節能玻璃
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中華民國陶業研究學會<br />
2007年年會<br />
<strong>節能玻璃</strong>之開發<br />
國立聯合大學光纖及玻璃材料研究中心<br />
施並裕 教授
一、科技、資源與環境<br />
科技發展 能源耗損 環境破壞<br />
新能源之開發<br />
節能及提昇能源之使用效率<br />
材料之再生<br />
廢棄物之減量與資源化
特性<br />
均質性 高能量<br />
二、玻璃材料之特質<br />
透明性:能穿透可見光/紅外光/紫外光<br />
內部結構:無規律;開敞結構<br />
應用<br />
其密度較同組成之晶質材料小。<br />
透鏡、濾光片、紫外/紅外穿透材料、<br />
光纖 、廢料之固化材料
三、非鍍膜式紫外/紅外遮蔽玻璃<br />
太陽光的能量: 紅外光 51%<br />
紫外光 2%<br />
可見光 47%<br />
遮蔽紅外光 節能,降低室內空調負擔<br />
遮蔽紫外光 減少人體傷害及材料劣化<br />
可見光穿透 安全、景觀、<br />
減少室內照明系統負擔
玻璃對穿透性之需求<br />
Characteristic Vision Privacy Architectural<br />
Visible light % 70-80 10-20 20-70<br />
UV %
節能窗(Energy saving window)之發展<br />
降低空調電力負荷,而達成降低能源之需 求。<br />
電變色(Electrochromic)型<strong>節能玻璃</strong><br />
多層鍍膜結構(變色層、導電層及電解質層等)<br />
製程複雜、價格昂貴<br />
非變色型<strong>節能玻璃</strong><br />
價格低、使用壽命長<br />
Low-E, Heat mirror 複層玻璃等
鍍膜式(非變色型)<strong>節能玻璃</strong>之特性<br />
雙銀<br />
I R<br />
未鍍膜<br />
單銀<br />
熱控單銀
非鍍膜式低熔<strong>節能玻璃</strong><br />
減少多層鍍膜之操作程序與製作成本<br />
降低玻璃熔製之溫度<br />
提高對UV/IR之遮蔽效果<br />
玻璃廢料易於回收再利用
製程、玻璃基<br />
材組成與玻璃<br />
改質添加劑<br />
玻璃化學耐<br />
久性改善<br />
93年上半年期 實驗流程設計依據<br />
低熔<strong>節能玻璃</strong>之製作<br />
玻璃配方設計<br />
IR/UV吸收離子之溶入<br />
吸收離子之價<br />
數控制技術<br />
IR/UV遮蔽玻璃<br />
圖一、計畫設計流程<br />
吸收離子與離子<br />
價控制添加劑<br />
奈米晶之析<br />
出與控制
低熔<strong>節能玻璃</strong>之特性<br />
熔製溫度:<br />
熔製溫度:900 900 ~ 1200 oC<br />
Chemical Chemical Durability<br />
Dissolution rate (at 50 oC) C) :10 107 ~ 10 8 g/cm 2-min min<br />
穿透率(2mm)<br />
可見光:70 ~ 80%; max. at ~ 550 nm<br />
紅外光:< 15% at 700 nm; < 5% at 780 nm<br />
紫外光:10 ~ 30% at 380 nm<br />
6 % < 300 ~ 380 nm之平均穿透率<br />
UV cut-off ~ 350 ~ 360 nm (T < 1%)
T(%)<br />
100<br />
80<br />
60<br />
40<br />
20<br />
Ca-P-O系UV遮蔽玻璃<br />
x=0<br />
x=2<br />
x=20<br />
0<br />
200 300 400 500 600 700 800 900 1000<br />
f<br />
wavelength(nm)<br />
x=5<br />
x=10<br />
x=15
T %<br />
100<br />
80<br />
60<br />
40<br />
20<br />
0<br />
Zn-P-O系列IR遮蔽玻璃 MnO2%<br />
X=0 w t %<br />
X=0.1 w t %<br />
X=0.2 w t %<br />
X=0.3 w t %<br />
X=0.5 w t %<br />
200 300 400 500 600 700 800 900 1000<br />
wavelength(nm)<br />
厚度:2mm
100<br />
T %<br />
80<br />
60<br />
40<br />
20<br />
0<br />
Zn-P-O系UV/IR遮蔽玻璃<br />
UVcut-off<br />
x = 0.5 mole<br />
x = 0.3 mole<br />
x = 0.1 mole<br />
x = 0.05 mole<br />
x = 0 mole<br />
200 300 400 500 600 700 800 900 1000<br />
wavelength(nm) 厚度2mm
Al 2O 3<br />
(mol%)<br />
5<br />
7<br />
9<br />
Na-Zn Na Zn-P-O系UV/IR遮蔽玻璃1<br />
性質<br />
Density<br />
(g/cm 3 )<br />
2.78<br />
2.80<br />
2.80<br />
T g<br />
( o C)<br />
402.6<br />
429.8<br />
467.8<br />
<br />
(10 10-7 / oC) C)<br />
129<br />
95<br />
81<br />
D.R.<br />
(10 10-7g/cm2 g/cm -<br />
min) 50 oC 1.01<br />
0.24<br />
0.14<br />
T(%)<br />
Na-Zn Na Zn-P-O系UV/IR遮蔽玻璃1<br />
100<br />
90<br />
80<br />
70<br />
60<br />
50<br />
40<br />
30<br />
20<br />
10<br />
0<br />
200 400 600 800 1000<br />
Wavelength(nm)<br />
Al 3+ 增加,紫外光及可見光透光率下降<br />
紫外平均穿透率11.4%→2.8%,UV cut off=348 →358 nm<br />
x=5<br />
x=7<br />
x=9
Al 2O 3<br />
(mol%)<br />
5<br />
7<br />
9<br />
性質<br />
Na-Zn Na Zn-P-O系UV/IR遮蔽玻璃2<br />
D<br />
(g/cm 3 )<br />
2.79<br />
2.79<br />
2.79<br />
T g<br />
( o C)<br />
390.2<br />
434.8<br />
456.9<br />
<br />
(10 10-7 / oC) C)<br />
118<br />
93<br />
84<br />
D.R.<br />
(10 10-7g/cm2 g/cm -<br />
min) 50 oC 1.01<br />
0.92<br />
0.14
T(%)<br />
Na-Zn Na Zn-P-O系UV/IR遮蔽玻璃2<br />
100<br />
80<br />
60<br />
40<br />
20<br />
x=5<br />
x=7<br />
x=9<br />
0<br />
200 400 600 800 1000<br />
W avelength(nm)<br />
Al 3+ 增加,紫外光及可見光透光率下降<br />
紫外平均穿透率15.9%→6.2%,UV cut off=342→355nm
四、垃圾焚化飛灰玻璃<br />
垃圾焚化之灰渣 :底灰及飛灰(fly-ash)<br />
飛灰組成:<br />
SiO 2,、Al 2O 3、Fe 2O 3、CaO等主要化學成份<br />
玻璃及水泥之主要成份<br />
少量Pb、Cd等重金屬 需固化或去除<br />
戴奧辛(dioxins) 需分解去除<br />
原始飛灰及反應飛灰
飛灰玻璃化及資源化之特點<br />
可將有害元素鍵結於玻璃結構中,減少再溶出<br />
之可能性。<br />
於高溫熔製時可令戴奧辛分解。<br />
可形成玻璃之組成範圍寬廣,具有很大的特性<br />
調變空間。<br />
可以接受各種不同成份之廢料為原料<br />
玻璃性脆,易於將其粉碎成細粉。或可直接噴<br />
成細粉,減少研磨處理之成本<br />
玻璃易製成如粉末狀、纖維態等各種型態,而<br />
有不同之性能及應用價值。
添加劑<br />
粉碎、稱量<br />
熔融<br />
急速冷卻<br />
再生玻璃<br />
固體廢料<br />
廢料預處理與成份分析<br />
玻璃成份設計<br />
球磨機<br />
1300~1500 o C; 氧化鋁/白金坩堝<br />
再生玻璃結構與性能檢測<br />
粉碎、研磨 球磨機;乾式研磨<br />
過篩 標準篩<br />
飛灰之資源化處理<br />
再生玻璃粉料 再生玻璃應用之可行性分析
飛灰玻璃作為混凝土添加劑<br />
以不同粒度之飛灰玻璃粉取代不同量之水泥<br />
以CNS1010 水硬性水泥墁料抗壓強度檢驗法為之。<br />
所用之水泥為波特蘭I型水泥。<br />
試體大小為505050 mm 3 。<br />
試體在模中置於養護箱內(相對濕度90%,溫度25 o C<br />
養護24 小時後脫模,再浸泡於飽和石灰水中,直到<br />
試驗齡期為止。
抗壓強度(kgf/cm 2 )<br />
500<br />
450<br />
400<br />
350<br />
300<br />
250<br />
200<br />
150<br />
100<br />
50<br />
0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30<br />
試驗材齡(天)<br />
圖五<br />
0%RCG<br />
10%RCG#100<br />
10%RCG#200<br />
10%RCG#400<br />
CNS標準強度<br />
不同粒度之飛灰玻璃粉取代10wt%水泥
相對抗壓強度 (%)<br />
120<br />
110<br />
100<br />
90<br />
80<br />
70<br />
60<br />
50<br />
40<br />
0% RC G<br />
10% RC G#100<br />
10% RC G#200<br />
10% RC G#400<br />
0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30<br />
試 驗 材 齡 ( 天 )<br />
不同粒度之飛灰玻璃粉取代10wt%水泥<br />
圖 六
五、結論<br />
所開發之低熔UV/IR遮蔽玻璃具優良化學耐久<br />
性,可達< 2.0×10 -8 g/cm 2 -min (Al 2O 3可改善化學耐<br />
久性)<br />
所開發之低熔玻璃在可見光區之穿透率> 70%。<br />
並有極佳的UV/IR遮蔽效果<br />
焚化爐飛灰玻璃化後可作為混凝土添加劑<br />
有害廢料獲得妥善處置<br />
可減少水泥之使用量<br />
可提昇或調控混凝土之性能