DE69829683T2

DE69829683T2 - Infrarote und ultraviolette strahlung absorbierende blauglaszusammensetzung

Info

Publication number: DE69829683T2
Application number: DE69829683T
Authority: DE
Inventors: J. Larry SHELESTAK
Original assignee: PPG Industries Ohio Inc
Current assignee: PPG Industries Ohio Inc
Priority date: 1997-10-20
Filing date: 1998-10-16
Publication date: 2005-09-29
Anticipated expiration: 2018-10-17
Also published as: EP1023245B1; PT1023245E; DE69829683D1; EP1023245A1; AU1099199A; TW587065B; AU725178B2; WO1999020577A1; US6673730B1; CN1121355C; NZ503170A; ES2239813T3; HK1031370A1; CA2302764C; ATE292607T1; CN1275964A; BR9812931A; CA2302764A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf eine Infrarot- und Ultraviolettstrahlung absorbierende blau gefärbte Natronkalk-Quarzglaszusammensetzung, die für Bau- und Automobilverglasungsanwendungen geeignet ist. Das Glas sollte eine maßgebende Wellenlänge von etwa 485 bis 492 Nanometer (nm) und eine Anregungsreinheit von etwa 3 bis 18 Prozent haben. Das Glas ist auch mit Flachglasherstellungsverfahren verträglich.
2A. Technische Überlegungen
Infrarot- und Ultraviolettstrahlung absorbierende gefärbte Glassubstrate haben eine Vielzahl von verschiedenen Anwendungen. Insbesondere können solche Gläser von Architekten zum Verglasen von Gebäuden verwendet werden, und von Fahrzeugdesignern als Automobilfenster verwendet werden. Neben der Bereitstellung einer ästhetisch zufriedenstellenden Farbe können diese Gläser auch eine verbesserte Solarleistung im Vergleich zu herkömmlichem Klarglas bereitstellen.
Verschiedene Materialien können zu dem Glas zugesetzt werden, um die erwünschte Farbe und Spektralleistung bereitzustellen. So werden z. B. Eisen, Cobalt, Nickel, Selen und Titan, um einige zu nennen, typischerweise zugesetzt, um die erwünschte Farbzusammensetzung bereitzustellen. Da Materialien zur Farbänderung und zum Erhöhen der Solarleistung zugesetzt werden, muss darauf geachtet werden, dass die Durchlässigkeit für sichtbares Licht und die für die besondere Anwendung erforderliche Farbe aufrechterhalten werden. Es sollte auch daran erinnert werden, dass die Änderung der Dicke des Glases diese Spektraleigenschaften beeinflusst, so dass eine besondere Zusammensetzung, die eine annehmbare Farbe und Leistung bei einer besonderen Dicke hat, bei einer davon verschiedenen Dicke nicht annehmbar sein kann.
Eine besondere blaue Zusammensetzung, die eine überlegene Spektralleistung ergibt, ist in der US-Patentschrift Nr. 4,792,536 (Pecoraro et al.) beschrieben. Im Handel erhältliche Produkte, welche von diesem Patent Gebrauch machen, werden von PPG Industries, Inc. unter den Marken SOLEXTRA^® und AZURLITE^® vertrieben. Dieses Glas enthält eine mäßige Menge an Eisen in der Zusammensetzung und hat einen relativ großen Teil des Glases im zweiwertigen Zustand des Eisens, ausgedrückt als FeO. Insbesondere enthält die Glaszusammensetzung eine basische Natronkalk-Quarzzusammensetzung und enthält weiter 0,45 bis 1 Gew.-% Gesamteisen (ausgedrückt als Fe₂O₃). Wenigstens 35% des Gesamteisens befinden sich im zweiwertigen Zustand. Die maßgebende Wellenlänge dieser Gläser liegt im Bereich von etwa 486 bis 489 nm, und die Anregungsreinheit liegt im Bereich von etwa 8 bis 14%. Unter einem Verarbeitungsgesichtspunkt kann die Herstellung des in der Patentschrift beschriebenen Glases mit einem hohen Verhältnis von Eisen(II) zu Gesamteisen zusätzliche Verarbeitungsüberlegungen erfordern, die nicht typischerweise mit herkömmlichen Glasschmelzvorgängen verbunden sind, wie in der Technik bekannt ist. Aufgrund der günstigen Annahme dieses Produkts wäre es jedoch vorteilhaft, in der Lage zu sein, ein Glas mit ähnlicher Farbe und verbesserter Spektralleistung unter Verwendung herkömmlicher Glasschmelzverarbeitungstechniken herzustellen.
2B. Interessierende Patente
Die US-Patentschrift Nr. 3,652,303 (Janakirama Rao) beschreibt ein blaues, Wärme absorbierendes Glas, welches geringe Mengen an Eisen enthält und Zinn verwendet, um einen signifikanten Teil des Eisens in den zweiwertigen Zustand umzuwandeln und in diesem Zustand zu halten, und insbesondere werden mehr als 80% des Eisens im zweiwertigen Zustand gehalten.
Die US-Patentschriften Nr. 4,866,010 und 5,070,048 (Boulos et al.) beschreiben blaue Glaszusammensetzungen mit einem färbenden Teil, der im Wesentlichen aus Eisen und Cobalt besteht und weiter Nickel und/oder Selen enthält. Die Gläser haben eine maßgebende Wellenlänge von 482 Nanometer (nm) ± 1 nm und eine Farbreinheit von 13% ± 1%.
Die US-Patentschriften Nr. 5,013,487 und 5,069,826 (Cheng) beschreiben blau gefärbte Glaszusammensetzungen, die Eisen, Titan, Zinn und Zink als Färbemittel enthalten. Die Gläser haben eine maßgebende Wellenlänge im Bereich von 485 bis 494 nm und eine Farbreinheit von 5 bis 9%.
Die US-Patentschrift Nr. 5,344,798 (Morimoto et al.) beschreibt eine blaue Glaszusammensetzung, die Eisen, Cer, Titan, Zink, Cobalt und Mangan enthält. Diese Gläser haben eine maßgebende Wellenlänge von 495 bis 505 nm und eine Farbreinheit von 5 bis 9%.
Die US-Patentschrift Nr. 2,755,212 beschreibt eine blau gefärbte Natronkalk-Quarzglaszusammensetzung, die Eisenoxid und Cobaltoxid als Färbemittel umfasst, in welcher Zusammensetzung der Gehalt an zweiwertigem Eisen hoch genug gewählt wird, um die erwünschte blaue Farbe zu ergeben.
EP-A-820 964, die Stand der Technik gemäß Art. 54(3) EPÜ ist, beschreibt eine Wärme absorbierende blaue Glaszusammensetzung, die eine Grundglaszusammensetzung und einen Färbemittelteil umfasst, der Eisen und Cobalt enthält, dadurch gekennzeichnet, dass der Färbemittelteil im Wesentlichen aus 0,4 Gew.-% bis 1,1 Gew.-% Gesamteisen, ausgedrückt als Fe₂O₃, und 10 ppm bis 75 ppm Co₃O₄ besteht.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt ein blau gefärbtes Glas unter Verwendung einer Standard-Natronkalk-Quarzglas-Grundzusammensetzung und zusätzlich Eisen und Cobalt und Chrom und/oder Vanadium als Sonnenstrahlung absorbierende Materialien und Färbemittel, wie im Patentanspruch 1 definiert, bereit. Insbesondere enthält das blau gefärbte Glas 0,40 bis 1,0 Gew.-% Gesamteisen, bevorzugt 0,50 bis 0,75 Gew.-%, 4 bis 40 ppm CoO, bevorzugt 4 bis 20 ppm, 0 bis 100 ppm Cr₂O₃ und 0 bis 400 ppm V₂O₅, worin, wenn V₂O₅ vorhanden ist, es teilweise oder vollständig Cr₂O₃ auf der Grundlage von 400 ppm V₂O₅ für 100 ppm Cr₂O₃ ersetzt, und wobei die Anwesenheit von Cr₂O₃ und/oder V₂O₅ zwingend ist. Das Redoxverhältnis für das Glas der vorliegenden Erfindung ist größer als 0,35 bis zu etwa 0,60 und liegt bevorzugt zwischen etwa 0,36 bis 0,50. In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung hat das Glas eine Lichtdurch lässigkeit von wenigstens 55% und eine Farbe, die durch eine maßgebende Wellenlänge von 485 bis 489 Nanometer und eine Anregungsreinheit von etwa 3 bis 18% gekennzeichnet ist. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung hat das Glas eine Lichtdurchlässigkeit von wenigstens 65% bei einer Dicke von etwa 0,154 Inch (3,9 mm) und eine Farbe, die durch eine maßgebende Wellenlänge von 485 bis 492 Nanometer und eine Anregungsreinheit von etwa 3 bis 18% gekennzeichnet ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die Grundglaszusammensetzung der vorliegenden Erfindung ist im Handel erhältliches Natronkalk-Quarzglas, gekennzeichnet wie folgt:

Gew.-%

SiO₂ 66 bis 75

Na₂O 10 bis 20

CaO 5 bis 15

MgO 0 bis 5

Al₂O₃ 0 bis 5

K₂O 0 bis 5
Wie hierin verwendet, beziehen sich sämtliche Angaben "Gewichtsprozent (Gew.-%)" auf das Gesamtgewicht der Endglaszusammensetzung.
Zu diesem Grundglas setzt die vorliegende Erfindung Infrarot- und Ultraviolettstrahlung absorbierende Materialien und Färbemittel in Form von Eisen und Cobalt und Chrom und/oder Vanadium zu. Wie hierin beschrieben, wird Eisen ausgedrückt als Fe₂O₃ und FeO, Cobalt wird ausgedrückt als CoO, und Chrom wird ausgedrückt als Cr₂O₃. Es sollte beachtet werden, dass die hierin beschriebenen Glaszusammensetzungen kleine Mengen anderer Materialien, z. B. Schmelz- und Läuterungshilfsmittel, Begleitmaterialien oder Verunreinigungen, enthalten können. Es sollte weiter beachtet werden, dass in einer Ausführungsform der Erfindung geringe Mengen von zusätzlichen Materialien enthalten sein können, um das Glas zu färben und/oder seine Solarleistung zu verbessern, wie später im Einzelnen beschrieben wird.
Die Eisenoxide in einer Glaszusammensetzung erfüllen einige Funktionen. Eisen(III)-oxid, Fe₂O₃, ist ein guter Ultraviolettstrahlenabsorber und wirkt als gelbes Färbemittel in dem Glas. Eisen(II)-oxid, FeO, ist ein guter Infrarotstrahlenabsorber und wirkt als blaues Färbemittel. Die Gesamtmenge von Eisen, die in den hierin beschriebenen Gläsern vorhanden ist, wird als Fe₂O₃ gemäß Standardanalysenpraxis ausgedrückt, was aber nicht impliziert, dass das gesamte Eisen tatsächlich in Form von Fe₂O₃ vorhanden ist. In ähnlicher Weise wird die Eisenmenge im zweiwertigen Zustand als FeO angegeben, obwohl es tatsächlich nicht als FeO in dem Glas vorhanden sein braucht. Um die relativen Mengen von Eisen(II) und Eisen(III) in den hierin beschriebenen Glaszusammensetzungen wiederzugeben, soll der Ausdruck "Redox" die Menge des Eisens im zweiwertigen Zustand (ausgedrückt als FeO) dividiert durch die Menge des Gesamteisens (ausgedrückt als Fe₂O₃) bedeuten. Weiterhin soll, falls nicht anders angegeben, der Ausdruck "Gesamteisen" in dieser Beschreibung das Gesamteisen, ausgedrückt als Fe₂O₃, bedeuten, der Ausdruck "Fe₂O₃" soll Eisen im dreiwertigen Zustand, ausgedrückt als Fe₂O₃, bedeuten, und der Ausdruck "FeO" soll Eisen im zweiwertigen Zustand, ausgedrückt als FeO, bedeuten.
CoO wirkt als blaues Färbemittel und als schwacher Infrarotstrahlenabsorber in dem Glas. Cr₂O₃ wird zugesetzt, um der Glaszusammensetzung eine grüne Farbkomponente zu verleihen. Zusätzlich wird angenommen, dass das Chrom auch eine gewisse Ultraviolettstrahlungsabsorption bewirkt. Ein geeignetes Gleichgewicht zwischen dem Gehalt des Eisens, d. h. der Eisen(III)- und Eisen(II)-oxide, und Cobalt und Chrom und/oder Vanadium ist erforderlich, um ein Glas mit der erwünschten blauen Farbe und den erwünschten Spektraleigenschaften zu erhalten.
Das Glas der vorliegenden Erfindung kann in einem kontinuierlichen industriellen Glasschmelzvorgang in großem Maßstab geschmolzen und geläutert und zu Flachglasplatten von variierender Dicke durch das Floatverfahren geformt werden, in welchem das Glas auf einem Becken von geschmolzenem Metall, gewöhnlich Zinn, getragen wird, wenn es eine Bandform annimmt, und es wird in in der Technik bekannter Weise abgekühlt.
Obwohl es bevorzugt ist, dass das hierin beschriebene Glas unter Verwendung eines herkömmlichen, überkopf beheizten kontinuierlichen Schmelzvorgangs, wie in der Technik bekannt ist, hergestellt wird, kann das Glas auch unter Verwendung eines Mehrstufenschmelzvorgangs hergestellt werden, wie in den US-Patentschriften Nr. 4,381,934 (Kunkle et al.), 4,792,536 (Pecoraro et al.) und 4,886,539 (Cerutti et al.) beschrieben ist. Falls erforderlich, kann eine Rührvorrichtung in den Schmelz- und/oder Formungsstufen des Glasherstellungsvorgangs verwendet werden, um das Glas zu homogenisieren, um Glas von höchster optischer Qualität herzustellen.
Abhängig von dem Typ des Schmelzvorgangs kann Schwefel zu den Ansatzmaterialien eines Natronkalk-Quarzglases als Schmelz- und Läuterungshilfsmittel zugesetzt werden. Industriell hergestelltes Floatglas kann bis zu etwa 0,3 Gew.-% SO₃ enthalten. In einer Glaszusammensetzung, die Eisen und Schwefel enthält, kann die Bereitstellung reduzierender Bedingungen eine bernsteinfarbige Färbung hervorrufen, welche die Lichtdurchlässigkeit erniedrigt, wie in der US-Patentschrift Nr. 4,792,536 (Pecoraro et al.) diskutiert. Es wird jedoch angenommen, dass die reduzierenden Bedingungen, die zum Herstellen dieser Färbung in Floatglaszusammensetzungen des hierin beschriebenen Typs erforderlich sind, auf etwa die ersten 20 Mikron der unteren Glasoberfläche, welche das geschmolzene Zinn während des Floatbildungsvorgangs berührt, und zu einem geringeren Ausmaß auf die exponierte obere Glasoberfläche beschränkt sind. Aufgrund des niedrigen Schwefelgehalts und des beschränkten Bereichs des Glases, in welchem eine Färbung auftreten kann, abhängig von der besonderen Natronkalk-Quarzglaszusammensetzung, hat Schwefel in diesen Oberflächen keine stoffliche Wirkung auf die Glasfarbe oder die Spektraleigenschaften.
Es sollte beachtet werden, dass als Ergebnis der Bildung des Glases auf geschmolzenem Zinn, wie vorstehend diskutiert, messbare Mengen von Zinnoxid in Oberflächenteile des Glases auf der Seite, weiche das geschmolzene Zinn berührt, einwandern können. Typischerweise hat ein Stück Floatglas eine SnO₂-Konzentration von wenigstens 0,05 bis 2 Gew.-% in den ersten 25 Mikron unter der Oberfläche des Glases, die mit dem Zinn in Kontakt war. Typische Hintergrundwerte von SnO₂ können so hoch wie 30 ppm sein. Es wird angenommen, dass hohe Zinnkonzentrationen in etwa den ersten 10 Ångström der Glasoberfläche, die von dem geschmolzenen Zinn getragen wird, das Reflexi onsvermögen der Glasoberfläche geringfügig erhöhen kann; der Gesamteinfluss auf die Glaseigenschaften ist jedoch minimal.
Tabelle 1 erläutert experimentelle Glasschmelzen, welche die Prinzipien der vorliegenden Erfindung verkörpern. In ähnlicher Weise erläutert Tabelle 2 eine Reihe von computermodellierten Glaszusammensetzungen, welche die Prinzipien der vorliegenden Erfindung verkörpern. Die modellierten Zusammensetzungen wurden durch ein Glasfarbe- und Spektralleistung-Computermodell generiert, das von PPG Industries, Inc. entwickelt war. Tabelle 3 erläutert die Zusammensetzung von einigen Glasproben, welche von den Prinzipien der vorliegenden Erfindung Gebrauch machen, die auf einer industriellen, herkömmlichen, überkopf beheizten kontinuierlichen Glasschmelzvorrichtung des früher beschriebenen Typs hergestellt wurden. In den Tabellen 1 und 3 sind nur die Eisen- und Cobaltanteile der Zusammensetzungen aufgeführt, während die Tabelle 2 die Eisen-, Cobalt- und Chromanteile der Zusammensetzungen enthält. Die Tabellen 4 bis 6 führen die Spektraleigenschaften der in den Tabellen 1, 2 und 3 gezeigten Zusammensetzungen bei Bezugsdicken von 0,084 Inch (2,13 mm), 0,154 Inch (3,9 mm) und 0,223 Inch (5,66 mm) auf.
Mit Bezug auf die in den Tabellen 4 bis 6 für die Beispiele 1 bis 16 der Tabelle 1 und die Beispiele 30 bis 34 der Tabelle 3 wiedergegebenen Daten wird die Lichtdurchlässigkeit (LTA) unter Verwendung eines C.I.E.-Standardleuchtmittels "A" mit einem C.I.E. 2°-Beobachter über den Wellenlängenbereich von 380 bis 770 Nanometer gemessen. Die Sonnenlichtdurchlässigkeit (LTS) wird über den Wellenlängenbereich von 380 bis 770 nm unter Verwendung des C.I.E. 2°-Beobachters und der in ASTM 891-87 spezifizierten Gewichtungsfaktoren gemessen. Die Glasfarbe, ausgedrückt als maßgebende Wellenlänge (DW) und Anregungsreinheit (Pe), wird unter Verwendung des C.I.E.-Standardleuchtmittels "C" mit einem 2°-Beobachter gemessen, gefolgt von in ASTM E 308-90 etablierten Verfahren. Die gesamte Sonnenlicht-Ultraviolettdurchlässigkeit (TSUV) wird über den Wellenlängenbereich von 300 bis 400 Nanometer gemessen, die gesamte Sonnenlicht-Infrarotdurchlässigkeit (TSIR) wird über den Wellenlängenbereich von 720 bis 2000 Nanometer gemessen, und die gesamte Sonnenlicht-Energiedurchlässigkeit (TSET) wird über den Wellenlängenbereich von 300 bis 2000 Nanometer gemessen. Die TSUV-, TSIR- und TSET-Durchlässigkeitsdaten werden unter Verwendung der Parry Moon Luftmasse 2,0 Direktsonnenlicht-Bestrahlungsstärke-Daten berechnet und unter Verwendung der Trapezregel integriert, wie in der Technik bekannt ist. Der Schattierungskoeffizient (SC), welcher das Verhältnis der Gesamtsonnenlicht-Wärmezunahme für eine Probe zu der Gesamtsonnenlicht-Wärmezunahme einer nominal 3 mm dicken (1/8 Inch) Klarglasreferenz ist, wird unter Verwendung des Window 4,1-Computerprogramms berechnet, das von Lawrence Berkeley Laboratory erhältlich ist. Die Spektraleigenschaften, die in den Tabellen 4 bis 6 für die Beispiele 17 bis 29 von Tabelle 2 wiedergegeben sind, basieren auf den gleichen Wellenlängenbereichen und Berechnungsverfahren.
Probenherstellung
Die in Tabelle 1 gegebene Information basiert auf experimentellen Laborschmelzen, die etwa die folgenden Grundansatzkomponenten haben.

Sand 500 g

calcinierte Soda 162,8 g

Kalkstein 42 g

Dolomit 121 g

technisches Natriumsulfat 2,5 g

Polierrot wie erforderlich

Co₃O₄ wie erforderlich
Zu jeder Schmelze wurde Kohle zugesetzt, um das Redox zu regeln. Bei der Herstellung der Schmelzen wurden die Bestandteile ausgewogen und in einem Mischer gemischt.
Die Hälfte des Materials wurde dann in einen feuerfesten Quarztiegel verbracht und auf 2650°F (1454°C) 30 Minuten erhitzt. Das restliche Material wurde dann zu dem Tiegel zugesetzt und 1,5 Stunden auf 2650°F (1454°C) erhitzt. Als nächstes wurde das geschmolzene Glas in Wasser gefrittet, getrocknet und wieder 1 Stunde auf 2650°F (1454°C) erhitzt. Das geschmolzene Glas wurde dann ein zweites Mal in Wasser gefrittet, getrocknet und wieder zwei Stunden auf 2650°F (1454°C) erhitzt. Das geschmolzene Glas wurde dann aus dem Tiegel ausgegossen und abgekühlt. Es wurden Proben aus der Platte geschnitten und geschliffen und für die Analyse poliert.
Die chemische Analyse der Glaszusammensetzungen wurde unter Verwendung eines RIGAKU 3370-Röntgenfluoreszenz-Spektrofotometers durchgeführt. Der FeO-Gehalt für die Beispiele 1 bis 16 wurde unter Verwendung von Nasschemietechniken bestimmt, wie es in der Technik bekannt ist. Der FeO-Gehalt für die Beispiele 30 bis 34 wurde unter Verwendung des früher diskutierten Glasfarbe- und Spektralleistung-Computermodells berechnet. Die Spektralcharakteristiken des Glases wurden auf abgekühlten Proben unter Verwendung eines Perkin-Elmer Lambda 9 UV/VIS/NIR-Spektrofotometers vor dem Tempern des Glases oder ausgedehntem Belichten mit Ultraviolettstrahlung bestimmt, was die spektralen Eigenschaften beeinflusst, wie später diskutiert wird.
Das Folgende ist repräsentativ für die Grundoxide der in den Tabellen 1 und 3 beschriebenen Gläser:
Es wird angenommen, dass die Grundoxidbestandteile der industriellen Natronkalk-Quarzglaszusammensetzungen auf der Grundlage der in der Tabelle 1 beschriebenen experimentellen Schmelzen und der in der Tabelle 2 beschriebenen modellierten Zusammensetzungen ähnlich sind zu den früher diskutierten.
Obwohl nicht in der Tabelle 1 enthalten, zeigte die Analyse der Beispiele 1 bis 16 bis zu etwa 6 ppm Cr₂O₃, bis zu etwa 30 ppm MnO₂ und bis zu etwa 0,013 Gew.-% TiO₂ an. Diese Materialien wurden höchstwahrscheinlich in die Glaszusammensetzung aus den Ansatzrohmaterialien oder der Glasverarbeitungsausrüstung eingeführt. Obwohl in der Tabelle 3 nicht enthalten, zeigte die Analyse der Beispiele 30 bis 34 in ähnlicher Weise bis zu etwa 9 ppm Cr₂O₃, bis zu etwa 26 ppm MnO₂ und bis zu etwa 0,021 Gew.-% TiO₂ an. Diese Materialien wurden ebenfalls höchstwahrscheinlich in die Glaszusammensetzung von sowohl aus den Ansatzrohmaterialien oder der Glasverarbeitungsausrüstung als auch aus Restmaterialien in der Glasschmelzvorrichtung eingeführt. Sämtliche der in der Tabelle 2 computermodellierten Zusammensetzungen wurden so modelliert, dass sie 38 ppm MnO₂ enthielten (in der Tabelle 2 nicht gezeigt), und die Beispiele 17 bis 20 wurden so modelliert, dass sie 7 ppm Cr₂O₃ enthielten, was typische nachweisbare Konzentrationen von Chrom und Mangan sind. Das Chrom und das Mangan in diesen Konzentrationen waren in den modellierten Zusammensetzungen enthalten, um eine genauere Wiedergabe des das Modell verwendenden Glases zu ergeben. Es wird angenommen, dass diese Mengen von Chrom, Mangan und Titan in den Beispielen 21 bis 26 der Tabellen 1 und 2 und das Chrom und das Mangan in den Beispielen 30 bis 34 der Tabelle 3 Begleit- und/oder Restkonzentrationen sind, welche die Farbe und die Spektraleigenschaften des Glases nicht stofflich beeinträchtigen. Die TiO₂-Konzentration in den Beispielen 30 bis 34, von der angenommen wird, dass sie auf in der Glasschmelzvorrichtung noch vorhandenem Resttitan beruht, sollte nur eine minimale, falls überhaupt, Wirkung auf die Glasfarbe und die Spektraleigenschaften der Glaszusammensetzung in der vorliegenden Erfindung haben. Weiterhin wird angenommen, dass Glaszusammensetzungen, welche die Merkmale der vorliegenden Erfindung verkörpern, ohne oder mit Spurenkonzentrationen von TiO₂ hergestellt werden können.
Mit Bezug auf die Tabellen 1 bis 5 stellt die vorliegende Erfindung ein blau gefärbtes Glas unter Verwendung einer Standard-Natronkalk-Quarzglasgrundzusammensetzung und zusätzlich Eisen und Cobalt und Chrom als Infrarot- und Ultraviolettstrahlung absorbierende Materialien und Färbemittel bereit. Insbesondere enthält der Infrarot- und Ultraviolettstrahlung absorbierende und färbende Teil des Glases 0,40 bis 1,0 Gew.-% Gesamteisen, bevorzugt 0,50 bis 0,75 Gew.-% Gesamteisen und 4 bis 40 ppm CoO, bevorzugt 4 bis 20 ppm CoO. Zusätzlich enthält die Zusammensetzung bis zu 100 ppm Cr₂O₃, bevorzugt 25 bis 50 ppm. Das Glas hat ein Redox von größer als 0,35 bis 0,60, bevorzugt von 0,36 bis 0,50. In einer Ausführungsform der Erfindung hat das Glas eine Lichtdurchlässigkeit (LTA) von wenigstens 55%, eine maßgebende Wellenlänge von zwischen 485 bis 489 nm, bevorzugt 487 bis 489 nm. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung hat das Glas eine Lichtdurchlässigkeit von wenigstens 65% bei einer Dicke von 0,154 Inch und eine maßgebende Wellenlänge von 485 bis 492 nm, bevorzugt 487 bis 489 nm. Das Glas hat eine Anregungsreinheit von 3 bis 18%. Es sollte jedoch beachtet werden, dass die Anregungsreinheit von der Glasdicke abhängt. Als Ergebnis ist es bevorzugt, dass Glas der vorliegenden Erfindung mit einer Dicke von 0,071 bis 0,126 Inch (1,8 bis 3,2 mm) eine Pe von 3 bis 8% hat, mit einer Dicke von 0,126 bis 0,189 Inch (3,2 bis 4,9 mm) eine Pe von 5 bis 12% hat, und mit einer Dicke von 0,189 bis 0,315 Inch (4,9 bis 8 mm) eine Pe von 10 bis 18% hat.
In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfassen die Infrarot- und Ultraviolettstrahlung absorbierenden Materialien und Färbemittel des Glases insgesamt 0,50 bis 0,60 Gew.-%, 4 bis 12 ppm CoO, bis zu 100 ppm Cr₂O₃ und 0 bis 0,50 Gew.-% TiO₂ und ein Redox von 0,45 bis 0,50. In einer besonderen Ausführungsform enthält das Glas nur Spurenmengen von Cr₂O₃ und bis zu 0,021 Gew.-% TiO₂. Darüber hinaus hat das Glas eine Lichtdurchlässigkeit (LTA) von wenigstens 70%, eine TSUV von nicht größer als 60%, eine TSIR von nicht größer als etwa 30% und/oder eine TSET von nicht größer als 50% bei einer Dicke von 0,154 Inch. Die Farbe des Glases ist durch eine maßgebende Wellenlänge von zwischen 487 bis 489 nm und eine Anregungsreinheit von etwa 7 bis 10% gekennzeichnet.
Hierin beschriebene und durch das Floatverfahren hergestellte Glaszusammensetzungen haben typischerweise eine Plattendicke von etwa 1 Millimeter bis 10 Millimeter.
Für die Fahrzeugverglasungsanwendungen ist es bevorzugt, dass die Glasplatten mit einer Zusammensetzung, wie hierin beschrieben, eine Dicke in dem Bereich von 0,071 bis 0,197 Inch (1,8 bis 5 mm) haben. Es wird erwartet, dass, wenn eine einzige Glasschicht verwendet wird, das Glas getempert wird, z. B. für ein Automobilseiten- oder -rückfenster, und wenn mehrere Schichten verwendet werden, das Glas abgekühlt und unter Verwendung eines thermoplastischen Klebstoffs zusammenlaminiert wird, z. B. eine Automobilwindschutzscheibe, welche zwei abgekühlte Glasschichten unter Verwendung einer Polyvinylbutyral-Zwischenschicht zusammenlaminiert, worin wenigstens eine der Glasschichten eine Glasplatte mit einer Zusammensetzung, wie hierin beschrieben, ist. Wenn das Glas in ausgewählten Bereichen eines Motorfahrzeugs, z. B. die Windschutzscheibe und Vordertürfenstern und in einigen Fällen das Rückfenster, verwendet wird, ist es darüber hinaus erforderlich, dass das Glas eine LTA von wenigstens 70% hat. Zusätzlich sollten die in der vorliegenden Erfindung beschriebenen Glaszusammensetzungen ein TSUV von nicht größer als 60%, bevorzugt nicht größer als 57%, eine TSIR von nicht größer als 35%, bevorzugter nicht größer als 30%, und/oder eine TSET von nicht größer als 55%, bevorzugt nicht größer als 50%, bei einer Dicke von 0,154 Inch haben.
In Bauverglasungsanwendungen gibt es gewöhnlich kein gesetzliches Erfordernis bezüglich der Sonnendurchlässigkeit (LTS) des Glases; in der vorliegenden Erfindung ist es jedoch bevorzugt, dass das Glas eine LTS von 60 bis 70%, bevorzugt 63 bis 67%, und einen Schattierungskoeffizient von nicht größer als 0,70 und bevorzugt nicht größer als 0,65 bei einer Dicke von etwa 0,223 Inch hat.
Es wird angenommen, dass die Spektraleigenschaften des Glases sich nach dem Tempern des Glases und weiter nach verlängerter Belichtung mit Ultraviolettstrahlung, gewöhnlich als Solarisation bezeichnet, ändern. Insbesondere wird angenommen, dass das Tempern und die Solarisation der hierin beschriebenen Glaszusammensetzungen die LTA, LTS und TSIR um 0,5 bis 1% verringern, die TSUV um etwa 1 bis 2% und TSET um 1 bis 1,5% verringern. Als Ergebnis hat in einer Ausführungsform der Erfindung die Glaszusammensetzung ausgewählte Spektraleigenschaften, die anfänglich außerhalb den vorstehend diskutierten erwünschten Bereichen liegen, jedoch in die erwünschten Bereiche nach dem Tempern und/oder der Solarisation fallen.
Es sollte auch beachtet werden, dass, da die Lichtdurchlässigkeit und die Sonnenlichtdurchlässigkeit (LTA und LTS) unter diesen Bedingungen verringert werden, die anfängliche LTA oder LTS des Glases nach der Herstellung ausreichend hoch sein sollte, um die Durchlässigkeit über einem erwünschten Minimalwert zu halten, so dass irgendwelche Verluste, die dem Tempern und der Solarisation zuzuschreiben sind, die Durchlässigkeit nicht auf einen unannehmbaren Wert verringern.
In den Glaszusammensetzungen der vorliegenden Erfindung kann Vanadium als teilweiser oder vollständiger Ersatz für das Chrom verwendet werden. Spezieller verleiht Vanadium, welches hierin als V₂O₅ ausgedrückt wird, dem Glas eine gelb-grüne Farbe und absorbiert sowohl Ultraviolett- als auch Infrarotstrahlung bei verschiedenen Wertigkeitszuständen. Es wird angenommen, dass die 100 ppm Cr₂O₃ wie vorstehend diskutiert, vollständig durch 400 ppm V₂O₅ ersetzt werden können.

Wie früher diskutiert, können zu den hierin beschriebenen Glaszusammensetzungen auch andere Materialien zugesetzt werden, um die Infrarot- und Ultraviolettstrahlungsdurchlässigkeit zu verringern und/oder die Glasfarbe zu regeln. Der Einschluss von Chrom und Mangan ist früher diskutiert worden. Es wird in Betracht gezogen, dass die folgenden Materialien ebenfalls zu dem hierin beschriebenen Eisen und Cobalt enthaltenden Natronkalk-Quarzglas zugesetzt werden können:

SnO₂	0 bis zu 2,0 Gew.-%
CeO₂	0 bis zu 1,0 Gew.-%
TiO₂	0 bis zu 0,5 Gew.-%
ZnO	0 bis zu 0,5 Gew.-%
Nd₂O₃	0 bis zu 0,5 Gew.-%
MoO₃	0 bis zu 100 ppm
NiO	0 bis zu 10 ppm
Se	0 bis zu 3 ppm

Es sollte beachtet werden, dass eventuell eine Anpassung der Grundbestandteile des Glases gemacht werden muss, um einer färbenden und/oder das Redox beeinflussenden Wirkung dieser zusätzlichen Materialien Rechnung zu tragen.

Claims

Eine blau gefärbte, infrarote und ultraviolette Strahlung absorbierende Glaszusammensetzung mit einem Basisglasanteil, enthaltend: SiO₂ 66-75 Gew.-% Na₂O 10-20 Gew.-% CaO 5-15 Gew.-% MgO 0-5 Gew.-% Al₂O₃ 0-5 Gew.-% K₂O 0-5 Gew.-%

und einem Sonnenstrahlung absorbierenden und Färbungsmittelanteil, bestehend im Wesentlichen aus: Gesamteisen 0,40-1,0 Gew.-% CoO 4-40 ppm Cr₂O₃ 0-100 ppm SnO₂ 0-2,0 Gew.-% CeO₂ 0-1,0 Gew.-% TiO₂ 0-0,5 Gew.-% ZnO 0-0,5 Gew.-% Nd₂O₃ 0-0,5 Gew.-% MnO₂ 0-0,1 Gew.-% MoO₃ 0-100 ppm V₂O₅ 0-400 ppm NiO 0-10 ppm Se 0-3 ppm

worin , wenn V₂O₅ vorhanden ist , es teil weise oder voll ständig Cr₂O₃ i m Verhältnis von 400 ppm V₂O₅ für 100 ppm Cr₂O₃ ersetzt und wobei die Gegenwart von Cr₂O₃ und/oder V₂O₅ zwingend ist und das Glas einen Redox von größer als 0,35 bis zu ungefähr 0,60, eine Durchlässigkeit im sichtbaren Bereich von wenigstens 55% und eine Farbe, gekennzeichnet durch eine dominante Wellenlänge von 485-489 nm und eine Anregungsreinheit von 3-18%, oder eine Durchlässigkeit im sichtbaren Bereich von wenigstens 65% bei einer Dicke von 3,9 mm (0,154 Inch) und eine Farbe, gekennzeichnet durch eine dominante Wellenlänge von 485-492 nm und eine Anregungsreinheit von 3-18%, aufweist.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Gesamteisenkonzentration 0,50-0,75 Gew.-% und der Redox 0,36-0,50 beträgt.
Zusammensetzung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die CoO-Konzentration 4-20 ppm beträgt.
Zusammensetzung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Cr₂O₃-Konzentration 25-50 ppm beträgt.
Zusammensetzung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Farbe des Glases durch eine dominante Wellenlänge im Bereich von 487-489 nm und eine Anregungsreinheit von 3-8% bei wenigstens einer Dicke im Bereich von 1,8-3,2 mm (0,071-0,126 Inch), eine Anregungsreinheit von 5-12% bei wenigstens einer Dicke im Bereich von 3,2-4,8 mm (0,126-0,189 Inch) und eine Anregungsreinheit von 10-18% bei wenigstens einer Dicke im Bereich von 4,8-8,0 mm (0,189-0,315 Inch) gekennzeichnet ist.
Zusammensetzung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Glas eine Durchlässigkeit im sichtbaren Bereich von 70% oder höher hat.
Zusammensetzung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Glas eine Durchlässigkeit für Sonnenstrahlung von 55-70% und einen Abschattungskoeffizienten von 0,70 oder weniger bei einer Dicke von 5,9 mm (0,223 Inch) aufweist.
Zusammensetzung nach Anspruch 7, wobei das Glas eine Durchlässigkeit für Sonnenstrahlung von 63-67% und einen Abschattungsfaktor von 0,65 oder weniger bei einer Dicke von 5,9 mm (0,223 Inch) aufweist.
Zusammensetzung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Glas eine Gesamtsonnenstrahlungsultraviolettdurchlässigkeit von 60% oder weniger, eine Gesamtsonnenstrahlungsinfrarotdurchlässigkeit von 35% oder weniger und eine Gesamtsonnenenergiedurchlässigkeit von 55% oder weniger bei einer Dicke von 3,9 mm (0,154 Inch) aufweist.
Zusammensetzung nach Anspruch 9, wobei das Glas eine Gesamtsonnenstrahlungsultraviolettdurchlässigkeit von 57% oder weniger, eine Gesamtsonnenstrahlungsinfrarotdurchlässigkeit von 30% oder weniger und eine Gesamtsonnenenergiedurchlässigkeit von 50% oder weniger bei einer Dicke von 3,9 mm (0,154 Inch) aufweist.
Zusammensetzung nach einem der vorstehenden Ansprüche, die Schmelz- und Verfeinerungshilfsmittel enthält.
Glasscheibe, geformt durch das Float-Verfahren aus der Glaszusammensetzung wie in einem der Ansprüche 1-11 aufgeführt.
Glasscheibe nach Anspruch 12, die auf geschmolzenem Zinn geformt wurde und eine SnO₂-Konzentration von 0,05-2 Gew.-% in den ersten 25 μm unterhalb der Oberfläche des Glases, die mit dem Zinn in Kontakt war, aufweist.
Automobilwindschutzscheibe, die aus wenigstens einer Glasscheibe nach Anspruch 12 oder 13 hergestellt ist.
Glasscheibe nach Anspruch 12, wobei die Scheibe eine Dicke zwischen 1,8 und 10 mm aufweist.