SUBSTRATO DE VIDRO REVESTIDO E ARTIGO DE VIDRO REVESTIDO
A presente invenção refere-se a vidro revestido, e refere-se em particular a artigos de vidro revestido, de controle solar, com propriedades de reflexão da luz visivel.
São vulgarmente utilizados revestimentos em vidros
usados em aplicações arquitetônicas para proporcionarem aos mesmos propriedades especificas de absorção de energia e transmitância de luz. Adicionalmente, os revestimentos proporcionam propriedades refletivas ou espectrais desejadas que são esteticamente agradáveis. Os artigos revestidos são freqüentemente utilizados singularmente ou em combinação com outros artigos revestidos para formação de uma vidraça ou unidade de janela.
Os artigos de vidro revestido são tipicamente produzidos "em-linha" mediante um revestimento continuo de um substrato de vidro durante a fabricação deste último, em um processo conhecido na técnica como o "processo de vidro flutuante" (float glass process). Adicionalmente, os artigos de vidro revestido são produzidos "fora-de-linha" mediante utilização de um processo de deposição catódica ("sputtering") O primeiro processo envolve a fundição do vidro sobre um banho de estanho derretido que se encontra adequadamente contido em um espaço fechado, subseqüentemente transferindo-se o vidro, após o mesmo ter arrefecido suficientemente, para rolos de extração que se encontram em alinhamento com o banho, e finalmente resfriando-se o vidro à medida que o mesmo avança através dos rolos, inicialmente através de uma câmara de recozimento ("lehr"), e em seguida mediante exposição à temperatura ambiente. É mantida uma atmosfera não oxidante na parte de flutuação do processo, enquanto o vidro está em contato com o banho de estanho
derretido, para impedir a oxidação do estanho. É mantida uma atmosfera oxidante na câmara de recozimento. Em geral, os revestimentos são aplicados sobre o substrato de vidro no banho de flutuação do processo de banho de flutuação.
Entretanto, os revestimentos podem igualmente ser aplicados sobre o substrato no interior da câmara de recozimento.
Os atributos do substrato de vidro revestido resultante dependem dos revestimentos específicos aplicados durante o processo de flutuação do vidro ou de um processo de deposição catódica ("sputtering") fora-de-linha. As
composições e espessuras de revestimentos proporcionam propriedades de absorção de energia e de transmitância de luz no interior do artigo revestido, e afetam simultaneamente as propriedades espectrais. Podem ser obtidos atributos desejados mediante ajuste das composições ou das espessuras da camada ou camadas de revestimento. Entretanto, os ajustes para enfatização de uma propriedade específica podem afetar adversamente outras propriedades de transmitância ou espectrais do artigo de vidro revestido. A obtenção de propriedades espectrais desejadas é muitas vezes difícil
quando se tenta combinar propriedades específicas de absorção de energia e de transmitância de luz em um artigo de vidro revestido.
Existe uma demanda crescente de vidros para controle solar, particularmente de vidros de controle solar de alto desempenho que apresentam uma coloração neutra tanto em reflexão quanto em transmissão. A expressão vidros de controle solar de "alto desempenho" significa vidros que transmitem uma porcentagem significativamente mais elevada de luz incidente relativamente à energia de radiação incidente total (calor solar total).
Seria vantajoso prover uma camada de revestimento para um artigo de vidro que seja por si mesmo de cor neutra, de tal forma que para o artigo de vidro revestido, a cor refletida do lado do filme seja neutra, e a cor transmitida permaneça substancialmente inalterada relativamente à cor da base de vidro selecionada. Uma vidraça de controle solar refletora de luz visivel com baixa emitância e baixo coeficiente de ganho de calor solar permitiria obter uma melhoria significativa em termos de custos energéticos em edifícios e residências, proporcionando simultaneamente uma cor neutra desejável, pelo menos para a luz refletida do lado revestido. A característica de baixa emitância da vidraça minimizaria qualquer ganho térmico indireto por absorção.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
De acordo com a invenção, é provido um artigo de controle solar refletor de luz visível compreendendo um
substrato de vidro, um primeiro revestimento depositado sobre o substrato de vidro e um segundo revestimento depositado sobre o primeiro revestimento. 0 primeiro revestimento é compreendido por um óxido de metal dopado, e em uma configuração particularmente preferencial compreende óxido de estanho dopado com flúor. 0 primeiro revestimento proporciona a característica de baixa emissividade do artigo de vidro revestido.
O segundo revestimento é compreendido por um óxido metálico transparente com um índice de refração maior que o índice de refração do primeiro revestimento. A adição do segundo revestimento aumenta a refletância de luz visível do artigo de vidro revestido, de tal forma que o artigo de vidro revestido resultante apresenta um valor de refletância do lado revestido Rf > 15% e uma emissividade menor que ou igual a cerca de 0,3.
Preferencialmente, o artigo de vidro revestido inclui uma camada intermediária supressora de iridescência depositada entre o substrato de vidro e a primeira camada do óxido de metal dopado. Os revestimentos proporcionam uma cor neutra em refletância e transmitância quando aplicados a um substrato de vidro incolor transparente.
DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
As vantagens da invenção irão tornar-se prontamente aparentes para aqueles que são versados na técnica com base na descrição detalhada que se encontra a seguir de uma
configuração preferencial, considerada à luz dos desenhos em anexo, nos quais:
a Figura 1 é uma vista em corte através de um artigo de vidro revestido de acordo com uma configuração da invenção.
A Figura 2 é uma vista em corte através de um artigo de vidro revestido de acordo com uma segunda configuração preferencial da invenção.
A Figura 3 é uma vista em corte através de uma unidade de vidraça dupla que incorpora um artigo de vidro revestido conforme ilustrado na Figura 1.
DESCRIÇÃO DETALHADA DAS CONFIGURAÇÕES PREFERENCIAIS
Fazendo referência à Figura 1, um artigo 1 de vidro revestido de controle solar, refletor de luz visível, compreende um substrato de vidro 11 e um revestimento 12 de múltiplas camadas incluindo uma camada de baixa emissividade 14 e uma camada refletora 13.
A configuração ilustrada na Figura 2 é similar à configuração da Figura 1, com um artigo de vidro revestido 2 compreendendo um substrato de vidro 21 e um revestimento 22 de múltiplas camadas. Entretanto, o revestimento 22 difere do revestimento 21 no fato de compreender, em adição à camada 24 de baixa emissividade e à camada refletora 23, uma camada inferior 25 supressora de iridescência, conforme é adicionalmente discutido mais abaixo.
A Figura 3 ilustra a chapa de vidro revestido 1 da
Figura 1 montada em uma relação de afastamento em paralelo relativamente a uma segunda chapa de material de vidraçaria 31, tipicamente formada de vidro "float" (obtido através do processo de flutuação) transparente incolor, com as chapas sendo afastadas entre si e vedadas uma com a outra por um sistema de espaçamento e vedação 32, formando a unidade 3 de vidraça dupla incluindo o espaço 33 preenchido com ar. 0 revestimento 12 fica voltado de face para o espaço 33 preenchido com ar da unidade, com o revestimento disposto de face para o lado interno do espaço envidraçado (habitualmente, mas não necessariamente, um edifício). A segunda chapa de material de vidraçaria 31 pode, em certas configurações preferenciais, ser provida com uma camada de baixa emissividade (não ilustrada) voltada de face para o espaço 33 preenchido com ar.
Os substratos de vidro adequados para utilização na preparação do artigo de vidro revestido de acordo com a presente invenção podem incluir qualquer uma das composições convencionais de vidro conhecidas na técnica como sendo úteis para preparação de vidraças para aplicações arquitetônicas. 0 substrato preferencial consiste em uma tira de vidro "float" matizado em que os revestimentos de acordo com a presente invenção são aplicados na zona aquecida do processo de flutuação de vidro. Adicionalmente, os substratos de vidro transparente incolor podem ser adequados para aplicação da disposição de revestimento de múltiplas camadas de acordo com a invenção. Entretanto, os substratos de vidro matizado são particularmente preferenciais devido a sua influência nas propriedades espectrais e de transmitância de energia do artigo de vidro revestido.
A camada de baixa emissividade é uma camada formada de um composto metálico, normalmente um óxido metálico (na medida em que outros compostos de baixa emissividade tais como nitretos metálicos e silicietos metálicos tendem a apresentar baixas taxas de transmissão de luz), e um semicondutor transparente, por exemplo, um óxido dopado de indio, estanho ou zinco. Os materiais preferenciais incluem óxido de índio dopado com estanho e óxido de estanho dopado com flúor, em que é particularmente preferencial o óxido de estanho dopado com flúor. A camada de baixa emissividade terá normalmente uma espessura na faixa de 1000 Ã até 6000 Â (na medida em que o uso de uma camada mais espessa produzirá provavelmente como resultado uma redução desnecessária de transmissão de luz sem a compensação proporcionada por uma redução suficiente de emissividade), particularmente uma espessura na faixa de 2000 Â até 5000 Â. A camada de baixa emissividade produz uma emissividade abaixo de 0,3 (os valores numéricos de emissividade referidos nesta descrição e nas reivindicações em anexo são valores de emissividade hemisférica (Eh)), muito embora seja preferencial a utilização de uma camada de baixa emissividade que proporcione uma emissividade de 0,2 ou menos.
A camada refletora é depositada sobre a camada de baixa emissividade no artigo de vidro revestido de acordo com a invenção. A camada refletora tem um índice de refração no espectro visível que é maior que o índice de refração da camada de baixa emissividade. 0 índice de refração da camada refletora será geralmente acima de ou igual a cerca de 2,0. A camada refletora é normalmente uma camada de um óxido metálico transparente, tal como os óxidos de titânio, zircônio ou cromo. Um óxido de titânio é um material particularmente preferencial para formação da camada refletora do artigo de vidro revestido.
Os revestimentos de óxido de titânio formados por deposição química por vapor em condições de pressão
atmosférica, tais como aqueles que se encontram descritos na patente norte-americana n° 6.238.738, que é aqui incorporada a título de referência, são conhecidos por suas propriedades fotocatalíticas e hidrofílicas. Assim, o uso do revestimento laminado de acordo com a invenção sobre uma superfície voltada para o lado externo de uma vidraça terá como resultado as assim designadas propriedades de "auto-limpeza". Como é evidente, o uso do revestimento laminado de acordo com a invenção sobre a superfície voltada para fora de um vidro isolado terá um efeito negativo nas propriedades de controle solar relativamente ao uso do mesmo revestimento laminado sobre uma superfície não exposta de uma chapa de uma unidade de vidro isolante.
A utilização de filmes finos, tal como ocorre na presente invenção, pode ter como resultado a aparição de
colorações de interferência e iridescência. Para evitar, ou pelo menos atenuar, a presença de cores indesejáveis resultantes de efeitos de interferência, poderá ser aplicada ao vidro uma camada subjacente (que poderá consistir em uma combinação de sub-camadas) de supressão cromática, anteriormente à deposição das camadas de baixa emissividade e de reflexão. Os revestimentos supressores de iridescência são convencionalmente conhecidos na técnica. Por exemplo, as patentes norte-americanas n° 4.187.336, n° 4.419.386 e n° 4.206.252, que são aqui incorporadas a titulo de referência, descrevem técnicas de revestimento adequadas para supressão de interferências cromáticas. A camada intermediária da presente invenção pode compreender um único revestimento supressor de iridescência, um revestimento de duas camadas, ou um revestimento de gradiente. Assim, de acordo com um aspecto preferencial da invenção, uma camada ou camadas de supressão de iridescência é/são incorporada(s) sob o revestimento compreendendo uma camada de baixa emissividade e uma camada refletora.
As camadas de baixa emissividade e refletora de acordo com a presente invenção podem ser depositadas mediante utilização de técnicas conhecidas, por exemplo por deposição catódica ("sputtering"), incluindo deposição catódica reativa ("reactive sputtering"), ou por deposição química por vapor.
De fato, uma importante vantagem da invenção reside no fato de ambas as camadas acima serem suscetíveis de deposição por técnicas de deposição química por vapor, estabelecendo a possibilidade de aplicar o revestimento à tira de vidro quente durante o processo de produção do vidro. São descritos métodos de deposição de óxidos metálicos mediante deposição química por vapor, por exemplo, nas patentes norte-americanas n° 5.698.262, n° 5.773.086 e n° 6.238.738, que são aqui incorporadas individualmente a título de referência.
A invenção é ilustrada, porém não é limitada, pelos exemplos a seguir. Nos Exemplo, tal como no restante da descrição e nas reivindicações, Tvis representa a transmissão de luz visível medida com uso de Iluminante C em um espectrofotômetro Perkin-Elmer Lambda 19. Os valores relatados de transmissões de energia térmica solar total (Total Solar Heat Transmissions - Tsol) são determinados por ponderação com uma função de irradiância espectral solar (ASTM E891-87) que representa a radiação normal direta incidente sobre uma superfície (massa de ar 1,5). Rg e Rf são as refletâncias de luz visível total medidas dos lados do vidro e do filme, respectivamente. Estas refletâncias foram medidas com utilização de um espectrofotômetro Colorsphere disponibilizado pela empresa BYK Gardner Scientific. SHGC é o coeficiente de ganho térmico solar e SC é o coeficiente de atenuação de sombra. Os valores U de inverno e valores U de verão são respectivamente assinalados como Uwin e Usum. O valor U é expresso em Btu/hr./ft2 /0F ou W/m2/°C, e refere-se a medição de ganho ou perda de calor através da janela de vidro devido a diferenças de ambiente entre o ar interno e externo. A cor da luz transmitida e refletida do lado do filme dos artigos de vidro revestido é medida de acordo com as coordenadas a* e b* da escala cromática CIELAB.
Exemplos 1-3
Os laminados de revestimento de múltiplas camadas dos Exemplos 1-3 foram depositados por deposição química por vapor sobre uma tira de vidro "float" transparente e incolor durante o processo de produção do vidro "float". O vidro tinha 3-3,2 mm de espessura. Uma camada de supressão de iridescência foi depositada em primeiro lugar sobre a superfície do substrato de vidro na zona aquecida de um processo de produção de vidro "float". A camada de supressão de iridescência incluiu um revestimento de óxido de estanho depositado sobre o substrato de vidro e aderido ao mesmo. O óxido de estanho foi aplicado por deposição química por vapor na zona aquecida do processo de produção de vidro "float" mediante introdução de dimetil estanho dicloreto em uma atmosfera oxidante sobre a superfície do substrato. Foi então aplicado um revestimento de dióxido de silício sobre a superfície do revestimento de óxido de estanho mediante reação de silano, em presença de oxigênio e etileno, na proximidade da superfície do substrato na zona aquecida do processo de flutuação.
Um revestimento de óxido de estanho dopado com flúor foi depositado sobre a superfície do revestimento de dióxido de silício. O revestimento de óxido de estanho dopado com flúor foi depositado por deposição química por vapor na zona aquecida do processo de flutuação do vidro mediante introdução de dimetil estanho dicloreto, água e fluoreto de hidrogênio em uma atmosfera oxidante sobre a superfície do substrato.
Um revestimento de dióxido de titânio foi depositado sobre a superfície do revestimento de óxido de estanho dopado com flúor. 0 revestimento de dióxido de
titânio foi igualmente depositado por deposição química por vapor na zona aquecida do processo de flutuação do vidro mediante introdução de tetracloreto de titânio e uma fonte de oxigênio orgânico sobre a superfície do substrato, conforme se encontra descrito na patente norte-americana n° 6.238.738.
As espessuras de camadas expressas em Angstroms, medidas opticamente, e as propriedades dos artigos de vidro revestido resultantes, encontram-se ilustradas abaixo na Tabela 1. Em cada caso, a difusão da luz ("haze") foi inferior a 1,0%.
Tabela 1
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Exemplos 4-15
Um artigo de vidro revestido foi produzido de acordo com os Exemplos 1-3 com as seguintes espessuras de camadas: 271 Â de SnO2, 172 Â de SiO2, 2100 Â de SnO2: F, e 300 Ã de TiO2. 0 valor de Eh da amostra foi medido como sendo 0,22. Foram então calculadas as propriedades para este laminado de revestimentos sobre diversos substratos de vidro, transparentes e incolores e com uma variedade de colorações, com uma espessura de 0.635 cm {H de polegada). Estes exemplos foram numerados de 4 até 9 e encontram-se ilustrados abaixo na Tabela 2.
Foram também calculadas propriedades para os mesmos artigos de vidro revestido dos Exemplos 4-9 quando utilizado como componente externo de uma unidade de vidro isolante com o laminado de revestimento voltado de face para o interior da estrutura. Uma chapa de vidro
transparente incolor de 0.635 cm {H de polegada) de espessura foi utilizada como o componente interno da unidade de vidro isolante, e foi posicionada a uma distância de 0.635 cm (H de polegada)do artigo revestido. Estes exemplos foram numerados 10-15 e encontram-se ilustrados abaixo na Tabela 3.
Tabela 2 (Estrutura Monolítica)
<table>table see original document page 14</column></row><table> Tabela 3 (Unidade de VI)
<table>table see original document page 15</column></row><table>
Os vidros usados nos exemplos acima são todos comercialmente disponibilizados pela empresa Pilkington North America, Inc. de Toledo, Ohio, E.U.A.. Os exemplos 4 e 10 em vidro transparente incolor; os exemplos 5 e 11 são em vidro azul comercializado com a marca Arctic Blue™; os exemplos 6 e 12 são em vidro verde-azulado; os exemplos 7 e 13 são em vidro com tom de bronze; os exemplos 8 e 14 são em um vidro verde comercializado com a marca Evergreen™; e os exemplo 9 e 15 são em vidro de tom cinza.
Os revestimentos da presente invenção proporcionam vantagens significativas sobre a técnica anterior. Sendo adequados para produção por métodos piroliticos (que têm o beneficio adicional de se prestarem a aplicações de produção em-linha) eles podem ser obtidos em forma muito durável, reduzindo a necessidade de cuidados especiais no manuseio e processamento e abrindo a possibilidade de utilização dos revestimentos em vidraças simples sem necessidade de proteção dos mesmos no interior de unidades de vidraças múltiplas. Além disso pode ser obtido um excelente desempenho, com artigos de vidro revestido possuindo uma emissividade menor que ou igual a cerca de 0,3 e preferencialmente menor que ou igual a cerca de 0,2, e um valor de Rf de 15% ou mais, preferencialmente 18% ou mais, e mais preferencialmente ainda, 20% ou mais. Quando depositados sobre um vidro matizado adequado, os resultantes artigos de vidro revestido apresentam um valor de SHGC de 0,5 ou menos, preferencialmente 0,45 ou menos.
Os vidros revestidos preferenciais de acordo com a presente invenção são vidros em que o revestimento apresenta reflexão (quando observado do lado revestido) e transmissão (quando aplicado em vidro "float" transparente incolor) de cores de tal forma que (a*2 + b*2)1/2 é menor que 12, particularmente menor que 10. Em configurações particularmente preferenciais, as cores de reflexão e transmissão apresentam-se individualmente de tal forma que (a*2 + b*2)1/2 é menor que 7.