抗紫外线矿物窗帘的原理及具体应用

蒋证好

摘 要：过度曝晒在紫外线的照射下对人体的健康有极大危害。很多家庭、企业和机关里大家都拉起窗帘，打开日光灯，在日光灯下工作。这种做法不仅对人的视力造成损害，还会造成极大的资源浪费。抗紫外线矿物窗帘通过在窗帘上依附矿物质薄膜，让人们可以既享受到自然光的照明，又不会被紫外线晒伤。我们通过大量试验找出材料的配比，最后成功做出了抗紫外线矿物薄膜，并成功做出抗紫外线矿物窗帘。

关键词：紫外线；矿物；窗帘

中图分类号：TS195.6 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）01-0028-03

Abstract： Excessive exposure to ultraviolet radiation is very harmful to human health. In many homes， businesses， and offices， people draw curtains， turn on fluorescent lights， and work under fluorescent lights. Such practices not only cause damage to human vision， but also result in a great waste of resources. The anti-ultraviolet mineral curtains， through the the attachment of the mineral film， enable people to enjoy natural light in the lighting， and not be ultraviolet （UV） sunburn. Through a large number of experiments， the proportion of materials has been found， and the anti-UV mineral film is successfully made， and do anti-UV mineral curtains.

Keywords： ultraviolet ray； mineral； curtain

1 研究背景

紫外线的照射对人类的皮肤有很大伤害。近年来，由于氟利昂等对地球臭氧层造成的破坏，阳光中紫外线指数越来越高。紫外线照射虽有一定杀菌作用，但是过度曝晒在紫外线下，会对人的眼睛、皮肤乃至神经中枢造成不可逆的损害。随着生活品质的提高，人们逐渐开始重视紫外线的危害，并不断寻求解决方法。在外出时可以人们使用遮阳伞、遮阳衣帽和防晒霜来解决这一问题。在室内环境下，为了避免紫外线的伤害，人们选择白天拉上窗帘，打开日光灯，在日光灯下工作和生活。但是这种做法有利有弊，虽然可以避免紫外线的伤害，但是日光灯的光线不仅会对人的视力造成损害，同时产生了大量的能源耗费。

那么如何让人们享受到自然光，又能避免紫外线的照射，更重要的是达到节能减排作用呢？由此出发，我们开始了抗紫外线矿物窗帘的研究。

2 开发原理

2.1 绢云母的特性与功能

绢云母是一种具有层状结构的硅酸盐。绢云母的结构是鳞片状的单斜晶体，弹性好、耐热绝缘、具抗酸性。绢云母的高纵横比的二维片状结构使其具有优良的补强效果。绢云母的结构特点产生的消光效果可以屏障紫外线、微波和红外线，能大大提高产品的耐磨性，减缓老化。目前国内使用绢云母主要是用于陶瓷，化工及化肥工业，化妆品填料，造纸，塑料工业等补强填料。

绢云母属单斜晶系，其光轴角远小于白云母的光轴角。同时绢云母在制品的混炼过程中，会平行定向排列，叠片云母之间可以随机错位，使光轴面相互斜交或正交，产生消光作用。光轴角越小，消光作用越好，所以绢云母矿物屏蔽紫外光、微波、红外线的功能比白云母好得多。[1]

2.2 抗紫外线矿物窗帘的开发原理

抗紫外线矿物窗帘就是利用绢云母屏蔽紫外线的功能，将之附着到涤纶布上，从而生产出抗紫外线矿物窗帘。我们的作品是一种具有很强的抗紫外线功能的布料，并且透光性良好、耐磨耐腐蚀、柔韧性好。可广泛用于家居窗帘隔离紫外线，与传统的窗帘相比透光性良好，减少日光灯的使用，大大节省电能。

该布料分为两部分，抗紫外线薄膜和丝织物，起抗紫外线作用的材料从矿物着手。抗紫外线薄膜是由TPE软胶和具有抗紫外线功能的绢云母颗粒。丝织物纤维为增强体，TPE软胶为基体与绢云母颗粒混合粘结，利用物理挤压使TPE胶和绢云母粉组成的均匀混合物依附于丝织物上。用控制变量法找出绢云母粉和TPE胶的最优配比，在其混合物受热融化时，在织物上挤压成薄膜。检验产品抗紫外线强度采用对比实验，将产品上的薄膜覆盖于紫外线强度试纸上，在紫外线灯照射下，检验产品的性能。

3 方案设计

3.1 材料选择

方案的第一步是选择材料，我们要求做出来的窗帘具有以下特性：一是具有抗紫外线功能；二是透光性比较好，尽可能小地影响室内的光线明暗；三是与普通窗帘相比外观和触感相差不大，尽量更好；四是尽量拉低与普通窗帘布的价格差距，即缩小试验中生产成本。

为了使产品的外观和触感与普通窗帘相差尽可能小，我们选择在布料表面覆盖一层抗紫外线膜。通过文献查找和对比，鉴于既要具有抗紫外线功能又不能影响光线照射，我们采用透光率强的绢云母作为生产抗紫外线膜的材料。在绢云母粉颗粒大小的选择上，为了防止颗粒过小破坏绢云母晶体形状，颗粒过大与TPE胶混合不均匀，采用3000母大小的绢云母粉。粘合材料出于經济性和环保性，同时为确保表面的抗紫外线薄膜具有柔韧度和耐磨性，我们采用TPE热熔胶作为制作薄膜的原料。TPE是一种热塑性弹性体材料，应用范围广泛，环保无毒安全，触感柔软，加工性能优越，无须硫化，可以循环使用降低成本，既可以二次注塑成型，也可以单独成型。一方面TPE胶与绢云母混合后加热即可挤压拉伸成膜，生产成本低，具有很好的经济性；另一方面TPE胶环保无污染，可循环使用，具有很好的环保性。在织物的选择上，为了增大TPE胶与织物的接触面积，选择了网面涤纶布料。

3.2 流程设计

在材料选择以后，为了更好地确保抗紫外线薄膜的抗紫外线特性最大化，我们需要解决绢云母和TPE胶的配比问题，并由此设计了整个试验的流程。为找出最佳配比，我们设计了以下流程：首先是使用不同配比的绢云母和TPE胶混合均匀后，加热、挤压、拉伸成薄膜。通过这样得到绢云母和TPE胶不同配比下的抗紫外线膜。其次是制作紫外线照射灯和封闭箱，准备紫外线强度指示卡等相关材料。试验的目的是测定不同材料配比生产出来的抗紫外线膜的抗紫外线性能好坏，所以需要有恒定辐射比率的紫外线灯管和避免外界紫外线照射的封闭箱。这样就可以保证照射到不同抗紫外线膜上的紫外线强度一致。紫外线强度指示卡放在薄膜的下方，以显示穿透薄膜照射到指示卡上的紫外线的强度，从而计算出抗紫外线膜的抗紫外线性能。再次是在封闭箱中用紫外线灯穿透不同配比下的抗紫外线薄膜，对紫外线强度指示卡进行不同时长的紫外线照射。最后，在多次试验后，统计紫外线强度指示卡的数值，从而算出不同材料配比的抗紫外线膜的抗紫外线性能的强弱，并列出曲线，通过分析对比找出绢云母和TPE胶的最优配比。

4 试验过程

抗紫外线膜成膜的过程很简单，分三个步骤。一是混合，TPE胶与绢云母粉提前混合均匀；二是加热与搅拌，混合材料在60℃左右温度下就能熔化，边加热边搅拌，待混合材料加热到熔融状态；三是挤压拉伸成膜，将熔融状态下的材料取出，在平整的表面用平整的硬物挤压拉伸至薄膜状，经过5秒左右，薄膜即可成型。

为了探究TPE胶与绢云母的合适比例，我们进行了多次试验。我们固定TPE胶35克，绢云母粉分别从0克、1克增加，至10克以上左右时将干扰薄膜的压制。取制成的薄膜小片，覆盖到紫外线强度测试指示卡上，对薄膜抗紫外线效果进行测试，根据试纸中央色块颜色深浅辨别透过薄膜紫外线强度。具体流程如图1。

我们将融化的胶融入粉后用玻璃棒在试验台上面进行拉伸挤压，让它变成一个很薄的薄膜，我们的胶的质量为35g，加入的绢云母粉的质量为2g、3g、4g、6g、7g、8g、9g七组，每一组都有做成了一个条状薄膜。绢云母和TPE胶质量比例为8：35时，效果最好，再增加绢云母的比例效果变化不大。其抗紫外线能力曲线如图2。

在试验中，为了增大TPE软胶加热时的受热面积，我们选择坩埚加热。加热时，对受热融化的TPE胶颗粒用玻璃棒头端轻轻挤压并搅拌至熔融状态。最后在涤纶布上对合适比例绢云母和TPE胶混合物进行挤压成型即可。抗紫外线矿物布料的具体生产流程图3：

5 试验成果和经济分析

5.1 适应各种场合，节能环保效果明显

抗紫外线矿物窗帘无论是工作环境还是居住环境中都可以使用。我们生产出的布料与普通窗帘相比，有以下四个方面的优点：一是透光性更强，可以让人们更好地享受阳光。二是具备更强的抗紫外线能力，抗紫外线能力达到了72%。三是结实耐用，非机械破坏都撕扯不烂。四是触感更顺滑，由于外表附着一层矿物质膜，抗紫外线矿物窗帘的触感更顺滑。

抗紫外线矿物窗帘可以让人们在享受自然光的同时避免紫外线过度曝晒造成的伤害。同时抗紫外线窗帘为人们避免紫外线的伤害提供了一种新的方案，从而减少日光灯的使用，也实现了节能减排的效果。

抗紫外线矿物窗帘制作流程简单，仅需对按照配比混合成的材料进行简单加热在挤压拉伸，耗能极少。透明TPE材料是容易回收利用，可以降低成本，使用过的透明TPE可以简单的再生之后可以回收利用，这样就减少了环境污染，扩大了再生资源来源。可以说，这一产品是对光能的又一次开发和利用，让人人都能够拥抱阳光，远离辐射，节能减排。

5.2 抗紫外线矿物窗帘的经济分析

我们分别购买了TPE胶、绢云母粉、紫外线杀菌灯、紫外线强度指示卡、化学仪器及药品，具体消耗的成本不足200元，可见抗紫外线矿物质窗帘的成本并不高。具体成本如下表1：

整个实验过程中，我们进行了数十次的试验，总成本算下来只有146元。在规模生产下，我们的矿物质窗帘的成本将无限接近所消耗的TPE胶、绢云母粉、加热材料的成本之和，这方面一共是50元以下。抗紫外线矿物窗帘可以减少辐射，抗紫外线矿物窗帘可以减少72%的紫外线辐射，可以让人在自然光之下生活工作。这样就无需为了避免紫外线的伤害而开日光灯。假设日光灯功率为50w，白天使用6个小时，那么一年下来，通过少使用日光灯可以节省110度电。假设电费0.5元，那么我们使用抗紫外线矿物窗帘每年可以节省55元。这样来算，相对于普通窗帘，其实我们的窗帘对于用户来说价格更低。

同时，制造抗紫外线矿物窗帘可以开发绢云母的新用途。目前绢云母的主要用途是陶瓷，化工及化肥工业，化妆品填料，造纸，塑料工业等补强填料。我国的绢云母具有分布广、产量大的特点，但是由于分布较分散，不具备集中开发的优势。通过抗紫外线矿物窗帘的生产，可以拓展绢云母的用途，促进绢云母这一矿物质的有效开发，使绢云母的优势性能得到更好发挥，开辟绢云母利用的新市场。

6 应用前景

抗紫外线矿物窗帘具有很好的透光性和抗紫外线性，既可以减少紫外线的辐射还能让房间更亮，达到节能的良好效果，运用到教室的窗帘上可以减少灯管的使用量和增加灯管的使用寿命，所以说我们的产品是将光能的又一次利用和開发，能让人人都能拥抱阳光，远离辐射，节能减排。

参考文献：

[1]中国知网.柔软的TPE胶料[Z].李宝年，译.1997（3）.

[2]易宁波，姜波，黄玉东，等.绢云母改性及其在高分子材料中的应用进展[J].化学与黏合，2010（5）.

[3]谭建农，张术根，彭志勤，等.我国绢云母的应用研究现状及发展问题探讨[J].中国非金属矿工业导刊，2003（3）.