專利名稱：中性的低透射率玻璃的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有低可見光透射率，特別是低紫外輻射透射率和太陽(yáng)能低總透過率的深色中性有色玻璃。雖然不限于特定的用途，該玻璃顯示一種多方面性能的結(jié)合，使其高度適用于例如在車輛(如運(yùn)貨車)的后部位置的隱密玻璃窗中。這些性質(zhì)包括對(duì)可見光透射率低，以降低對(duì)車輛內(nèi)容物的可見性，對(duì)紅外光和對(duì)太陽(yáng)總能量透射率低，以降低車輛內(nèi)部吸收的熱量，對(duì)紫外輻射透射率低，以保護(hù)織物和其它內(nèi)部成分不使其變質(zhì)，優(yōu)選一種中性灰綠色，以與范圍很寬的內(nèi)部和外部面層色彩協(xié)調(diào)一致，以及與平板玻璃制造方法，如與常用的商業(yè)浮法玻璃過程相適應(yīng)的玻璃組成。
紅外吸收好的玻璃通常是由還原玻璃中的鐵成亞鐵狀態(tài)，或加銅而生產(chǎn)的。這些材料給玻璃以蘭色。加進(jìn)玻璃以實(shí)現(xiàn)好的紫外輻射吸收材料是Fe3+、Ce、Ti或V。加入玻璃以達(dá)到所需紫外吸收水平的數(shù)量是例如為使玻璃具有黃色。使玻璃既有好的紅外吸收又有好的紫外吸收這兩者相結(jié)合，是綠色或蘭色玻璃。已經(jīng)建議生產(chǎn)防IR和UV輻射性好的車輛玻璃是灰色或赤褐色，但本發(fā)明建議的玻璃傾向于具有淺綠黃色。
先有技術(shù)中中性的和具有一種蘭、綠、灰或褐色的熱吸收玻璃，趨于具有比隱密玻璃窗所要求高得多的太陽(yáng)光透射率。例如，Reissue的美國(guó)專利25312號(hào)提出含有下列組分的灰色玻璃0.2-1% Fe2O3、0.003-0.05% NiO、0.003-0.02% CoO和0.003-0.02% Se，它在0.25英寸厚時(shí)可見光的透射率為35-45%。
一種典型的深灰色現(xiàn)有玻璃具有下列組成72.9% SiO2、13.7% Na2O、0.03% K2O、8.95% CaO、3.9% MgO、0.10% Al2O3、0.27% SO3、0.06% Fe2O3、0.015% CoO和0.095% NiO。此類玻璃對(duì)太陽(yáng)能的吸收不如用于本發(fā)明目的所要求的那樣低。
最近，已提出不含鎳的灰色熱吸收玻璃，用于低透射率玻璃窗。這些玻璃的實(shí)例可見于美國(guó)專利號(hào)4104076和5023210號(hào)。然而，這兩份專利均包括氧化鉻為著色劑，可能需要不同于慣用的上方烘烤池窯型熔煉窯的熔煉操作/設(shè)備，以在熔煉期內(nèi)提供生產(chǎn)所需玻璃所必須的還原條件，另外，其含有氧化鐵、氧化鈷和硒著色劑的濃度也可能生產(chǎn)不出這里所需各種性質(zhì)的玻璃。
迄今發(fā)現(xiàn)最有希望適用于隱密用途的玻璃窗，需要其上具有薄膜或涂層的玻璃基質(zhì)，以實(shí)現(xiàn)所要求的性質(zhì)。這種特別有效的玻璃窗的一個(gè)實(shí)例描述于R.D.Goodman和P.J.Tausch的美國(guó)專利5087525號(hào)中。盡管這些帶膜的玻璃窗事實(shí)上是有益的，并能“精細(xì)改變”若干光譜性質(zhì)，但是，特別是從成本觀點(diǎn)考慮，生產(chǎn)一種其本身可提供隱密玻璃窗所需的各種性質(zhì)的玻璃還是有利的。
我們已發(fā)現(xiàn)對(duì)優(yōu)良的中性隱密玻璃的要求是在CIELAB體系中玻璃具有顏色參數(shù)范圍在可見光透射率不超過25%，優(yōu)選不超過20%時(shí)為a＊-5±5，優(yōu)選-4±3，更理想-4;b＊0±10，優(yōu)選+4±1，更理想+3;及L＊50±10，優(yōu)選50±5，更理想48±2。更具體地說，在4mm名義參考厚度時(shí)，本發(fā)明的玻璃顯示可見光透射率(C.I.E.照明A)不超過25%;全太陽(yáng)能透過率不超過25%，最好不超過18%，并在任何情況下不超過可見光透射率;紫外輻射透射率不超過18%，最好不超過15%＊(＊這里所述輻射透射率值是基于下列波長(zhǎng)范圍紫外300-400nm，可見光380-720nm，全太陽(yáng)光300-2130nm)。這些中性的綠灰色玻璃，其明暗度系數(shù)不超過0.53，最好不超過0.46，是用加入某種嚴(yán)格比例的氧化鐵、氧化鈷、氧化鎳和硒到標(biāo)準(zhǔn)蘇打-石灰-氧化硅浮法玻璃基組合物中生產(chǎn)的。更具體說，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)采用氧化鎳與高總鐵含量玻璃相結(jié)合可提供所需玻璃，其中Fe2O3被還原，以提供特定的FeO與Fe2O3(總鐵)之比，習(xí)慣上稱之謂亞鐵值。
在上面的敘述中，玻璃工業(yè)中常將在玻璃組合物或批料中所含總鐵稱為“表達(dá)為Fe2O3的總鐵”。然而，在玻璃批料熔煉中，一部分總鐵還原為FeO，而其余的保留為Fe2O3。在熔體中氧化亞鐵和氧化鐵間的平衡是這種氧化還原平衡的結(jié)果。Fe2O3的還原不僅產(chǎn)生FeO，而且也產(chǎn)生氧氣，因此，降低了在所得玻璃產(chǎn)品中兩種鐵化合物的結(jié)合重量。因此，在所得玻璃組合物中所含實(shí)際FeO和Fe2O3的結(jié)合重量比表達(dá)為Fe2O3的總鐵的批料重量輕。為此理由，應(yīng)當(dāng)理解在這里和在權(quán)利要求中所用的“總鐵”或“表達(dá)為Fe2O3的總鐵”的意思是還原前含在玻璃批料中鐵的總重量。也應(yīng)當(dāng)理解，在這里和在權(quán)利要求中所用的“亞鐵值”被定義為在生成的玻璃中氧化亞鐵的重量百分?jǐn)?shù)除以表達(dá)為Fe2O3的總鐵的重量百分?jǐn)?shù)。
除非另有說明，這里和所附權(quán)利要求中的術(shù)語“百分?jǐn)?shù)(%)”和“份”是指重量%和重量份。波長(zhǎng)色散X射線熒光用于測(cè)定NiO、Co3O4、和Se以及表達(dá)為Fe2O3的總鐵?？傝F還原的百分?jǐn)?shù)是用分光光度計(jì)在1060nm波長(zhǎng)處對(duì)樣品的輻射傳輸?shù)氖状螠y(cè)量測(cè)得。1060nm處的透射率值就被用于計(jì)算以下式表示的光密度光密度=log10To/TTo=100-估計(jì)的反射損失=92T=在1060nm處的透射率然后用此光密度計(jì)算還原百分?jǐn)?shù)還原%=110×光密度/(玻璃厚度(以mm計(jì))×總Fe2O3的重量%)。
本發(fā)明的中性深色玻璃可由使用下表范圍的鐵、鈷、鎳和硒著色劑生產(chǎn)出來
一種灰綠色中性彩色玻璃是以低色純度為特征。本發(fā)明的玻璃有利地顯示<10%的色純度，在優(yōu)選的實(shí)施方案中<8%。本發(fā)明的玻璃的波長(zhǎng)范圍窄，為490-565nm，優(yōu)選545-565nm。
本發(fā)明玻璃顯示下列CIELAB顏色參數(shù)a＊=-5±5;b＊=0±10;L＊＝50±10。
鎳(氧化鎳)的存在對(duì)于本發(fā)明的組成而言是基本的。在穩(wěn)態(tài)操作的常規(guī)浮法池窯是與一定水平的鐵平衡的。此鐵的水平取決于玻璃中鐵的總量，火焰的氧化還原等。在優(yōu)選的總鐵水平下，浮法池窯的“平衡”亞鐵值是如此，以致必須加入氧化鎳以實(shí)現(xiàn)所需的全太陽(yáng)能透過率和預(yù)定的明暗度系數(shù)。
在此平衡鐵值時(shí)代替使用氧化鎳的方法是加還原劑，例如碳，到批料中，以增加亞鐵值，以此來降低全太陽(yáng)能透過率。但這不合要求，因?yàn)檫@會(huì)冒著玻璃由于高含量的鐵-鐵結(jié)合而由硫化鐵著色(形成琥珀玻璃)的危險(xiǎn)。
蘇打-石灰-氧化硅玻璃的基本特征是按全玻璃的重量百分?jǐn)?shù)計(jì)具有如下組成SiO268-75%Na2O 10-18%CaO 5-15%MgO 0-5%Al2O30-5%K2O 0-5%其它次要組分，包括熔融和精煉助劑如SO3，也可含于此玻璃組成中。少量BaO和B2O3有時(shí)也已包括在平板玻璃中，并可考慮是可加可不加的。向此基本玻璃中加入上述本發(fā)明的著色組份。
此玻璃不同于那些具體提到的，是基本不含著色劑的，除了這些可以作為雜質(zhì)存在的任何痕量著色劑外。本發(fā)明的玻璃可以在常規(guī)池窯型熔窯中連續(xù)熔煉，并可由浮法形成不同厚度的平板玻璃(當(dāng)假定其為板形時(shí))，在浮法中熔融玻璃支持于熔融金屬池，如錫池之上，并被冷卻。
實(shí)例1-6都是本發(fā)明滿意的實(shí)施方案，顯示出合意的中性灰綠色外觀，并可提供大為降低的太陽(yáng)能透過率以及極為理想的明暗度系數(shù)(明暗度系數(shù)是從Lawrence Berkely Laboratories′Window3.1軟件程序計(jì)算出，該程序以室外溫度32℃(89°F)、室內(nèi)溫度24℃(75°F)，太陽(yáng)光強(qiáng)度248Btu/hr·ft2，(789W/m2)，及7.5mph(12kph)的風(fēng)為基礎(chǔ)的)。因此，在所有這些實(shí)例中，在參考厚度4mm時(shí)，光透射率(“IllA”)均小于20%。每個(gè)實(shí)例中全太陽(yáng)能透過率(“TS”)均小于18%，并在所有情況下小于光透射率。紫外輻射透射率在每個(gè)實(shí)例中均極低，無一超過13%。每例中的明暗度系數(shù)在所有場(chǎng)合不超過0.47。

實(shí)例6的批料混合物是
＊假定10%的Se保留。
由浮法生產(chǎn)的玻璃典型厚度范圍為約2-10mm。對(duì)于本發(fā)明優(yōu)選的太陽(yáng)能輻射控制特點(diǎn)，為得到這里所述的透射率性質(zhì)，優(yōu)選玻璃厚度范圍3-5mm。
正如本領(lǐng)域中的技術(shù)人員所知，在不偏離權(quán)利要求所規(guī)定的本發(fā)明的范圍情況下，還可以做出許多變化。
權(quán)利要求
1.一種包括如下基本組成的中性色彩蘇打-石灰-氧化硅玻璃約1.3-2重量(wt)%Fe2O3(總鐵)、0.01-0.05wt%NiO、0.02-0.04wt%Co3O4和0.0002-0.003wt%Se，并具有18-30%的亞鐵值；該玻璃具有≤0.53的明暗度系數(shù)。
2.權(quán)利要求1的玻璃，它具有由如下CIELAB體系規(guī)定的顏色參數(shù)a＊=-5±5、b＊=0±10、L＊=50±10。
3.權(quán)利要求1的玻璃，它具有由如下CIELAB體系規(guī)定的顏色參數(shù)a＊=-4±3、b＊=+4±1、L＊=50±5。
4.權(quán)利要求1的玻璃，它具有由如下的主要波長(zhǎng)范圍為490-565nm，色純度小于10。
5.權(quán)利要求1的玻璃，它具有由如下的主要波長(zhǎng)范圍為545-565nm，色純度小于8。
6.一種包括如下基本組分的中性色彩蘇打-石灰-氧化硅玻璃組合物約1.3-2wt% Fe2O3(總鐵)、0.01-0.05wt% NiO、0.02-0.04wt% Co3O4和0.0002-0.003wt%Se，并具有18-30%的亞鐵值;該玻璃在名義厚度4mm時(shí)，具有≤25%的可見光透射率，≤25%全太陽(yáng)能透過率和≤15%的紫外輻射透射率。
7.權(quán)利要求6的玻璃組合物，其中Fe2O3(總鐵)的重量百分?jǐn)?shù)范圍為1.3-1.6%。
8.權(quán)利要求6的玻璃組合物，其中NiO的范圍為0.0225-0.0285wt%。
9.權(quán)利要求6的玻璃組合物，其中Co3O4的范圍為0.020-0.026wt%。
10.權(quán)利要求6的玻璃組合物，其中Se的范圍為0.0010-0.0020wt%。
11.權(quán)利要求6的玻璃組合物，其中亞鐵值范圍為約19-約28%。
12.權(quán)利要求11的玻璃組合物，其中亞鐵值范圍為約20-約24%。
13.權(quán)利要求6的玻璃組合物，它具有由下列CIELAB體系規(guī)定的顏色參數(shù)a＊=-5±5、b＊=0±10、L＊=50±5。
14.權(quán)利要求6的玻璃組合物，它具有的明暗度系數(shù)≤0.53。
15.一種包括如下基本組分的中性色彩蘇打-石灰-氧化硅玻璃組合物約1.3-2wt% Fe2O3(總鐵)、0.01-0.05wt% NiO、0.02-0.04wt% Co3O4和0.0002-0.003wt%Se，并具有18-30%的亞鐵值;該玻璃在名義厚度4mm時(shí)，具有≤20%的可見光透射率，≤18%全太陽(yáng)能透過率，并在任何情況下不超過可見光透射率，和≤15%的紫外輻射透射率。
16.權(quán)利要求15的玻璃，它具有的明暗度系數(shù)≤0.53。
17.權(quán)利要求16的玻璃，它具有的明暗度系數(shù)≤0.46。
18.一種包括如下基本組分的中性色彩蘇打-石灰-氧化硅玻璃組合物約1.3-1.6wt% Fe2O3(總鐵)、0.0225-0.0285wt% NiO、0.02-0.026wt% Co3O4和0.0010-0.0020wt%Se，并具有18-30%的亞鐵值;該玻璃在名義厚度4mm時(shí)，具有≤25%的可見光透射率，≤25%全太陽(yáng)能透過率和≤15%的紫外輻射透射率。
19.權(quán)利要求18的玻璃，它具有亞鐵值范圍為20-24。
20.權(quán)利要求19的玻璃，它具有≤20%的可見光透射率，≤18%全太陽(yáng)能透過率，并在任何情況下不超過可見光透射率，和≤15%的紫外輻射透射率。
21.權(quán)利要求18的玻璃，它具有的明暗度系數(shù)為≤0.46。
22.權(quán)利要求18的玻璃，它具有的主要波長(zhǎng)范圍為545-565nm，色純度≤8。
23.權(quán)利要求18的玻璃，它具有由下列CIELAB體系規(guī)定的顏色參數(shù)a＊=-4±3、b＊=+4±1、L＊=50±5。
24.權(quán)利要求23的玻璃，它具有由下列CIELAB體系規(guī)定的顏色參數(shù)a＊=-4、b＊=+3、L＊=48±2。
全文摘要
一種加入下列著色劑組分(以重量％)使太陽(yáng)能透過率降低的中性、灰綠色、一般透過率低的蘇打-石灰-氧化硅玻璃(不超過25％的透射率)Fe
文檔編號(hào)C03C4/08GK1109684SQ94190267
公開日1995年10月4日 申請(qǐng)日期1994年5月3日 優(yōu)先權(quán)日1993年5月5日
發(fā)明者R·G·貝克, P·L·希格比, K·M·菲利斯 申請(qǐng)人:利比-歐文斯-福特公司, 皮爾金頓公開有限公司