CN101164941A - 灰色玻璃 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种灰色玻璃，涉及着色玻璃组合物，在含有SiO2、Na2O、CaO、MgO、Al2O3的普通钠钙硅基础玻璃成分中添加着色剂，着色剂的组成是：Fe2O3的含量是1.1－1.3％，Se的含量为20－40PPM，Cr2O3的含量是250－350PPM，CoO的含量在170－209PPM之间，TiO2的含量为650－800PPM。这种玻璃在制成5mm名义厚度的玻璃板时，可见光透过率在8－16％的范围内，紫外线透射率不超过4％，总太阳能透射率不超过16％，红外线透过率不超过14％。本发明灰色玻璃有利于降低空间内的热量增加，减少紫外线辐射，避免紫外线对人体皮肤的灼伤以及避免空间内装饰材料的老化。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种着色玻璃组合物。
【背景技术】
玻璃因为它的高可见光透射率，得到了广泛的应用。但是由于可见光透过玻璃的同时，红外线和紫外线也会透过玻璃，这两种光线经常会产生负面的影响：红外线的热作用会让玻璃内空间的空调增大负荷；紫外线会加速有机物品的老化，臭氧空洞的出现也使人们不能过多地照射紫外线以免在健康方面产生不利影响。在有些场合，人们希望得到外界的光线，但是不希望太多，因为安装玻璃的空间之外的眼睛会看见空间内的景象，特别是在人们高度注重个人隐私的今天，低可见光透射率的玻璃可以满足这类要求。灰色是一种大方庄重的颜色，具有阻挡紫外线和红外线功能、可见光透射率低的灰色玻璃受到了人们的欢迎，现在已经广泛地应用于建筑和车辆上。
在本领域已经知道，着色玻璃均使用普通玻璃组分作为基体，普通玻璃的组分中SiO2的范围是64-80％、Na2O的范围是10-20％、CaO的范围是5-15％、MgO的范围是0-10、Al2O3的范围是0-5％。美国专利US RE37514中介绍了一种灰色玻璃，使用普通的纳钙硅玻璃组分作为基体，使用Fe、Co、Se、Ti、Cr作为着色剂。在CIE A光源下检测，该灰色玻璃的5mm厚度的玻璃板的太阳能透过率小于20％，可见光透射率小于20％，紫外线透射率小于10％。该发明的发明人认为氧化钴CoO的含量不能低于0.021％的重量，否则可见光的透射率将会太高。这种论断是存在科学偏见的，使用低于0.021％的氧化钴CoO也可以实现较低的可见光透射率。美国再颁专利USRE25312中采用氧化镍NiO做着色剂在玻璃生产中产生灰色，但镍Ni在熔化过程有可能导致形成硫化镍NiS存在于玻璃中，对玻璃进行热处理后，硫化镍NiS容易导致玻璃自爆。美国专利US 6080695中公开了一种使用氧化铜CuO作为着色剂的低透光中性灰色玻璃，而氧化铜CuO的存在，容易导致玻璃在热处理时出现颜色变化(虹彩)。
【发明内容】
本发明的目的是克服上述缺陷，提供一种具有低可见光透光率、低紫外线透射率、低总太阳能透射率和低红外线透过率的灰色玻璃。
本发明的技术方案是，一种灰色玻璃，包括基础玻璃成分和着色剂，它们的量用相对于灰色玻璃总重的重量表示，基础玻璃成分包括：SiO2、Na2O、CaO、MgO、Al2O3，其特征在于：所述基础玻璃成分为98.55％-98.9％；
所述着色剂的组成是：
Fe2O3 1.1-1.3％
Se 20-40PPM
Cr2O3 250-350PPM
CoO 170-209PPM
TiO2 650-800PPM
所述的基础玻璃包括如下用相对于灰色玻璃总重的重量来表示的各成分：
SiO2 69-74％
Na2O 12-15％
CaO 8-10％
MgO 1-5％
Al2O3 0-1％。
本发明的优点是此灰色玻璃可以通过普通平板玻璃同样的方法制造，在制成5mm名义厚度的玻璃板时，可见光透光率范围是8-16％，紫外线透射率范围是1-4％，总太阳能透射率范围是10-16％，红外线透过率范围是10-14％。
此外本发明灰色玻璃具有低可见光透过率，尤其是降低紫外线和红外线的透过率，从而减少总太阳能的透过率，有利于防止空间内部设备降解，降低空间内的热量增加，减少紫外线辐射，可以避免紫外线对人体皮肤的灼伤以及避免空间内装饰材料的老化。
【具体实施方式】
本发明中基础玻璃成分和着色剂中铁的含量分别使用该成分在灰色玻璃组合物中的重量百分比(％)来表示，着色剂中其他成分的含量分别使用该成分在灰色玻璃组合物中重量的百万分之一(PPM)来表示；使用Fe2O3的含量来表示灰色玻璃组合物中总铁的含量，但是并不表明在灰色玻璃组合物中铁都以Fe2O3的形态存在。
本发明灰色玻璃包括基础玻璃成分和着色剂。
本发明灰色玻璃的基础玻璃使用普通钠钙硅玻璃的组成，以下组分的含量是按照相对于灰色玻璃总重的重量百分比来表示，比如具有下列组成范围的工业化钠钙硅玻璃：
SiO2 69-74％
Na2O 12-15％
CaO 8-10％
MgO 1-5％
Al2O3 0-1％
基础成分中SiO2是玻璃的主要成分，其含量需要控制在一个合适的范围内，过高会导致配合料难以熔化，过低会影响玻璃的耐水解性能。Na2O具有帮助配合料熔化的性能。CaO和MgO会影响到熔化玻璃液的黏度。Al2O3的含量则会影响玻璃的耐候性，但是Al2O3在配合料中熔化难度较大，因此本发明中使用较低的量。
本发明灰色玻璃中没有故意添加K2O，由于K2O与Na2O性质相近，在玻璃中的作用也类似，也可以添加部分K2O到基础组分中，但是出于成本考虑，一般不会太高，比如添加0-5％的量。
本发明灰色玻璃中的着色剂有两方面的作用：着色和光线控制。玻璃中常用的着色剂有Fe、Co、Se、Ti、Cr、Ni、等，但是由于含有Ni的玻璃在钢化后容易自爆，因此，本发明灰色玻璃组合物中的着色剂不使用Ni。
Fe在玻璃中两种价态，二价和三价，根据氧化态的不同比例在玻璃中形成蓝色和黄色。氧化态比例可以通过碳粉的氧化还原作用以及控制熔化过程中的氧化还原气氛来取得。为了获得所需要的颜色，需要控制二价铁(FeO)的量。二价铁在玻璃中具有很强的红外线吸收能力，产生蓝色，三价铁在玻璃中具有很强的紫外线吸收能力，产生黄色。使用氧化还原系数(Redox)来表示FeO占总铁的比例。
钴是很稳定很强的蓝色着色剂，可以降低光线的透过率，在生产灰色玻璃时一般和硒、铁一起使用。US RE37514的发明的发明人认为CoO的含量不能低于0.021％的重量，否则可见光的透射率将会太高，但是本发明的发明人通过试验发现这一结论是不准确的，本发明中使用低于0.021％的CoO，通过调整各种组分配比，实现了较低的可见光透射率。
硒在玻璃中形成粉红色，但当硒与铁混合时呈褐色，与铁铬合形成硒化铁时则呈很强的铜色。硒在玻璃中对红外线和紫外线具有吸收作用。硒不稳定，易挥发，在玻璃中的量是最初配合料中含量的15-20％。
铬的三价是黄绿色的着色剂，呈现绿琥珀色，紫外线吸收能力很强。
钛在玻璃中显黄色，用于降低紫外线透过率。钛作为着色剂，它是一种紫外线辐射吸收剂，能使玻璃组合物呈黄色，钛在二价铁和三价铁氧化物和钴以及硒和铬的含量之间需要达到一个适当的平衡，这样着色剂所各自产生的颜色混合叠加，从而获得具有所需光谱性能的灰色玻璃。
本发明的发明人根据灰色玻璃中各种成分的百分比选择各种矿物或者化学原料配制配合料，向熔窑投入硅砂、纯碱、白云石、石灰石、芒硝、氧化钴、硒、铬铁矿、硝酸钠、氧化钛、氧化铁、碳粉，其中的硝酸钠为氧化剂、碳粉为还原剂，两者起到氧化还原作用，用量根据氧化还原系数进行调整；芒硝具有澄清作用；氧化钴、硒、铬铁矿、氧化钛、氧化铁则是起到着色作用。
由于FeO的含量对玻璃的颜色和光学性能影响较大，因此必须控制氧化还原系数(Redox)，本发明中将Redox控制在0.3以下，更具体地，优选控制在0.19-0.27。
本发明灰色玻璃可以使用普通平板玻璃同样的方法制造。将根据最终灰色玻璃中各种成分的百分比所选择的各种矿物或者化学原料配制而成的配合料，投入到熔窑中经过至少1500℃高温熔化，将配合料熔化成玻璃液，再冷却到1200℃以下，然后成型成所需要的形状和厚度，比如通过浮法锡槽成型成所需宽度和厚度的玻璃带，厚度范围通常在1.5-19mm，然后退火、冷却到常温，切割成所需尺寸的玻璃板。得到的灰色玻璃板还可以进一步加工，比如制造成钢化或者夹层玻璃等。
由于原料中的杂质，或者根据生产需要在熔化时添加了其他少量辅助成分比如澄清剂芒硝，或者在成型时跟玻璃表面的接触而引入了成型介质，玻璃中可能含有少量的其他未提及的组分，一般这些组分控制在1％以下。
下表1中给出了本发明灰色玻璃的各个具体实施例的着色剂成分组合，其基体组分采用如下用相对于灰色玻璃总重的重量来表示的各成分来组成：
SiO2 72.0％
Na2O 13.8％
CaO 9.0％
MgO 3.4％
Al2O3 0.3％
表中的着色剂在跟基体组分结合时，根据着色剂的不同用量相应调整SiO2的用量。
表1中给出的试验数据均以5mm名义厚度的玻璃板为基础，实际厚度在4.9mm左右。采用CIE A标准照明在380～780nm范围内以10nm的间隔测量可见光透光率(Lta)。在280～380nm波长范围内以5nm的间隔测量紫外线透射率(Tsuv)。在800～2100nm范围以50nm的间隔测量红外线透过率(Tsir)。总太阳能透射率(Tset)代表一个计算值，该计算值以在300～2500nm波长范围内以50nm的间隔测得的透光率数值为基础。颜色指数L*，a*，b*是依据“1976 CIE，D65照明体，观察角10度”的标准进行计算的，其中：L*为明度指数，在视觉上近似均匀的三维色空间中，表示物体明度的坐标；a*、b*为色品指数，在视觉上近似均匀的三维色空间中，表示物体色或光源色的色品坐标。
参照表1，本发明使用标准的钠钙硅玻璃作为基础成分和铁、硒、铬、钴、钛作为着色剂提供了一种灰色玻璃，所述的灰色玻璃的透光率(Lta)大于8％，最高16％。在表1所列出的实施例中，所述灰色玻璃组合物着色剂的组成为1.1-1.3％重量的Fe2O3，优选地为1.1-1.2％；170-209PPM的CoO；650-680PPM的TiO2，优选地为670-780PPM的TiO2，更优选地为689-761 PPM的TiO2；250-350PPM的Cr2O3，优选地为255-345PPM的Cr2O3，更优选地为263-340PPM的Cr2O3；20-40PPM的Se，优选地为22-38PPM的Se。
在表1所列出的实施例中，所述灰色玻璃的氧化还原系数(Redox)保持在0.3以下，优选在0.19-0.27之间，更优选在0.194-0.261之间。所述灰色玻璃还具有不大于4％的Tsuv；不大于16％，优选不大于15％的Tset；不大于14％，优选不大于12.5％的Tsir。
表1
| 实施例 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| Fe2O3(％) | 1.231 | 1.228 | 1.272 | 1.248 | 1.235 | 1.222 | 1.216 | 1.205 |
| FeO(％) | 0.239 | 0.258 | 0.261 | 0.262 | 0.265 | 0.266 | 0.266 | 0.265 |
| Redox | 0.195 | 0.209 | 0.205 | 0.210 | 0.215 | 0.218 | 0.219 | 0.220 |
| CoO(PPM) | 194 | 208 | 209 | 207 | 206 | 203 | 203 | 201 |
| TiO2(PPM) | 730 | 760 | 760 | 760 | 750 | 740 | 740 | 740 |
| Cr2O3(PPM) | 292 | 327 | 339 | 323 | 315 | 310 | 307 | 306 |
| Se(PPM) | 34 | 36 | 37 | 35 | 35 | 34 | 34 | 34 |
| Lta(％) | 10.09 | 8.94 | 10.40 | 9.39 | 9.77 | 9.86 | 9.96 | 10.31 |
| Tsuv(％) | 1.52 | 1.15 | 1.47 | 1.28 | 1.39 | 1.44 | 1.48 | 1.58 |
| Tset(％) | 12.13 | 10.71 | 12.06 | 10.83 | 11.05 | 11.06 | 11.09 | 11.37 |
| Tsir(％) | 12.18 | 10.62 | 11.84 | 10.45 | 10.54 | 10.46 | 10.42 | 10.65 |
| L* | 37.62 | 35.51 | 38.26 | 36.45 | 37.12 | 38.14 | 37.37 | 37.78 |
| a* | -2.38 | -2.40 | -2.34 | -2.51 | -2.58 | -2.56 | -2.60 | -2.60 |
| b* | 4.33 | 4.97 | 4.94 | 4.86 | 4.82 | 4.69 | 4.72 | 4.69 |
表1(续)
| 实施例 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 |
| Fe2O3(％) | 1.202 | 1.194 | 1.151 | 1.114 | 1.113 | 1.111 | 1.111 | 1.116 | 1.126 |
| FeO(％) | 0.266 | 0.260 | 0.257 | 0.260 | 0.262 | 0.261 | 0.262 | 0.263 | 0.264 |
| Redox | 0.221 | 0.218 | 0.223 | 0.260 | 0.235 | 0.235 | 0.236 | 0.236 | 0.234 |
| CoO(PPM) | 199 | 190 | 187 | 182 | 182 | 181 | 180 | 179 | 173 |
| TiO2(PPM) | 740 | 720 | 700 | 700 | 690 | 690 | 690 | 690 | 700 |
| Cr2O3(PPM) | 310 | 317 | 295 | 265 | 267 | 271 | 264 | 267 | 273 |
| Se(PPM) | 34 | 32 | 32 | 32 | 23 | 24 | 23 | 26 | 26 |
| Lta(％) | 10.93 | 11.52 | 12.42 | 14.18 | 14.73 | 15.08 | 15.09 | 14.78 | 13.41 |
| Tsuv(％) | 1.80 | 2.07 | 2.45 | 3.25 | 3.55 | 3.76 | 3.78 | 3.63 | 3.11 |
| Tset(％) | 11.87 | 12.41 | 13.03 | 14.18 | 14.32 | 14.58 | 14.56 | 14.37 | 13.09 |
| Tsir(％) | 11.00 | 11.42 | 11.70 | 11.80 | 11.74 | 11.86 | 11.81 | 11.83 | 10.75 |
| L* | 39.21 | 41.77 | 44.72 | 43.37 | 45.62 | 46.13 | 46.14 | 45.58 | 43.52 |
| a* | -2.43 | -2.60 | -3.82 | -3.33 | -4.22 | -4.26 | -4.37 | -3.72 | -3.41 |
| b* | 4.56 | 3.15 | 0.75 | 1.66 | -0.05 | -0.39 | -0.33 | 0.65 | 1.28 |
Claims (2)
1.一种灰色玻璃，包括基础玻璃成分和着色剂，它们的量用相对于灰色玻璃总重的重量表示，基础玻璃成分包括：SiO2、Na2O、CaO、MgO、Al2O3，其特征在于：所述基础玻璃成分为98.55％-98.9％；
所述着色剂的组成是：
Fe2O3 1.1-1.3％
Se 20-40PPM
Cr2O3 250-350PPM
CoO 170-209PPM
TiO2 650-800PPM。
2.根据权利要求1所述的灰色玻璃，其特征在于：所述的基础玻璃包括如下用相对于灰色玻璃总重的重量来表示的各成分：
SiO2 69-74％
Na2O 12-15％
CaO 8-10％
MgO 1-5％
Al2O3 0-1％。
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| CNA2007100096485A CN101164941A (zh) | 2007-10-12 | 2007-10-12 | 灰色玻璃 |
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