Нейтральное стекло с низким коэффициентом пропускания

 

Использование: остекление оборудования, транспортных средств. Сущность изобретения: нейтральное, обычно зелено-серое натриево-калиево-силикатное стекло с низким коэффициентом пропускания (не более 25% пропускания света) снизило коэффициент пропускания солнечной энергии при внесении в него следующих красящих компонентов в весовых пропорциях: Fe₂O₃ (суммарное железо) 1,3 - 2,0; NiO 0,01 - 0,05; CoO 0,02 - 0,04; Se 0,0002 - 0,003. Это стекло имеет показатель двухвалентного железа 18 - 30. Стекло имеет коэффициент пропускания суммарной солнечной энергии не более 25%, а коэффициент пропускания УФ-излучения не более 15% при толщине 4 мм. Технический результат изобретения - снижение коэффициента пропускания света. 2 с. и 22 з.п.ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к темному, нейтрально окрашенному стеклу, имеющему низкий коэффициент пропускания видимого света, в частности низкий коэффициент пропускания ультрафиолетового излучения и низкий суммарный коэффициент пропускания солнечной энергии. Хотя это стекло не ограничено каким-либо конкретным применением, оно демонстрирует такое сочетание свойств, которое делает его в высшей степени желательным для использования в остеклениях индивидуального оборудования, таких, как задние части транспортных средств, таких, как автофургоны. Эти свойства включают в себя низкий коэффициент пропускания видимого света для уменьшения просматриваемости содержимого этого транспортного средства, низкий коэффициент пропускания инфракрасной и суммарной солнечной энергии для уменьшения поступления тепла внутрь замкнутого пространства, низкий коэффициент пропускания ультрафиолетового излучения для защиты тканей и других деталей внутренней части от разрушения, предпочтительно нейтральный зелено-серый цвет в целях сочетаемости с широким диапазоном отделочных цветов внутренней части и наружной части, а также состав, совместимый со способами изготовления листового стекла, например, с обычными промышленными способами изготовления флоат-стекла.

Предпосылки создания изобретения.

Стекла с хорошим поглощением инфракрасного излучения обычно получают путем восстановления имеющегося в стекле железа до состояния двухвалентного железа или путем добавления меди. Такие вещества придают стеклу синий цвет. Веществами, добавляемыми для достижения хорошего поглощения ультрафиолетового излучения, являются Fe³⁺, Се, Ti или V. Добавляемые для получения требуемого уровня поглощения ультрафиолетового излучения количества таковы, чтобы обеспечивать окрашивание стекла в желтый цвет. Сочетание в одном и том же стекле хорошего поглощения как УФ-, так и ИК-излучения придает стеклам либо зеленый, либо синий цвет. Были высказаны предложения по получению остеклений транспортных средств с хорошей защитой от ИК- и УФ-излучения серого цвета или цвета бронзы, но предлагаемые стекла имеют тенденцию к приобретению зеленовато-желтого оттенка.

Известные теплопоглощающие стекла, которые являются нейтральными и имеют синий, зеленый, серый или бронзовый оттенок, обладают склонностью к более высокому коэффициенту пропускания солнечного света, чем было бы желательно в остеклениях, создающих уединение. Например, в заменяющем патенте США 25312 описан состав серого стекла, содержащего от 0,2 до 1 % Fe₂O₃, от 0,003 до 0,5 % Ni0, от 0,003 до 0,02 % CoO и от 0,003 до 0,02 % Se и имеющего коэффициент пропускания видимого света в пределах от 35 до 45 % при толщине слоя 0,25 дюйма (6,35 мм).

Обычное известное темносерое стекло имеет следующий состав: 72,9% SiO₂, 13,7% Na₂O, 0,03% K₂O, 8,95% CaO, 3,9% MgO, 0,10% Al₂O₃, 0,27% SO₃, 0,06% Fе₂О₃, 0,015% CoO и 0,095% Ni0. Поглощение солнечной энергии у этого типа стекла не настолько мало, как бы хотелось для целей настоящего изобретения.

Совсем недавно были предложены теплопоглощающие серые стекла, не содержащие никеля, для использования в остеклениях с низким коэффициентом пропускания. Примеры этих стекол описаны в патентах США NN 4104076 и 5023210. Однако оба этих патента включают окись хрома в качестве красителя и могут потребовать использования операций/устройства для расплавления, отличающихся от обычных плавильных печей ванного типа с верхним обогревом, для создания восстановительных условий во время плавления, требуемых для получения нужных стекол, а также имеют такие концентрации окиси железа, окиси кобальта и селена, которые не должны бы создавать конкретного сочетания свойств, требуемых в данном случае.

Для самых современных остеклений, найденных до настоящего времени как пригодные для применения для создания обстановки уединения, требуются стеклянные подложки, имеющие на них пленки или покрытия для получения требуемых свойств. Пример одного такого особо эффективного остекления описан в патенте США 5087525, принадлежащем R.D.Goodman и P.J. Tausch, Хотя эти остекления с покрытием действительно выгодны и обеспечивают "точную настройку" свойств всего спектра, было бы целесообразным, в частности, с точки зрения стоимости, получать состав стекла, который сам по себе обеспечил бы требуемое сочетание свойств для создающих уединение остеклений.

Краткое изложение существа изобретения.

Выше приведено требование к великолепным нейтральным стеклам для создания уединения, таким, как в системе CIELAB, где имеется следующий диапазон цветовых координат: а^* -5±5, предпочтительно -4±3, наиболее желательно -4; б^* 0±10, предпочтительно +4±1, наиболее желательно +3; и L^* 50±10, предпочтительно 50±5, наиболее желательно 48±2 при значениях коэффициента пропускания видимого света не более 25% и предпочтительно не более 20%. ^*Приведенные здесь значения коэффициента пропускания излучения основаны на следующих диапазонах длин волн: Ультрафиолетовое излучение - 300-400 нанометров Видимое излучение - 380-720 нанометров Суммарное солнечное излучение - 300-2130 нанометров Более конкретно, при номинальной эталонной толщине в 4 мм стекло согласно настоящему изобретению демонстрирует коэффициент пропускания видимого света (Освещение А согласно нормам Международной Комиссии по освещению) не более 25%, коэффициент пропускания суммарной солнечной энергии не более 25% и предпочтительно не более 18% ив любом случае не выше коэффициента пропускания видимого света, и коэффициент пропускания ультрафиолетового излучения не более 18% и предпочтительно не более 15%. Эти нейтральные, в основном зелено-серые стекла, имеющие коэффициент затенения не более 0,53 и предпочтительно не более 0,46, получают на базовом составе стандартного натриево-кальциево- силикатного флоат-стекла, к которому добавляют окись железа, окись кобальта, окись никеля и селен в определенных критических пропорциях. Более конкретно, было выявлено, что эти требуемые стекла могут быть получены при использовании окиси никеля в сочетании со стеклом с высоким суммарным содержанием железа, в котором Fe₂O₃ восстанавливают до получения особого соотношения FeO к Fe₂O₃ (суммарное железо), обычно называемого показатель железа.

В связи с вышеизложенным, в стекольной промышленности обычно ссылаются на суммарное железо, содержащееся в составе стекла или в шихте как на "суммарное железо, выраженное в виде Fe₂O₃". Когда шихта для стекла расплавляется, однако, некоторое количество из этого количества суммарного железа восстанавливается до FeO, в то время как остальное остается в виде Fe₂O₃. Баланс между закисью и окисью железа в расплаве является результатом равновесия окисление-восстановление. Восстановление Fe₂O₃ приводит не только к получению FeO, но и к получению газообразного кислорода, в результате чего уменьшается суммарный вес обоих соединений железа в получаемом изделии из стекла. Таким образом, суммарный вес истинных FeO и Fe₂O₃, содержащихся в получаемом составе стекла, будет меньше, чем вес в шихте суммарного железа, выраженный через Fe₂O₃. По этой причине необходимо понимать, что "суммарное железо" или "суммарное железо, выраженное через Fe₂O₃", как используется в данном случае и в приложенной формуле изобретения, означает общее содержание по весу железа, имеющегося в шихте стекла до восстановления. Далее необходимо понимать, что "величина двухвалентного железа", как используется в описании и в приложенной формуле изобретения, определена как окись железа в весовых % в готовом стекле, деленная на весовые проценты суммарного железа, выраженного в виде Fe₂O₃.

Если не указано иного, выражение "процент (%)" и "части", как они используются в данном описании и в прилагаемой формуле изобретения, означает весовые проценты (%) и части. Рентгеновская флуоресценция с разложением длин волн использовалась для определения весовых % NiO, Co₃O₄ и Se, а также суммарного железа, выраженного в виде Fe₂O₃. Процент восстановления суммарного железа определяли вначале измерением пропускания лучистой энергии образца при длине волны 1060 нанометров с использованием спектрофотометра. Затем величину пропускания в 1060 нм использовали для расчета оптической плотности, используя следующую формулу: (T^* = 100 минус расчетная потеря от отражения = 92); (T = пропускание при 1060 нм).

После этого оптическую плотность использовали для расчета процента восстановления: Темное нейтральное окрашенное стекло согласно данному изобретению может быть получено с применением железа, кобальта, никеля и селена в качестве красителей в диапазонах, указанных в табл.1.

Нейтральная окраска зелено-серого стекла отмечается низкой условной чистотой цвета. Стекло согласно настоящему изобретению преимущественно имеет условную чистоту цвета ниже 10 % и менее 8 % в предпочтительных вариантах выполнения. Стекла согласно настоящему изобретению приводят к относительно узкому диапазону доминантных длин волн от 490 до 565 нанометров и предпочтительно от 545 до 565.

Стекла согласно настоящему изобретению демонстрируют следующие координаты цветности ClELAB: а* = -5±5; b* = 0±10; L* = 50±10.

Наличие никеля (окиси никеля) является существенным в составах согласно изобретению. Обычная флоат-ванна, которая находится в стабильном режиме работы, придет в равновесное состояние при определенном уровне двухвалентного железа. Этот уровень двухвалентного железа будет зависеть от общего количества железа в этом стекле, от окислительно-восстановительного потенциала факела пламени и т.д. "Равновесная" величина двухвалентного железа для флоат-ванны при предпочтительном уровне общего железа такова, что окись никеля должна быть добавлена для достижения требуемого коэффициента пропускания суммарной солнечной энергии и необходимого коэффициента затенения.

Альтернативой использованию окиси никеля при равновесной величине двухвалентного железа является добавление восстановителя, например, углерода, в ванну для увеличения величины двухвалентного железа, что снижает коэффициент пропускания суммарной солнечной энергии. Это нежелательно, так как существует опасность того, что стекло может оказаться окрашенным сернистым железом (образование янтарного стекла), что вызвано высоким уровнем сочетания железо-углерод.

Подробное описание.

Натриево-кальциево-силикатное стекло может быть в основном охарактеризовано следующим составом на основе весовых % от всего стекла:
SiO₂ - 68-75
Na₂O - 10-18
CaO - 5-15
MgO - 0-5
Al₂O₃ - 0-5
K₃O - 0-5
Другие второстепенные компоненты, включая ускорители расплавления и осветления, такие, как SO₃, также могут встречаться в составе стекла. Небольшие количества BaO или Вa₂О₃ также иногда включались во флоат-стекло, и их можно считать необязательными. К этому базовому стеклу добавляют окрашивающие компоненты согласно настоящему изобретению, указанные выше.

Стекло практически не содержит иных красителей, кроме специально указанных, за исключением каких-либо следовых количеств таких красителей, которые могут присутствовать в качестве примесей. Стекло согласно настоящему изобретению может быть расплавлено и непрерывно подвергаться осветлению в обычной плавильной печи ванного типа, при его формовании в плоские листы стекла с переменными значениями толщины с помощью флоат-метода, при котором расплавленное стекло лежит на ванне расплавленного металла, обычно олова, когда оно приобретает форму ленты и охлаждается.

Все примеры 1-6 представляют собой удовлетворительные варианты выполнения настоящего изобретения, которые демонстрируют приятный нейтральный зелено-серый внешний вид и обеспечивают прекрасное уменьшение пропускания солнечной энергии и очень желательный коэффициент затенения. Коэффициент затенения вычисляют с помощью программы программного обеспечения Window 3.1 лабораторией "Lawrence Berkely Laboratories", которая основывается на наружной температуре 89^oF (32^oC), на внутренней температуре помещения 75^oF (24^oC), интенсивности солнечного света 248 британских тепловых единиц/(час²кв.дюйм) (789 Вт/м²) и при ветре в 7,5 миль/час (12 км/час). Таким образом, коэффициент пропускания света (III A) менее, чем 20% для всех из этих примеров при эталонной толщине в 4 мм. Коэффициент пропускания суммарной солнечной энергии (TS) из каждого примера менее 18% и во всех случаях меньше коэффициента пропускания света. Коэффициент пропускания ультрафиолетового излучения исключительно низок в каждом из примеров, и нигде не превышает 13%. Коэффициент затенения по каждому примеру во всех случаях не выше 0,47 (табл.2).

Состав базового стекла для примера 6 следующий:
Компонент - Весовых % во всем стекле
SiO₂ - 73,2
Na₂O - 13,9
CaO - 17,8
MgO - 3,4
SO₃ - 0,20
Al₂O₃ - 0,17
Шихтовая смесь для примера 6 была следующей:
Компонент - Весовых частей, г
Песок - 154
Кальцинированная сода - 50
Гипс - 1
Известняк - 11
Доломит - 33
Азотнокислый натрий - 0,5
Порошок окиси железа - 3,12
Селен* - 0,025
Co₃O₄ - 0,0465
NiO - 0,0595
*Предполагается 10%-ное сохранение Se.

Стекло, полученное с помощью флоат-процесса обычно имеет толщину в пределах от примерно 2 до 10 миллиметров. В отношении предпочтительных признаков регулирования солнечным облучением согласно настоящему изобретению предпочтительно, чтобы описанные в нем свойства по пропусканию получали в диапазоне толщины от 3 до 5 миллиметров.

Другие изменения, известные специалистам в данной области, могут быть применены, не выходя за рамки данного изобретения, определенного нижеследующей формулой изобретения.

Формула изобретения

1. Состав нейтрального окрашенного натриево-кальциево-силикатного стекла, включающий Fe₂О₃, Со₃О₄, Sе, отличающийся тем, что он дополнительно содержит NiO при следующем соотношении указанных компонентов, вес.%:
Fe₂О₃ (суммарное железо) - 1,3 - 2
Со₃О₄ - 0,02 - 0,04
Se - 0,0002 - 0,003
NiO - 0,01 - 0,05
причем стекло имеет коэффициент затенения не выше 0,53, а показатель двухвалентного железа 18 - 30%.

2. Стекло по п. 1, отличающееся тем, что оно имеет цвет, определенный следующими координатами: CIELAB: а^х = - 5 ± 5; b^х = 0 ± 10; L^х = 50 ± 10.

3. Стекло по п. 1, отличающееся тем, что оно имеет цвет, определенный следующими координатами: CIELAB: а^х = - 4 ± 3; b^х = + 4 ± 1; L^х = 50 ± 5.

4. Стекло по п. 1, отличающееся тем, что оно имеет доминирующую длину волны 490 - 565 и условную чистоту цвета менее 10%.

5. Стекло по п. 1, отличающееся тем, что оно имеет доминирующую длину волны 545 - 565 и условную чистоту цвета менее 8%.

6. Состав нейтрального окрашенного натриево-кальциево-силикатного стекла, включающий Fe₂О₃, Со₃О₄, Se, отличающийся тем, что он дополнительно содержит NiO при следующем соотношении указанных компонентов, вес.%:
Fe₂О₃ (суммарное железо) - 1,3 - 2
Со₃О₄ - 0,02 - 0,04
Se - 0,0002 - 0,003
NiO - 0,01 - 0,05
причем стекло имеет коэффициент пропускания видимого света не более 25%, коэффициент пропускания суммарной солнечной энергии не более 25% и коэффициент пропускания ультрафиолетового излучения не более 15% при номинальной толщине 4 мм, а показатель двухвалентного железа составляет 18 - 30%.

7. Состав по п.6, отличающийся тем, что в нем указанное содержание Fe₃О₃ (суммарное железо) находится в пределах 1,3 - 1,6 вес.%.

8. Состав по п.6, отличающийся тем, что в нем указанный NiO присутствует в диапазоне 0,0225 - 0,0285 вес.%.

9. Состав стекла по п.6, отличающийся тем, что в нем указанный Со₃О₄ присутствует в диапазоне 0,020 - 0,026 вес.%.

10. Состав стекла по п.6, отличающийся тем, что в нем указанный Se присутствует в диапазоне 0,0010 - 0,0020 вес.%.

11. Состав стекла по п.6, отличающийся тем, что в нем указанный показатель двухвалентного железа находится в диапазоне от примерно 19 до примерно 28%.

12. Состав стекла по п.11, отличающийся тем, что он имеет показатель двухвалентного железа в диапазоне от примерно 20 до примерно 24%.

13. Стекло по п.6, отличающееся тем, что оно имеет цвет, определяемый следующими координатами CIELAB: а^х = - 5 ± 5; b^х = 0 ± 10; L^х = 50 ± + 5.

14. Стекло по п.6, отличающееся тем, что оно имеет коэффициент затенения не более 0,53.

15. Состав нейтрального окрашенного натриево-кальциево-силикатного стекла по п.6, отличающийся тем, что в нем упомянутое стекло имеет коэффициент пропускания видимого света не более 20%, коэффициент суммарной солнечной энергии не более 18% и в любом случае не выше коэффициента пропускания видимого света и коэффициент пропускания ультрафиолетового излучения не более 15% при номинальной толщине 4 мм.

16. Стекло по п.15, отличающееся тем, что оно имеет коэффициент затенения не более 0,53.

17. Стекло по п.16, отличающееся тем, что оно имеет коэффициент затенения не более 0,46.

18. Состав нейтрального окрашенного натриево-кальциево-силикатного стекла по п.6, отличающийся тем, что он включает в качестве необходимых компонентов от примерно 1,3 до 1,6 вес.% Fe₂О₃ (суммарное железо), от примерно 0,0225 до 0,0285 вес. % NiO, от примерно 0,020 до 0,026 вес.% Со₃О₄ и от 0,0010 до 0,0020 вес.% Se.

19. Стекло по п.18, отличающееся тем, что оно имеет показатель двухвалентного железа 20 - 24.

20. Стекло по п.19, отличающееся тем, что оно имеет коэффициент пропускания видимого света не более 20%, коэффициент пропускания суммарной солнечной энергии не более 18% и в любом случае не более коэффициента пропускания видимого света и коэффициент пропускания ультрафиолетового излучения не более 15%.

21. Стекло по п.18, отличающееся тем, что оно имеет коэффициент затенения не более 0,46.

22. Стекло по п.18, отличающееся тем, что оно имеет доминирующую длину волны 545 - 565 и условную чистоту цвета менее 8%.

23. Стекло по п.18, отличающееся тем, что оно имеет цвет, определяемый следующими координатами: CIELAB: а^х = - 4 ± 3; b^х = + 4 ± 1; L^х = 50 ± 5.

24. Стекло по п.23, отличающееся тем, что оно имеет цвет, определяемый следующими координатами: CIELAB: а^х = - 4; b^х = + 3; L^х = 48 ± 2.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2