
14.如權利要求8-13中任一權利要求所述的設備(100)，其中該裝置(100)進一步包括運送裝置(5)，用于以沿著涂層路徑下游方向上運送該玻璃襯底(3)。
15.如權利要求8-13中任一權利要求所述的設備(100)，其中該裝置(100)經(jīng)布置以進一步包括加熱裝置G)，用于在提供上表面層( 至玻璃襯底C3)之前加熱該玻璃襯底 ⑶。
16.生產(chǎn)涂層制品O00)的方法，該制品(200)包括玻璃襯底C3)和在該玻璃襯底(3) 上提供的涂層(1)，該涂層(1)包括銀，所述方法包括-處理該玻璃襯底(3)以提供具有上表面層( 的玻璃襯底(3)，該上表面層( 具有減少的鈉濃度；和-提供具有涂層(1)的玻璃襯底(3)的上表面層0)，該涂層(1)包括銀。
全文摘要
本文公開了涂層制品。該涂層制品(200)包括在玻璃襯底(3)上的抗菌涂層(1)，該襯底(3)具有改性表面層(2)，其基本上減少在抗菌涂層(1)中的銀和在玻璃襯底(3)中的鈉之間的離子交換。還公開用來形成這些制品的設備和方法。
文檔編號C03C17/06GK102388002SQ201080008222
公開日2012年3月21日 申請日期2010年2月4日 優(yōu)先權日2009年2月17日
發(fā)明者M·拉賈拉 申請人:本尼克公司