開發納米銀鈦健康玻璃可行性分析報告
    進入二十一世紀，中國鐵路迎來了劃時代的變革，鐵路客車的幾次大提速及200Km高速動車組的開發對客車車窗玻璃提出了更高要求。同時，旅客生存環境也要求舒適、環保，確保旅客身心健康。納米科技已成為一個國際競相爭奪的科技戰略制高點，納米銀鈦健康玻璃以其隔熱節能、防紫外線、光能自潔、抗菌抑菌、凈化空氣、防霧除臭等諸多性能可充分滿足鐵路客車高速化發展需求。一場以應用納米技術節約能源、資源，保護生態環境，實現可持續發展為目標的新的工業革命正在興起。必將對鐵路客車車窗玻璃及建筑民用玻璃產生深遠的影響。
    一、單位現狀
    唐山華達金明玻璃制品有限責任公司（簡稱金明公司）是唐山機車車輛廠華達總公司的下屬企業。主要生產機車車輛配件、鐵路用機客車中空玻璃、成型玻璃制品及民用建筑各型中空玻璃。金明公司成立于2003年7月，企業性質為股份制有限責任公司。金明公司引進濟南德佳中空玻璃生產線，并于2003年8月通過了編號為WT20030837的檢驗，產品符合18045-2000國家標準，成為唐山首家生產槽鋁式中空玻璃的廠家。
    經過兩年多的經營，依靠靈活的經營機制，發揮技術、設備資源優勢，取得了長足的發展，開創了良好的局面，與秦皇島耀華集團、河南許波集團、江陰玻璃廠、遼中玻璃廠等十幾個玻璃企業建立了合作關系，年生產各型鐵路客車中空玻璃及高檔玻璃2萬多平米，成為唐山地區最大的玻璃深加工企業。
    二、納米銀鈦健康玻璃的研發現狀 
    1、我國玻璃生產現狀
    近年來我國玻璃產量飛速增長，已建成300多家大、中、小型平板玻璃企業，全國浮法玻璃生產線100多條，總產量超過2億重量箱，位居世界第一。玻璃品種上普通玻璃多，特種玻璃少。
玻璃行業是個規模效益和產品結構優勢二者缺一不可的行業。雖然中國已成為世界玻璃生產大國，但還不是玻璃生產強國。我國近幾年浮法玻璃質量雖有長足進步，但優等品仍十分短缺。眾多浮法線與國外發達國家相比，在工藝技術等各項指標方面存在一定的差距。
    2、鐵路行業現狀
    根據近幾年我國平板玻璃行業經濟運行情況分析和國家有關部委發布的市場供求信息表明：我國玻璃行業處于供大于求、價格下化、效益下降的態勢，年過剩量約在28%左右。供大于求的主要原因是：近年來平板玻璃生產能力增長過快，年形成1500萬重量箱過剩生產能力；圓片玻璃產品結構不夠合理，優質浮法玻璃的比重只占總量的12%左右，遠不能滿足市場對高檔優質浮法玻璃的需求；用途單一、功能性差、不能激發起玻璃市場的消費欲望；普通玻璃在長時間風吹雨打之后，表面的污漬影響外觀和視野。鐵路客車運行時，表面積累灰塵、雜物，直接影響露可的外景觀測。
    3、環境背景
    世界衛生組織估計，每三個員工可能就有一個人長期在會使他們生病的場所中工作。據上海專家估計，在寫字樓工作人員中因為建筑物患病的約占25%左右，北京市有關部分曾經在全市抽查了6座新建的高檔寫字樓，對室內空氣質量辦公環境惡化進行檢測，結果令人震驚，室內空氣中的有害氣體氨超標率達到了80.56%，臭氧的超標率達到了50%，甲醛的超標率達到了42.11%。而對于鐵路客車而言，由于車體為密封結構，車型內空氣流動性差，有害物質含量較高，空氣質量較低，直接影響旅客的身心健康。
    三、納米銀鈦健康玻璃的材料分析
    1、納米銀
    銀是貴金屬，納米銀市利用納米技術將純度99%以上的白銀進行納米化處理，使其活化，產生比普通銀高出200倍以上的殺菌力，從而抑殺金黃色葡萄球菌、綠膿桿菌、真菌、霉菌等40多種致病菌。
    （1）納米銀的結構
    納米銀系材料是由數個或多個單質銀原子或銀系化合物分子通過在介質中特定的反應形成的超細微粒，這些微粒具有單質銀和銀化合物所不具備的小尺寸、高活性、高表面積等特性。納米銀粒徑很小，需要在電子顯微鏡下觀察。對納米顆粒而言，尺寸變小，其比表面積將顯著增加，化學活性也更強。
    （2）納米銀的抗菌性能
    中科院、醫科院、軍科院、北京大學等權威機構檢測認定，納米銀微粒對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、銅綠假單胞菌、白色念珠菌等數十種致病微生物都有強烈的抑制和滅殺作用。國際著名檢測機構瑞典SGS實驗室對納米銀（愛杰特）進行了抗菌試驗，結果顯示，40ppm的納米銀，作用2分鐘，對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、綠膿桿菌的滅殺率在99.9%以上。
    （3）納米銀的安全性
    根據美國毒物與疾病等基礎及美國公共衛生局委托一家公司所做的研究，至今還沒有外用銀引起毒性反應或影響各系統功能以及發育和遺傳毒性的報道。元素分析，證實它和食品一樣安全，以5000mg/Kg的納米銀經口給予小鼠，小鼠體重及全身指標無異常反應，人體皮膚接觸試驗的結果為陰性。
     2、納米二氧化鈦
    鈦是一種耐腐蝕性優異、量輕、質堅的金屬，質量介于鐵、鋁之間，強度與碳鋼略同。單位重量強度比約為鐵的二倍，鋁的六倍。耐酸性比鐵高，在海洋中耐蝕性僅次于白金。與其它金屬比較，導電性及導熱性比較低，熔點在一般金屬中最高達1668度，熱傳導率為銅的4.4%。
    金屬名稱    熔點    密度    電氣傳導率    熱傳導率
      鈦        1668    4.51       3.1          4.4
      鋁        660     2.70       64.0         52.7
      鐵        1535    7.85       18.0         15.7
    不銹鋼      1400    8.03       2.4          4.2
      銅        1083    8.93       100          10.0
    二氧化鈦具有三種晶型：銳鈦礦型、金紅石型、板鈦礦型。金紅石型鈦白用于涂料、繪具、印刷油墨、醫藥品、化妝品與食品等，鈦黃用于涂料、印刷油墨、水泥等。板鈦礦型不常用。銳鈦礦型二氧化鈦具有很多優越性，其特點是：不發生光腐蝕，耐酸堿性好，化學性質穩定，對生物無毒性，來源豐富，是目前最理性的光催化材料。
    納米級（5—20nm）銳鈦礦型二氧化鈦，具有較大的光催化活性，在日光、自然光或紫外線照射下，生成化學活性超強的自由基分解污染物、降解有機物、抑殺細菌。
銳鈦礦型納米二氧化鈦指標值
序號    指標              指標值
1       外觀              白色粉末
2       二氧化鈦含量（%   ＞99.5
3       平均粒徑（nm）    ＜20
4       比表面積（m2/g）  ＞120
5       表觀察度          ＜0.30
6       水懸浮液PH值      7—8（未處理型）
7       干燥失重（%）    ＜0.50
8       灼燒失重（%）    ＜1.0
    四、納米銀鈦健康玻璃的作用機理
    1、親水作用
    納米銀鈦健康玻璃表面納米二氧化鈦薄膜具有超親水性。在通常情況下，將水滴在納米二氧化鈦薄膜，薄膜與水有較大的接觸角，在紫外光照射下，水的接觸角減小，甚至達到0度（即水滴完全浸潤納米二氧化鈦薄膜表面），顯示了博膜的親水性。
    2、自潔作用
    納米銀鈦健康玻璃表面納米二氧化鈦薄膜在陽光紫外線的催化下反應，把落在玻璃上的灰塵等有機物分解，使其不能與玻璃結合 而浮于納米二氧化鈦薄膜的表面，下雨時于水自動沖洗掉污物，達到自潔效果。
    3、分解作用
    納米銀鈦健康玻璃薄膜中納米二氧化鈦的電子結構為一滿價電帶和空的導電帶，在電場作用下，產生負氧離子和氫氧自由基。當有機物質（碳氫化合物）和部分無機物接觸到納米二氧化鈦薄膜表面時，便會分別被負氧離子和氫氧自由基吸附和氧化分解，最終分解為CO2和水。利用這種反應可有效分解室內的細菌、病毒、甲醛、苯、氨等有害物，達到凈化空氣的目的。
    4、抑菌作用
    納米銀鈦健康玻璃納米二氧化鈦薄膜的超氧化能力（氫氧自由基），可以破壞病毒的細胞膜，使其細胞質流失死亡：凝固細菌的蛋白質，使其使去活性從而達到捕捉、殺滅空氣中的浮游細菌。納米二氧化鈦薄膜中摻雜納米銀離子，提高了協同作用力。納米銀離子與細菌接觸反應后，造成微生物固有成分破壞或產生功能障礙。當微量的納米銀離子到達微生物細胞膜時，因后者代負電荷，依靠庫侖引力，使兩者牢固吸附，納米銀離子穿透細胞壁進入細胞內，并于琉基反應，使蛋白質凝固，導致細胞死亡。當菌體失去活性后，納米銀離子又會從菌體中游離出來，重復進行殺菌，抗菌效果持久。 
    五、納米銀鈦健康玻璃的功能效果
    1、光能自潔
    納米銀鈦健康玻璃的表面納米二氧化鈦薄膜與油污接觸時，因為其表面有超親水性，污物不易在表面附著，從而使得表面長期具有防污自清潔效果，同時納米二氧化鈦的光催化氧化作用也能降解掉一部分有機物。納米銀鈦健康玻璃利用這兩種特性使得油污、灰塵不能和玻璃表面牢固的結合，不易在表面聚集而使玻璃較易清潔。
    2、隔熱節能防紫外線
    納米銀鈦健康玻璃表面的納米二氧化鈦薄膜厚度為0.3—0.5微米，在近紫外線和近紅外波段具有較低的通過率，而在可見區又有很高的透過率，透過率可達75%—80%，這是門窗玻璃的最理想光譜。由于納米二氧化鈦的紫外線吸收特性，納米銀鈦健康玻璃可有效阻隔陽光中的紫外線輻射。
    3、抗菌抑菌
    納米銀鈦健康玻璃借助納米二氧化鈦的超強氧化能力和納米銀離子超強殺菌能力破壞空氣中的細菌，抑制病毒的活性，有效除去游浮于空氣中的大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、銅綠假單胞菌、白色念珠菌、綠膿桿菌。
    4、凈化空氣
    納米銀鈦健康玻璃在光的催化作用下，能連續不斷的分解甲醛、苯、甲苯、二甲苯、氨氣等有毒有害氣體，同時釋放負氧離子，有效的凈化空氣，減少污染，改善生活和工作環境。
    5、防霧除臭
    納米銀鈦健康玻璃防霧方面因納米二氧化鈦薄膜表面可以將物質表面與水接觸角降低，因此玻璃表面不會有霧氣形成造成視線模糊。納米銀鈦健康玻璃對各種臭味物質有強力氧化消除作用，強力分解臭源，除臭功能持久有效。
    六、納米銀鈦健康玻璃的覆膜工藝
    納米銀鈦健康玻璃屬于深加工項目。質量關鍵是覆膜用納米銀鈦母液。制備納米銀鈦母液的關鍵是光催化劑的選擇，選用納米二氧化鈦做為納米銀鈦健康玻璃的光催化劑有其必然性。產品質量具有可靠的保障。
納米銀鈦健康玻璃覆膜工藝一般有兩種方式：自動化生產線覆膜，人工控制機械覆膜。
    七、鐵路客車對納米銀鈦健康玻璃的應用
    采用納米銀鈦健康玻璃的鐵路客車，玻璃表面形成無色、無毒、無味、光滑透明的分子級納米保護層，防止玻璃磨損及酸雨煙霧污漬侵蝕，并使以被侵蝕的玻璃表面得到修復。當鐵路客車車速達到60Km/小時以上時，可以保持清晰視野，灰塵污漬難以附著，不會在玻璃上形成水膜，玻璃表面也不會因細小沙塵產生劃痕。
同時，超強的防紫外線功能可以確保旅客皮膚不受傷害，抗菌抑菌、凈化空氣、防霧除臭可確保良好的旅客生存環境。
    八、我單位投資納米銀鈦健康玻璃的經濟分析
    根據我廠現有條件，亦先采用人工控制機械覆膜，設備投資為1萬元左右，覆膜納米母料成本單位平米為10元左右。生產場地可把原生產廠房向西擴出7-8米，修建生產區域，重新整修交通道，初步預算資金為18-20萬元。產品運用于鐵路客車中空玻璃，采取中空玻璃兩外側面單面覆膜。按年生產2萬平米計算，年可創產值400萬元，增加50多萬元利潤。
    在取得一定規模后，引進自動化生產線覆膜（需投資30多萬元），謀求公司的發展，實現“依靠鐵路謀生存，走出鐵路求發展”的經營目標。積極開拓民用建筑市場，在唐山地區取得一定規模效益的同時，逐步占領北京、天津的周邊城市市場。
    鐵路客車有了納米銀鈦健康玻璃這一保障，充分適應于鐵路客車高速運行的要求，提高了旅客乘坐的舒適性及安全性，必將對鐵路事業帶來深遠的影響。同時，納米銀鈦健康玻璃的問世，改變了玻璃的性能，玻璃市場競爭已不再是同類性能產品質量優與劣的差異，而是不同性能產品本質上的差別。采用納米技術改造傳統產業，促進產品更新換代，這是玻璃產業的飛躍，必將帶來巨大的經濟效益和社會效益。