UV吸收_反射材料在鸟类友好建筑玻璃领域中的研究_周泓崑.pdf

56全国性建材科技期刊玻璃2023年第2期总第377期法辨认出玻璃上植被的倒影与真实植被之间的区别，因此每年有数以亿计的鸟类在高速飞行时误将玻璃面上植被的倒影认作栖息地从而一头撞死在玻璃上。此种现象被称为“鸟撞现象”，被认为是由人类造成的仅次于家猫捕食导致鸟类死亡的第二大原因，常常发生在鸟类的迁徙途中或捕食活动中。鸟撞现象使得每年非正常死亡的鸟类数量激增，从而带来一系列生态问题与经济损失。抛开鸟类对于人类而言的文化价值不谈，人类在生态功能0引言随着玻璃生产制造技术的发展成熟，玻璃幕墙在建筑装饰上的使用率越来越高。玻璃幕墙具有包括降低墙体承重、提高审美价值等许多优点，已经成为能够满足建筑装饰的实用性与审美性要求的最优选择。但对于鸟类来说，应用越来越广泛的玻璃幕墙却成为了夺走它们性命的一大杀手。自然界中的鸟类无法理解玻璃的概念，也无UV吸收/反射材料在鸟类友好建筑玻璃领域中的研究1212周泓崑 宋宇 吕宜超 熊建（1.中国南玻集团开发研究院深圳518067；2.南玻集团咸宁南玻节能玻璃有限公司咸宁437000）摘要当前建筑多采用传统的建筑玻璃，难以被鸟类察觉导致鸟类碰撞死亡，鸟类在飞行过程中碰撞玻璃死亡已成为导致鸟类种群死亡的第二原因。为防止或减少鸟类与玻璃碰撞造成死亡，采用以四氟乙烯为主要成分的涂料对玻璃表面进行改性，完美平衡玻璃幕墙的防鸟撞要求与审美需求。关键词 防鸟撞玻璃；玻璃幕墙；丝网印刷；鸟类友好玻璃中图分类号：TQ171文献标识码：A文章编号：10031987（2023）020007Study on UV Absorption/Reflection Materials in the Field of Bird-friendly Building Glass1212ZHOU Hongkun,SONG Yu,LYU Yichao,XIONG Jian（1.China Southern Glass Group Development and Research Institute,Shenzhen 518067,China；2.Southern Glass Group Xianning Southern Glass Energy-saving Glass Co.,Ltd.,Xianning 437000,China）Abstract:At present,the buildings mostly use traditional building glass,which is difficult to detect by birds and result in birds crash death.The death of birds collision glass during flight has become the second cause of death in the bird population.In order to prevent or reduce the death caused by bird collision with glass,this paper uses the coating to modify the glass surface,and perfectly balance the requirements and aesthetic needs of glass curtain wall.Key Words:anti-bird-collision glass,glass curtain wall,silk-screen printing,bird-friendly glass56作者简介：周泓崑（1972-），男，博士在读，硕士学历，主要研究方向：无机非金属材料。57玻璃深加工方面也对其有着很深的依赖，其中包括但不限于鸟类对于昆虫的消耗、对于啮齿动物种群的控制、对于登革热和疟疾等病毒的传播的限制等。在经济方面鸟类也能提供巨大的价值，根据美国鱼类和野生动物管理局的数据，观鸟在北美已经发展成为一个价值数十亿美元的休闲产业。而今频频出现的鸟撞事件导致的经济与自然方面的损失已经不为人们所接受，由此，防鸟撞玻璃应运而生。目前国内市场上所采用的玻璃幕墙大多具有很高的反射性和透明度，高反射性会导致玻璃表面在合适的条件下反映出天空、云或者对鸟类具有吸引力的栖息地，从而诱导鸟类撞击玻璃表面。而高透明度会误导鸟类对玻璃另一边通路的感知从而导致它们对穿过玻璃做出尝试。为了防止这样的撞击发生，国外曾有先行者提出过几个经测试证实颇有成效的方法。其中，较为广泛应用的是遵循“24”原则的预防鸟撞贴纸法和在玻璃建筑上增加碎石、网、格栅、百叶窗或外部阴影等装饰的方法。此两种方法虽然已经被证实能够显著降低发生鸟撞事件的概率，但是它们有一个共同的缺点，即牺牲了玻璃幕墙的美学价值。而本文将要介绍的以聚四氟乙烯为主要成分的附有吸收/反射紫外线作用的防鸟撞涂料玻璃能够完美地平衡玻璃幕墙的防鸟撞需求与审美需求，成为解决鸟撞现象难题的灵丹妙药。1对UV吸收/反射防鸟撞玻璃的主要特点1.1定义UV吸收/反射防鸟撞玻璃是表面涂覆有功能性防鸟撞涂料的表面改性玻璃，其主要成分为聚四氟乙烯，能够反射波段在250400 nm的紫外线。1.2作用原理紫外线无法被人类看到，但是研究表明80%以上的鸟类，尤其是候鸟的眼睛对紫外线有着惊人的敏感度。在野外，鸟类利用它们的这种能力捕食、分辨动物以及寻找伴侣，即使是在恶劣的天气条件下它们的这种能力也从未失灵。蜘蛛在蛛网上覆满紫外线以规避鸟类对蛛网的碰撞与毁坏，就是完美利用了鸟类能够识别紫外线的特性。参照蜘蛛对蛛网的设计，当在玻璃表面涂覆上具有能够向外反射紫外线的材料时，这种表面改性玻璃对于减少甚至杜绝鸟撞玻璃现象也能起到一定的积极作用。广泛存在于自然界的能够反射紫外线的物质，如蜘蛛网、动物体液等所反射出的紫外线能够被鸟类看到从而有助于鸟类的捕食以及避免障碍物，然而人类的眼睛不具备看到紫外线的能力。当这种透明的紫外线反射涂料被涂覆在玻璃表面上时，对于人类来说玻璃依然是透明的，而在鸟类的眼中这块玻璃则是拥有颜色和图案的，可以有效地避免鸟类撞击。通过这种作用方法，对UV吸收/反射防鸟撞玻璃可以完美地平衡人类对于玻璃的透明度和防鸟撞性的需求。除此之外，对UV吸收/反射防鸟撞玻璃的这种特性也可以被用来提升城市居民对于保护鸟类的积极性。在白天，对UV吸收/反射防鸟撞玻璃可以吸收和反射来自太阳光和环境中的紫外线来规避鸟类的碰撞。而在夜晚，对UV吸收/反射防鸟撞玻璃可以持续向外辐射其在白天有日照条件下时所吸收的紫外线，当这些少量的被吸收的紫外线被全部辐射出去之后，可以采用紫外线灯光照射的方法来使它恢复工作。在夜晚自然环境中的紫外线较为微弱，此时打开紫外线灯光向对UV吸收/反射防鸟撞玻璃幕墙进行照射，人眼就可以看见幕墙上所反射出的紫外线构成的图案，即鸟类在白天看到的图案。由此，观众们得以从鸟类的视角去观察自己所处的城市，从而建立起与自然的联系，并激发他们对于保护鸟类的主观能动性。2防鸟撞玻璃生产工艺2.1生产方法防鸟撞玻璃是采用丝网印刷工艺，将已制作58全国性建材科技期刊玻璃2023年第2期总第377期好的网版、调配好的功能性防鸟撞涂料借用丝印机将釉料通过网版承接在玻璃表面后经过烘干、烧结制成的。印刷在玻璃表面的釉料图案呈现透明状态，已丝印烘干完的防鸟撞玻璃需进行钢化处理，使玻璃表面的釉料与玻璃烧结成一个整体。完成钢化处理的防鸟撞玻璃涂层具有耐酸碱、耐划伤、不易被机械及化学试剂剥离掉的特性。2.2加工流程防鸟撞玻璃的加工流程可分为切片磨边、丝印准备、施釉、烘干、钢化五个主要环节。其中需重点注意的环节为丝印准备环节，因为防鸟撞玻璃需具有防鸟撞功能的涂料和图案才能发挥作用。切片磨边项目来料需要使用超白玻璃基片进行切磨，切磨后的玻璃表面界面需使用专业的清洗机清洗，保证丝印前玻璃界面是超亲水状态。丝印准备丝印前需根据鸟类体积涉及鸟撞可接收到的波长设计图案大小及图案覆盖率，准备好相应的涂料和网版。涂料制作：防鸟撞玻璃需提前调配具有防鸟撞作用的功能性涂料，成分为石英粉、氧化铝、聚四氟乙烯和烷烃类物质。其中聚四氟乙烯具有反射紫外线的功能，能够反射紫外线的波段为250400 nm；石英粉和氧化铝能够增强防鸟撞涂料与玻璃之间的附着力、抗划伤及耐酸碱性优异。网版制作：菲林网版的制作需要的辅材为图案菲林、网框、网纱、粘网胶、感光胶等。满足防鸟撞特性的图案菲林，其图案大小及覆盖率需根据鸟类的体型及防鸟撞涂料辐射范围制作。常见的小型鸟类有雨燕、麻雀、东方大苇莺、红耳鹎等，它们展开双翅的宽度大于8 cm，高度大于5 cm，原则上要制作的图案间隙应小于此范围。本次设计的防鸟撞图案如图1所示。图1防鸟撞玻璃图案在制作网版时，应将精度及目数较高的网纱（制作防鸟撞网版需球网纱目数需高于350目）通过绷网机贴附在网框上，网纱与网框接触的部分需涂抹粘网胶使其牢靠的粘结在一起，空白的网框上需均匀涂抹感光胶，而后将其晾干。晾干后将图案菲林贴附在网纱上进行曝光、晒版，即可完成防鸟撞网版的制作。施釉在制作完涂料和网版后，就进入到施釉环节，施釉是将已经制好的涂料适量倾倒于丝印网版上，再通过胶刮使得涂料均匀地通过网版上的空隙承印在玻璃基片上。59玻璃深加工烘干施釉完成后的玻璃基片进入烘干炉（温度设定：200230、辐射烘干时间：1012 min）将涂料表面的挥发分去除掉，使釉层表面是干燥状态。钢化根据玻璃的厚度调试钢化的温度及时间、钢化后的玻璃涂料层与玻璃结合成整体。加工完毕后，玻璃就拥有防鸟撞功能和耐酸碱、耐划伤等特性。需注意，在进行烧结时温度过高会导致颜色不稳定，温度过低则熔化不彻底，应在650700 范围内进行。表2耐酸碱实验数据3防鸟撞玻璃的性能优势按照生产步骤制得防鸟撞6 mm超白玻璃后，经测试得到各项数据，见表1、表2、表3和图2。表1颜色性能测试数据颜色种类透过色玻面反射色釉面反射色Y78.0219.5619.69透过色L*90.7951.3451.48a*0.19-1.35-1.15b*4.06-9.18-9.37附着性OKOK耐柠檬酸级数11耐盐酸级数11耐碱时间判断OKOK损失重量/2（g/cm0.0018/）釉层面积2/cm44.12/耐碱后质量/g64.6138/耐碱前质量/g64.6924/釉层厚度/mm0.022/玻璃厚度/mm5.8256彩釉编号防鸟撞防鸟撞实验日期2022-07-282022-06-25图2950光谱测试数据表3光谱数据对比光谱范围/nm透光率/%6 mm超白玻璃室外反射/%透光率/%6 mm防鸟撞超白玻璃室外反射/%紫外区域外反数据对比室外反射/%14.9224.6435.8347.226.126.356.797.414.878.7213.7320.676.807.8310.3815.540.681.483.598.13300.00305.00310.00315.0060全国性建材科技期刊玻璃2023年第2期总第377期通过以上测试数据可以说明，该防鸟撞玻璃耐酸碱、耐划伤、不易被机械及化学试剂剥离掉，并在理论上可以满足防鸟撞需求。由于鸟类视觉主要是紫外区域，通过防鸟撞6 mm超白玻璃光谱与普通6 mm超白玻璃光谱对比，在紫外波段300320 nm处，防鸟撞6 mm超白玻璃比普通玻璃反射高0.7%14.2%，在紫外波段325445 nm处防鸟撞6 mm超白玻璃比普通玻璃反射高15.8%25.2%。光谱范围/nm透光率/%57.5666.4673.6779.1182.9985.5787.4788.6589.2589.7089.9289.9089.9090.0190.1390.2990.4090.3990.4090.4090.3990.3190.3190.4190.456 mm超白玻璃室外反射/%8.118.789.339.7610.1110.3310.4610.5210.5610.6010.5610.4610.421