節能玻璃

中華民國陶業研究學會
2007年年會
節能玻璃之開發
國立聯合大學光纖及玻璃材料研究中心
施並裕 教授

一、科技、資源與環境
科技發展 能源耗損 環境破壞
新能源之開發
節能及提昇能源之使用效率
材料之再生
廢棄物之減量與資源化

特性
均質性 高能量
二、玻璃材料之特質
透明性:能穿透可見光/紅外光/紫外光
內部結構:無規律;開敞結構
應用
其密度較同組成之晶質材料小。
透鏡、濾光片、紫外/紅外穿透材料、
光纖 、廢料之固化材料

三、非鍍膜式紫外/紅外遮蔽玻璃
太陽光的能量: 紅外光 51%
紫外光 2%
可見光 47%
遮蔽紅外光 節能,降低室內空調負擔
遮蔽紫外光 減少人體傷害及材料劣化
可見光穿透 安全、景觀、
減少室內照明系統負擔

玻璃對穿透性之需求
Characteristic Vision Privacy Architectural
Visible light % 70-80 10-20 20-70
UV %

節能窗(Energy saving window)之發展
降低空調電力負荷,而達成降低能源之需 求。
電變色(Electrochromic)型節能玻璃
多層鍍膜結構(變色層、導電層及電解質層等)
製程複雜、價格昂貴
非變色型節能玻璃
價格低、使用壽命長
Low-E, Heat mirror 複層玻璃等

鍍膜式(非變色型)節能玻璃之特性
雙銀
I R
未鍍膜
單銀
熱控單銀

非鍍膜式低熔節能玻璃
減少多層鍍膜之操作程序與製作成本
降低玻璃熔製之溫度
提高對UV/IR之遮蔽效果
玻璃廢料易於回收再利用

製程、玻璃基
材組成與玻璃
改質添加劑
玻璃化學耐
久性改善
93年上半年期 實驗流程設計依據
低熔節能玻璃之製作
玻璃配方設計
IR/UV吸收離子之溶入
吸收離子之價
數控制技術
IR/UV遮蔽玻璃
圖一、計畫設計流程
吸收離子與離子
價控制添加劑
奈米晶之析
出與控制

低熔節能玻璃之特性
熔製溫度:
熔製溫度:900 900 ~ 1200 oC
Chemical Chemical Durability
Dissolution rate (at 50 oC) C) :10 107 ~ 10 8 g/cm 2-min min
穿透率(2mm)
可見光:70 ~ 80%; max. at ~ 550 nm
紅外光:< 15% at 700 nm; < 5% at 780 nm
紫外光:10 ~ 30% at 380 nm
6 % < 300 ~ 380 nm之平均穿透率
UV cut-off ~ 350 ~ 360 nm (T < 1%)

T(%)
100
80
60
40
20
Ca-P-O系UV遮蔽玻璃
x=0
x=2
x=20
0
200 300 400 500 600 700 800 900 1000
f
wavelength(nm)
x=5
x=10
x=15

T %
100
80
60
40
20
0
Zn-P-O系列IR遮蔽玻璃 MnO2%
X=0 w t %
X=0.1 w t %
X=0.2 w t %
X=0.3 w t %
X=0.5 w t %
200 300 400 500 600 700 800 900 1000
wavelength(nm)
厚度:2mm

100
T %
80
60
40
20
0
Zn-P-O系UV/IR遮蔽玻璃
UVcut-off
x = 0.5 mole
x = 0.3 mole
x = 0.1 mole
x = 0.05 mole
x = 0 mole
200 300 400 500 600 700 800 900 1000
wavelength(nm) 厚度2mm

Al 2O 3
(mol%)
5
7
9
Na-Zn Na Zn-P-O系UV/IR遮蔽玻璃1
性質
Density
(g/cm 3 )
2.78
2.80
2.80
T g
( o C)
402.6
429.8
467.8
(10 10-7 / oC) C)
129
95
81
D.R.
(10 10-7g/cm2 g/cm -
min) 50 oC 1.01
0.24
0.14

T(%)
Na-Zn Na Zn-P-O系UV/IR遮蔽玻璃1
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
200 400 600 800 1000
Wavelength(nm)
Al 3+ 增加,紫外光及可見光透光率下降
紫外平均穿透率11.4%→2.8%,UV cut off=348 →358 nm
x=5
x=7
x=9

Al 2O 3
(mol%)
5
7
9
性質
Na-Zn Na Zn-P-O系UV/IR遮蔽玻璃2
D
(g/cm 3 )
2.79
2.79
2.79
T g
( o C)
390.2
434.8
456.9
(10 10-7 / oC) C)
118
93
84
D.R.
(10 10-7g/cm2 g/cm -
min) 50 oC 1.01
0.92
0.14

T(%)
Na-Zn Na Zn-P-O系UV/IR遮蔽玻璃2
100
80
60
40
20
x=5
x=7
x=9
0
200 400 600 800 1000
W avelength(nm)
Al 3+ 增加,紫外光及可見光透光率下降
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
垃圾焚化之灰渣 :底灰及飛灰(fly-ash)
飛灰組成:
SiO 2,、Al 2O 3、Fe 2O 3、CaO等主要化學成份
玻璃及水泥之主要成份
少量Pb、Cd等重金屬 需固化或去除
戴奧辛(dioxins) 需分解去除
原始飛灰及反應飛灰

飛灰玻璃化及資源化之特點
可將有害元素鍵結於玻璃結構中,減少再溶出
之可能性。
於高溫熔製時可令戴奧辛分解。
可形成玻璃之組成範圍寬廣,具有很大的特性
調變空間。
可以接受各種不同成份之廢料為原料
玻璃性脆,易於將其粉碎成細粉。或可直接噴
成細粉,減少研磨處理之成本
玻璃易製成如粉末狀、纖維態等各種型態,而
有不同之性能及應用價值。

添加劑
粉碎、稱量
熔融
急速冷卻
再生玻璃
固體廢料
廢料預處理與成份分析
玻璃成份設計
球磨機
1300~1500 o C; 氧化鋁/白金坩堝
再生玻璃結構與性能檢測
粉碎、研磨 球磨機;乾式研磨
過篩 標準篩
飛灰之資源化處理
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
以不同粒度之飛灰玻璃粉取代不同量之水泥
以CNS1010 水硬性水泥墁料抗壓強度檢驗法為之。
所用之水泥為波特蘭I型水泥。
試體大小為505050 mm 3 。
試體在模中置於養護箱內(相對濕度90%,溫度25 o C
養護24 小時後脫模,再浸泡於飽和石灰水中,直到
試驗齡期為止。

抗壓強度(kgf/cm 2 )
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30
試驗材齡(天)
圖五
0%RCG
10%RCG#100
10%RCG#200
10%RCG#400
CNS標準強度
不同粒度之飛灰玻璃粉取代10wt%水泥

相對抗壓強度 (%)
120
110
100
90
80
70
60
50
40
0% RC G
10% RC G#100
10% RC G#200
10% RC G#400
0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30
試 驗 材 齡 ( 天 )
不同粒度之飛灰玻璃粉取代10wt%水泥
圖 六

五、結論
所開發之低熔UV/IR遮蔽玻璃具優良化學耐久
性,可達< 2.0×10 -8 g/cm 2 -min (Al 2O 3可改善化學耐
久性)
所開發之低熔玻璃在可見光區之穿透率> 70%。
並有極佳的UV/IR遮蔽效果
焚化爐飛灰玻璃化後可作為混凝土添加劑
有害廢料獲得妥善處置
可減少水泥之使用量
可提昇或調控混凝土之性能