周泓崑 宋宇 呂宜超 熊建

（1.中國(guó)南玻集團(tuán)開發(fā)研究院 深圳 518067；2.南玻集團(tuán)咸寧南玻節(jié)能玻璃有限公司 咸寧 437000）

0 引言

隨著玻璃生產(chǎn)制造技術(shù)的發(fā)展成熟，玻璃幕墻在建筑裝飾上的使用率越來越高。玻璃幕墻具有包括降低墻體承重、提高審美價(jià)值等許多優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為能夠滿足建筑裝飾的實(shí)用性與審美性要求的最優(yōu)選擇。但對(duì)于鳥類來說，應(yīng)用越來越廣泛的玻璃幕墻卻成為了奪走它們性命的一大殺手。

自然界中的鳥類無法理解玻璃的概念，也無法辨認(rèn)出玻璃上植被的倒影與真實(shí)植被之間的區(qū)別，因此每年有數(shù)以億計(jì)的鳥類在高速飛行時(shí)誤將玻璃面上植被的倒影認(rèn)作棲息地從而一頭撞死在玻璃上。此種現(xiàn)象被稱為“鳥撞現(xiàn)象”，被認(rèn)為是由人類造成的僅次于家貓捕食導(dǎo)致鳥類死亡的第二大原因，常常發(fā)生在鳥類的遷徙途中或捕食活動(dòng)中。

鳥撞現(xiàn)象使得每年非正常死亡的鳥類數(shù)量激增，從而帶來一系列生態(tài)問題與經(jīng)濟(jì)損失。拋開鳥類對(duì)于人類而言的文化價(jià)值不談，人類在生態(tài)功能方面也對(duì)其有著很深的依賴，其中包括但不限于鳥類對(duì)于昆蟲的消耗、對(duì)于嚙齒動(dòng)物種群的控制、對(duì)于登革熱和瘧疾等病毒的傳播的限制等。在經(jīng)濟(jì)方面鳥類也能提供巨大的價(jià)值，根據(jù)美國(guó)魚類和野生動(dòng)物管理局的數(shù)據(jù)，觀鳥在北美已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)價(jià)值數(shù)十億美元的休閑產(chǎn)業(yè)。而今頻頻出現(xiàn)的鳥撞事件導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)與自然方面的損失已經(jīng)不為人們所接受，由此，防鳥撞玻璃應(yīng)運(yùn)而生。

目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上所采用的玻璃幕墻大多具有很高的反射性和透明度，高反射性會(huì)導(dǎo)致玻璃表面在合適的條件下反映出天空、云或者對(duì)鳥類具有吸引力的棲息地，從而誘導(dǎo)鳥類撞擊玻璃表面。而高透明度會(huì)誤導(dǎo)鳥類對(duì)玻璃另一邊通路的感知從而導(dǎo)致它們對(duì)穿過玻璃做出嘗試。為了防止這樣的撞擊發(fā)生，國(guó)外曾有先行者提出過幾個(gè)經(jīng)測(cè)試證實(shí)頗有成效的方法。其中，較為廣泛應(yīng)用的是遵循“2×4”原則的預(yù)防鳥撞貼紙法和在玻璃建筑上增加碎石、網(wǎng)、格柵、百葉窗或外部陰影等裝飾的方法。此兩種方法雖然已經(jīng)被證實(shí)能夠顯著降低發(fā)生鳥撞事件的概率，但是它們有一個(gè)共同的缺點(diǎn)，即犧牲了玻璃幕墻的美學(xué)價(jià)值。而本文將要介紹的以聚四氟乙烯為主要成分的附有吸收/反射紫外線作用的防鳥撞涂料玻璃能夠完美地平衡玻璃幕墻的防鳥撞需求與審美需求，成為解決鳥撞現(xiàn)象難題的靈丹妙藥。

1 對(duì)UV吸收/反射防鳥撞玻璃的主要特點(diǎn)

1.1 定義

UV吸收/反射防鳥撞玻璃是表面涂覆有功能性防鳥撞涂料的表面改性玻璃，其主要成分為聚四氟乙烯，能夠反射波段在250～400 nm的紫外線。

1.2 作用原理

紫外線無法被人類看到，但是研究表明80%以上的鳥類，尤其是候鳥的眼睛對(duì)紫外線有著驚人的敏感度。在野外，鳥類利用它們的這種能力捕食、分辨動(dòng)物以及尋找伴侶，即使是在惡劣的天氣條件下它們的這種能力也從未失靈。蜘蛛在蛛網(wǎng)上覆滿紫外線以規(guī)避鳥類對(duì)蛛網(wǎng)的碰撞與毀壞，就是完美利用了鳥類能夠識(shí)別紫外線的特性。參照蜘蛛對(duì)蛛網(wǎng)的設(shè)計(jì)，當(dāng)在玻璃表面涂覆上具有能夠向外反射紫外線的材料時(shí)，這種表面改性玻璃對(duì)于減少甚至杜絕鳥撞玻璃現(xiàn)象也能起到一定的積極作用。

廣泛存在于自然界的能夠反射紫外線的物質(zhì)，如蜘蛛網(wǎng)、動(dòng)物體液等所反射出的紫外線能夠被鳥類看到從而有助于鳥類的捕食以及避免障礙物，然而人類的眼睛不具備看到紫外線的能力。當(dāng)這種透明的紫外線反射涂料被涂覆在玻璃表面上時(shí)，對(duì)于人類來說玻璃依然是透明的，而在鳥類的眼中這塊玻璃則是擁有顏色和圖案的，可以有效地避免鳥類撞擊。通過這種作用方法，對(duì)UV吸收/反射防鳥撞玻璃可以完美地平衡人類對(duì)于玻璃的透明度和防鳥撞性的需求。除此之外，對(duì)UV吸收/反射防鳥撞玻璃的這種特性也可以被用來提升城市居民對(duì)于保護(hù)鳥類的積極性。

在白天，對(duì)UV吸收/反射防鳥撞玻璃可以吸收和反射來自太陽光和環(huán)境中的紫外線來規(guī)避鳥類的碰撞。而在夜晚，對(duì)UV吸收/反射防鳥撞玻璃可以持續(xù)向外輻射其在白天有日照條件下時(shí)所吸收的紫外線，當(dāng)這些少量的被吸收的紫外線被全部輻射出去之后，可以采用紫外線燈光照射的方法來使它恢復(fù)工作。在夜晚自然環(huán)境中的紫外線較為微弱，此時(shí)打開紫外線燈光向?qū)V吸收/反射防鳥撞玻璃幕墻進(jìn)行照射，人眼就可以看見幕墻上所反射出的紫外線構(gòu)成的圖案，即鳥類在白天看到的圖案。由此，觀眾們得以從鳥類的視角去觀察自己所處的城市，從而建立起與自然的聯(lián)系，并激發(fā)他們對(duì)于保護(hù)鳥類的主觀能動(dòng)性。

2 防鳥撞玻璃生產(chǎn)工藝

2.1 生產(chǎn)方法

防鳥撞玻璃是采用絲網(wǎng)印刷工藝，將已制作好的網(wǎng)版、調(diào)配好的功能性防鳥撞涂料借用絲印機(jī)將釉料通過網(wǎng)版承接在玻璃表面后經(jīng)過烘干、燒結(jié)制成的。印刷在玻璃表面的釉料圖案呈現(xiàn)透明狀態(tài)，已絲印烘干完的防鳥撞玻璃需進(jìn)行鋼化處理，使玻璃表面的釉料與玻璃燒結(jié)成一個(gè)整體。完成鋼化處理的防鳥撞玻璃涂層具有耐酸堿、耐劃傷、不易被機(jī)械及化學(xué)試劑剝離掉的特性。

2.2 加工流程

防鳥撞玻璃的加工流程可分為切片磨邊、絲印準(zhǔn)備、施釉、烘干、鋼化五個(gè)主要環(huán)節(jié)。其中需重點(diǎn)注意的環(huán)節(jié)為絲印準(zhǔn)備環(huán)節(jié)，因?yàn)榉励B撞玻璃需具有防鳥撞功能的涂料和圖案才能發(fā)揮作用。

①切片磨邊

項(xiàng)目來料需要使用超白玻璃基片進(jìn)行切磨，切磨后的玻璃表面界面需使用專業(yè)的清洗機(jī)清洗，保證絲印前玻璃界面是超親水狀態(tài)。

②絲印準(zhǔn)備

絲印前需根據(jù)鳥類體積涉及鳥撞可接收到的波長(zhǎng)設(shè)計(jì)圖案大小及圖案覆蓋率，準(zhǔn)備好相應(yīng)的涂料和網(wǎng)版。

涂料制作：防鳥撞玻璃需提前調(diào)配具有防鳥撞作用的功能性涂料，成分為石英粉、氧化鋁、聚四氟乙烯和烷烴類物質(zhì)。其中聚四氟乙烯具有反射紫外線的功能，能夠反射紫外線的波段為250～400 nm；石英粉和氧化鋁能夠增強(qiáng)防鳥撞涂料與玻璃之間的附著力、抗劃傷及耐酸堿性優(yōu)異。

網(wǎng)版制作：菲林網(wǎng)版的制作需要的輔材為圖案菲林、網(wǎng)框、網(wǎng)紗、粘網(wǎng)膠、感光膠等。滿足防鳥撞特性的圖案菲林，其圖案大小及覆蓋率需根據(jù)鳥類的體型及防鳥撞涂料輻射范圍制作。常見的小型鳥類有雨燕、麻雀、東方大葦鶯、紅耳鵯等，它們展開雙翅的寬度大于8 cm，高度大于5 cm，原則上要制作的圖案間隙應(yīng)小于此范圍。本次設(shè)計(jì)的防鳥撞圖案如圖1所示。

圖1 防鳥撞玻璃圖案

在制作網(wǎng)版時(shí)，應(yīng)將精度及目數(shù)較高的網(wǎng)紗（制作防鳥撞網(wǎng)版需球網(wǎng)紗目數(shù)需高于350目）通過繃網(wǎng)機(jī)貼附在網(wǎng)框上，網(wǎng)紗與網(wǎng)框接觸的部分需涂抹粘網(wǎng)膠使其牢靠的粘結(jié)在一起，空白的網(wǎng)框上需均勻涂抹感光膠，而后將其晾干。晾干后將圖案菲林貼附在網(wǎng)紗上進(jìn)行曝光、曬版，即可完成防鳥撞網(wǎng)版的制作。

③施釉

在制作完涂料和網(wǎng)版后，就進(jìn)入到施釉環(huán)節(jié)，施釉是將已經(jīng)制好的涂料適量?jī)A倒于絲印網(wǎng)版上，再通過膠刮使得涂料均勻地通過網(wǎng)版上的空隙承印在玻璃基片上。

④烘干

施釉完成后的玻璃基片進(jìn)入烘干爐（溫度設(shè)定：200～230 ℃、輻射烘干時(shí)間：10～12 min）將涂料表面的揮發(fā)分去除掉，使釉層表面是干燥狀態(tài)。

⑤鋼化

根據(jù)玻璃的厚度調(diào)試鋼化的溫度及時(shí)間、鋼化后的玻璃涂料層與玻璃結(jié)合成整體。加工完畢后，玻璃就擁有防鳥撞功能和耐酸堿、耐劃傷等特性。需注意，在進(jìn)行燒結(jié)時(shí)溫度過高會(huì)導(dǎo)致顏色不穩(wěn)定，溫度過低則熔化不徹底，應(yīng)在650～700 ℃范圍內(nèi)進(jìn)行。

3 防鳥撞玻璃的性能優(yōu)勢(shì)

按照生產(chǎn)步驟制得防鳥撞6 mm超白玻璃后，經(jīng)測(cè)試得到各項(xiàng)數(shù)據(jù)，見表1、表2、表3和圖2。

表1 顏色性能測(cè)試數(shù)據(jù)

表2 耐酸堿實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖2 950光譜測(cè)試數(shù)據(jù)

表3 光譜數(shù)據(jù)對(duì)比

續(xù)表3

通過以上測(cè)試數(shù)據(jù)可以說明，該防鳥撞玻璃耐酸堿、耐劃傷、不易被機(jī)械及化學(xué)試劑剝離掉，并在理論上可以滿足防鳥撞需求。由于鳥類視覺主要是紫外區(qū)域，通過防鳥撞6 mm超白玻璃光譜與普通6 mm超白玻璃光譜對(duì)比，在紫外波段300～320 nm處，防鳥撞6 mm超白玻璃比普通玻璃反射高0.7%～14.2%，在紫外波段325～445 nm處防鳥撞6 mm超白玻璃比普通玻璃反射高15.8%～25.2%。防鳥撞玻璃圖層對(duì)比普通玻璃紫外反射明顯高于普通玻璃。

為測(cè)試玻璃在實(shí)際應(yīng)用時(shí)對(duì)于鳥類的防撞功能，效仿ABC的隧道測(cè)試研究試驗(yàn)方法，準(zhǔn)備一節(jié)五面封閉的集裝箱，在唯一一面透光面分別加裝按照本制作方法制成的防鳥撞6 mm超白玻璃和普通6 mm超白玻璃，制成“隧道”。隧道示意照片見圖3。

圖3 隧道示意圖

從理論上講，在此隧道中的鴿子會(huì)在想要飛出集裝箱時(shí)撞在其無法辨識(shí)的普通6 mm超白玻璃上，而能夠反射紫外線讓鴿子看到的防鳥撞6 mm超白玻璃則會(huì)被它們避開。為驗(yàn)證這一點(diǎn)，在隧道準(zhǔn)備就緒后，研究人員將隨機(jī)抓取的鴿子置入隧道中，觀察并記錄鴿子在想要飛出集裝箱時(shí)在兩塊玻璃上的碰撞次數(shù)，并以此推斷鴿子對(duì)于這兩種玻璃的選擇傾向。

經(jīng)過試驗(yàn)得出結(jié)論：鴿子在防鳥撞6 mm超白玻璃上發(fā)生碰撞的次數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于在普通6 mm超白玻璃上發(fā)生碰撞的次數(shù)，根據(jù)本方法制得的防鳥撞6 mm超白玻璃達(dá)到此次設(shè)計(jì)的防鳥撞性能標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)語

采用物理鍍膜工藝制作的鳥類可識(shí)別的波段膜系工藝復(fù)雜、穩(wěn)定性差、實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的難度較高。而本方法采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)，生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)單、效率高、適合連續(xù)大規(guī)模生產(chǎn)。

制樣采用的功能性涂料成分主要是二氧化硅、氧化鋁、聚四氟乙烯、烷烴類等，因而可根據(jù)應(yīng)用環(huán)境、制作方法的不同將涂層微調(diào)為多種透明近似無色的顏色，并與鍍膜膜層形成新的干涉顏色，以此保證Low-E玻璃在保有原有綠色、環(huán)保的光學(xué)數(shù)據(jù)的同時(shí)，能夠應(yīng)用出新的圖案和顏色。新的圖案、顏色也可以更好地表達(dá)設(shè)計(jì)理念、建筑文化和內(nèi)涵，具有一定的市場(chǎng)需求。

在玻璃上粘貼、印刷的防鳥撞貼紙或防鳥撞圖案都是有顏色的，這會(huì)導(dǎo)致在接受太陽照射時(shí)這一部分會(huì)比無色透明的玻璃加熱得更快，從而出現(xiàn)熱張力帶來玻璃上微小的熱裂紋，降低玻璃的強(qiáng)度。而對(duì)UV吸收/反射防鳥撞玻璃是完全無色透明的，并不存在加熱不勻的可能性，在未來對(duì)UV吸收/反射防鳥撞玻璃或許會(huì)成為解決熱裂問題的有效方法，具有很高的投資價(jià)值。

對(duì)UV吸收/反射防鳥撞玻璃既能滿足防鳥撞需求，又能提供審美價(jià)值，消除了建筑與保護(hù)鳥類之間的沖突，且能順應(yīng)國(guó)際環(huán)境發(fā)展、滿足社會(huì)對(duì)于保護(hù)野生動(dòng)物的美好期望。