CN101258110A - 紫外吸收灰色玻璃组合物 - Google Patents

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CN101258110A CNA2006800329741A CN200680032974A CN101258110A CN 101258110 A CN101258110 A CN 101258110A CN A2006800329741 A CNA2006800329741 A CN A2006800329741A CN 200680032974 A CN200680032974 A CN 200680032974A CN 101258110 A CN101258110 A CN 101258110A
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M·阿巴卜
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Abstract

公开了新的玻璃组合物。该玻璃组合物包括,由65-75重量%SiO2、10-20重量%Na2O、5-15重量%CaO、0-5重量%MgO、0-5重量%Al2O3、0-5重量%K2O、0-5重量%B2O3和0-0.5重量%MnO2构成的基础玻璃组合物,和由0.65重量%的总铁、2PPM-10PPM的Se、至少一种选自CeO2、V2O5、TiO2和MoO3的紫外吸收剂、至多20PPM的CoO和至多75PPM的Cr2O3构成的着色剂及性质调节材料部分,其中该玻璃组合物具有0.2-0.6的氧化还原比。

Description

紫外吸收灰色玻璃组合物
发明领域
本发明涉及玻璃组合物,尤其涉及具有良好紫外(“UV”)吸收性能的灰色玻璃组合物。
发明背景
玻璃基体用于各种应用,例如汽车应用、建筑应用、航空航天应用等。取决于玻璃基体的最终应用,将希望玻璃基体表现出某些(a)美学上的性能,例如,但不限于颜色和(b)日光控制性能,例如,但不限于太阳能总透过率(“TSET”)、红外透过率和紫外透过率。
例如,在汽车应用中将玻璃基体用作汽车视线板(vision panels)(即前窗、侧窗等)。汽车视线板需要表现出所需的颜色。目前,汽车视线板的所需颜色包括蓝色、绿色和灰色。另外,如果汽车视线板在美国国内驾驶的车辆中用作前挡风玻璃,则其将必须表现出等于或大于70%的可见光透过率(“Lta”)。美国以外的国家对前挡风玻璃具有不同的Lta要求。
可对玻璃基体的美学性能和日光控制性能进行调节的一种方式包括改变玻璃基体的化学组成(即,构成玻璃组合物的材料类型和/或玻璃组合物中各种材料的重量百分数)。经常地,向公知的基础玻璃组合物例如钠-钙-硅基础玻璃组合物中添加能够调节玻璃组合物的日光性能的着色剂和/或其它材料,以提供能够表现出独特性能的玻璃基体。虽然能够调节玻璃组合物的日光性能的一种着色剂或一种材料的作用是已知的(例如,向基础玻璃组合物中添加FeO提高玻璃组合物的红外(IR)吸收),但本发明的实质是使用能够调节玻璃组合物的日光性能的各种着色剂和/或材料,每种着色剂或材料能够单独地产生独特作用,从而共同实现性能的组合。
根据本发明,向钠-钙-硅基础玻璃组合物中添加新的量的新的材料,以提供能够表现出所需美学性能和日光控制性能的玻璃基体。通过本发明的3.9mm(0.1535英寸)厚的基体中的玻璃组合物实现的所需美学性能和日光控制性能组合如下:
1.中性灰色,其特征在于主波长为480-580nm并且色纯度(excitation purity)等于或小于8%;
2.60%或更大的可见光透过率(Lta);
3.等于或小于40%的总太阳红外透过率(TSIR);
4.等于或小于60%的总太阳能透过率(TSET);和
5.等于或小于30%的总太阳紫外透过率(ISOUV)。
发明概述
在非限制性实施方案中,本发明是包含基础玻璃组合物和着色剂及性能调节材料部分的玻璃组合物,所述基础玻璃组合物包含65-75重量%SiO2、10-20重量%Na2O、5-15重量%CaO、0-5重量%MgO、0-5重量%Al2O3、0-5重量%K2O、0-5%B2O3和0-0.5%MnO2,所述着色剂及性能调节材料部分包含至多0.65重量%的总铁、2PPM-10PPM的Se、至少一种选自CeO2、V2O5、TiO2和MoO3的紫外吸收剂、至多20PPM的CoO和至多75PPM的Cr2O3,其中该玻璃组合物具有0.2-0.6的氧化还原比。
在另一实施方案中,本发明是由包含基础玻璃组合物和着色剂及性能调节材料部分的玻璃组合物形成的玻璃片材,所述基础玻璃组合物包含65-75重量%SiO2、10-20重量%Na2O、5-15重量%CaO、0-5重量%MgO、0-5重量%Al2O3、0-5重量%K2O、0-5%B2O3和0-0.5%MnO2,所述着色剂及性能调节材料部分包含至多0.65重量%的总铁、2PPM-10PPM的Se、至少一种选自CeO2、V2O5、TiO2和MoO3的紫外吸收剂、至多20PPM的CoO和至多75PPM的Cr2O3,其中该玻璃组合物具有0.2-0.6的氧化还原比,且其中该玻璃片材在3.9mm(0.1535英寸)厚度下表现出一种或多种如下性能:(a)灰色,其特征在于主波长为480-580nm范围并且色纯度等于或小于8%;(b)等于或大于65%的Lta;(c)等于或小于35%的总太阳红外透过率(TSIR);(d)等于或小于55%的总太阳能透过率(TSET);和(e)等于或小于30%的总太阳紫外透过率(ISOUV)。
发明描述
用于本文时,在说明书和权利要求书中使用的表示尺寸、物理特性、工艺参数、成分量、反应条件等的所有数字应被理解为在所有情况下都经术语“约”修饰。因此,除非相反地指出,否则在下面的说明书和权利要求书中给出的数值可以根据寻求通过本发明获得的期望性能而变化。最起码,不是试图限制对权利要求范围适用等同原则,每一个数值应至少根据所公开的有效数字的个数并通过使用普通舍入法来解释。此外,本文公开的所有范围均应理解为包括起始和终止范围值以及包含在其中的任何及所有子范围。例如,所陈述的“1-10”的范围应认为包括在最小值1和最大值10之间(且包括这两个值)的任何及所有子范围;即,起始于1或更大的最小值而终止于10或更小的最大值的所有子范围,例如1.0-3.8、6.6-9.7和5.5-10。
用于本文时,术语“重量%”在用于描述玻璃组合物中材料的量时表示基于玻璃组合物的总重量的重量%。
本发明的玻璃组合物包含(a)基础玻璃部分和(b)着色剂及日光性能调节部分。根据本发明,基础玻璃部分包括下表1中以具体量显示的组分。
表1.基础玻璃部分
  组分   在玻璃组合物中的含量[基于玻璃组合物总重量的重量百分数]
  SiO2   65-75%
  Na2O   10-20%
  CaO   5-15%
  MgO   0-5%
  Al2O3   0-5%
  K2O   0-5%
  BaO   0-1%
  B2O3   0-5%
  MnO2   0-0.5%
所描述的基础玻璃部分在本领域中称作“钠-钙-硅”玻璃组合物。
根据本发明,向基础玻璃组合物中添加各种着色剂和能够调节玻璃的日光性能的材料。着色剂和能够调节玻璃的日光性能的材料在本文中均称作“着色剂和性质调节材料”。本发明的玻璃组合物的着色剂和性质调节材料包括:氧化铁(“Fe2O3”和“FeO”)、氧化铈(“CeO2”)、硒(“Se”)、氧化钛(“TiO2”)、氧化铒(“Er2O3”)、氧化钕(“Nd2O3”)、氧化钒(“V2O5”)、氧化钴(“CoO”)、氧化铬(“Cr2O3”)和氧化镍(“Ni2O3”)。
根据本发明,铁在玻璃组合物中可以氧化铁(Fe2O3)和氧化亚铁(FeO)存在。本领域中公知的是,Fe2O3是强的紫外辐射吸收剂和黄色着色剂。本领域中公知的是,FeO是强的红外辐射吸收剂和蓝色着色剂。
本发明的玻璃组合物中存在的“总铁”以“Fe2O3”表示,因为这是工业中的标准做法。但这并不意味着玻璃组合物中存在的所有铁都是Fe2O3形式。基于玻璃组合物的总重量,本发明的玻璃组合物中的总铁为至多0.65重量%,例如0.28-0.6重量%或0.3-0.35重量%。
本发明的玻璃组合物中以亚铁态存在的铁的量以“FeO”表示,因为这是工业中的标准做法。虽然亚铁态的铁的量以FeO表示,但亚铁态的全部量实际上可以不以FeO存在于玻璃中。
本发明的玻璃组合物具有一定的“氧化还原比”。用于本文时,“氧化还原比”是亚铁态的铁(以“FeO表示”)的量除以总铁(以“Fe2O3”表示)量。根据本发明的玻璃组合物具有0.2-0.6、例如0.25-0.55或0.45-0.55的氧化还原比。
根据本发明,向本发明的玻璃组合物中添加Se。在本领域中已知Se作为粉红色着色剂。玻璃组合物中的Se的量为2PPM-10PPM,例如3PPM-7PPM。
根据本发明,向玻璃组合物中添加公知的紫外吸收剂例如CeO2、V2O5、TiO2和/或氧化钼(“MoO3”)。典型地,玻璃的氧化还原比越高,需要越多的紫外吸收剂来补偿Fe2O3提供的紫外吸收的损失。在本发明的非限制性实施方案中,向玻璃组合物中添加0.2重量%-3.0重量%、例如0.5重量%-2.5重量%的量的CeO2。在本发明的另一非限制性实施方案中,向玻璃组合物中添加0.1重量%-1.0重量%、例如0.2重量%-0.5重量%的量的TiO2。在本发明的又一非限制性实施方案中,向玻璃组合物中添加0.005重量%-0.075重量%、例如0.015重量%-0.045重量%的量的MoO3
根据本发明,可向玻璃组合物中添加氧化钒(“V2O5”)。在本领域中已知钒取决于其价态而既可作为紫外又可作为红外辐射吸收剂,并可作为黄-绿色着色剂。+5价态的V2O5是紫外吸收剂。+4价态的V2O4是红外吸收剂。在本发明的非限制性实施方案中,玻璃组合物中V2O5的量等于或小于0.3重量%,例如等于或小于0.2重量%或者等于或小于0.1重量%。
根据本发明,可向玻璃组合物中添加Er2O3。在本领域中已知Er2O3作为粉红色着色剂。在本发明的非限制性实施方案中,玻璃组合物中Er2O3的量等于或小于3重量%,例如0.1重量%-2重量%或者0.5重量%-1.7重量%。
根据本发明,可向玻璃组合物中添加Nd2O3。在本领域中已知Nd2O3作为蓝色着色剂。在本发明的非限制性实施方案中,玻璃组合物中Nd2O3的量等于或小于3重量%,例如0.1重量%-1重量%或者0.1重量%-0.5重量%。
根据本发明,可向玻璃组合物中添加CoO。在本领域中已知CoO作为蓝色着色剂。在本发明的非限制性实施方案中,玻璃组合物中的CoO量等于或小于20PPM,例如等于或小于15PPM,或者等于或小于11PPM。
根据本发明,可向玻璃组合物中添加Cr2O3。在本领域中已知Cr2O3作为绿色着色剂和紫外吸收剂。在本发明的非限制性实施方案中,玻璃组合物中Cr2O3的量等于或小于75PPM,例如等于或小于50PPM。
根据本发明,可向玻璃组合物中添加Ni2O3。在本领域中已知Ni2O3作为褐色着色剂。在本发明的非限制性实施方案中,玻璃组合物中Ni2O3的量等于或小于50PPM,例如等于或小于25PPM,或者等于或小于10PPM。
本发明的玻璃组合物可通过常规玻璃制造工艺进行制备。例如,可通过坩埚熔化、平板拉制法、浮法玻璃工艺等由配合料形成玻璃组合物。典型地,将已知的配合料与着色剂和性质调节材料混合并加工成本发明的玻璃组合物。在非限制性实施方案中,通过本领域中公知的浮法玻璃工艺来形成本发明的玻璃组合物。
由于用于形成玻璃组合物的原料/设备,在最终玻璃组合物中有可能存在某些杂质例如SrO和ZrO2。这些物质在玻璃组合物中以微量存在并在本文中被称作“混入物”。这些混入物即便对玻璃的性质有任何影响,也是极小的。
在本发明的非限制性实施方案中,将玻璃组合物形成为玻璃基体。可形成具有各种厚度的玻璃基体。例如,可形成具有至多24mm厚度的玻璃基体。
在非限制性实施方案中,本发明包括表现出下面的性能的厚度为3.9mm(0.1535英寸)厚度的玻璃基体:
1.灰色,其特征在于,主波长为480-580nm范围,例如490-570nm或500-560nm,并且色纯度等于或小于8%,例如等于或小于6%,或者等于或小于4%;
2.Lta等于或大于60%,例如等于或大于65%,或者等于或大于70%;
3.总太阳红外透过率(TSIR)等于或小于40%,例如等于或小于35%,或者等于或小于30%;
4.总太阳能透过率(TSET)等于或小于60%,例如等于或小于55%,或者等于或小于50%;和
5.总太阳紫外透过率(ISOUV)等于或小于30%,例如等于或小于25%,或者等于或小于20%。
上述性能按下述测得:
1.可见光透过率(Lta)利用C.I.E.1931标准光源“A”在380-770nm的波长范围于10nm间隔下测得。
2.总太阳紫外透过率(ISOUV)在280-380nm的波长范围于5nm间隔下根据ISO 9050测得。
3.总太阳红外透过率(TSIR)在800-2100nm的波长范围于50nm间隔下测得。
4.总太阳能透过率(TSET)代表基于从300nm至2100nm于50nm间隔下测得的透光度的计算值。
5.利用具有2°观测器的C.I.E.1931标准光源“C”,按照主波长和色纯度对颜色进行测定。
所有的日光透过率数据利用Parry Moon空气质量2.0日光数据进行计算。采用本领域中已知的矩形法则在波长范围内对透过率进行积分。
在正常入射角下记录本文中所提供的光谱性能。如果提高相对于曲面法线的入射角,反射光和吸收光的强度均会改变,从而导致透射光的强度改变。
而且,如果提高相对于曲面法线的入射角,更多光由于被制品吸收而成比例地损失。这是由于光传播通过有限厚度的透明制品的有效路径随入射角的余弦成反比例地增加。
总之,非偏振光通过透明制品例如玻璃的透射强度在非法线入射角下通常比在法线入射角下小。前述情况在任何给定的波长下是真实的并且对综合光谱性能例如ISOUV、Lta、TSET等是有效的。作为实施例,处于安装角的汽车挡风玻璃透过的紫外、可见或红外能量或光比相同制品在法线入射下测得的要低。
在本发明的非限制性实施方案中,玻璃基体用作玻璃视线板。在本发明另一非限制性实施方案中,使用至少一个玻璃基体来形成叠层制品例如汽车挡风玻璃。
实施例
通过以下非限制性实施例对本发明进行举例说明。实施例1-10按下面的方式制备。称重出表2中示出的成分并混合。将一半配合料放入4英寸二氧化硅坩埚中并加热至2,450°F(1,343℃)。然后将坩埚温度在2,450°F(1,343℃)下保持30分钟。而后将熔融配合料加热至2,500°F(1,371℃)并在该温度下保持30分钟。之后将熔融的配合料加热至2,550°F(1,399℃),并在将另一半配合料加入坩埚中之后,将其在该温度下保持30分钟。然后将熔融的配合料加热至2,600°F(1,427℃)并在该温度下保持1小时。接着,将熔融的玻璃在水中制成熔块、干燥并在铂金坩埚中再加热至2,650°F(1,454℃)且保持2小时。而后将熔融玻璃倒出坩埚,形成玻璃板坯并进行退火。从该玻璃板坯切割下样品并且滚压和抛光,用以分析。
表2.配料的原料
  实施例1   实施例2   实施例3   实施例4   实施例5   实施例6   实施例7   实施例8   实施例9   实施例10
  砂子[g]   332.91   332.91   330.58   332.91   329.14   329.24   329.23   332.62   333.75   333.75
  纯喊[g]   108.86   108.86   108.10   108.86   107.63   107.66   107.66   108.77   109.13   109.13
  白云石[g]   80.23   80.23   79.67   80.23   79.32   79.35   79.34   80.16   80.43   80.43
  石灰石[g]   28.30   28.30   28.10   28.30   27.98   27.99   27.98   28.27   28.37   28.37
  芒硝[g]   2.3304   2.3304   2.3141   2.3304   2.3039   2.3047   2.3046   2.3283   2.3362   2.3362
  煤[g]   0.5493   0.5493   1.7851   0.5992   2.0406   1.5145   1.5638   1.1642   0.9345   1.0012
  红铁粉[g]   3.2062   3.2062   0.8680   3.2062   0.7899   0.7902   0.7902   0.8119   0.9311   0.9311
  钴[g]   0.0074   0.0074   0.0090   0.0074   0.0082   0.0082   0.0082   0.0043   0.0043   0.0043
  金属Se[g]   0.0125   0.0143   0.0470   0.0147   0.0778   0.0778   0.0778   0.0379   0.0621   0.0632
  TiO2[g]   2.0051
  硝酸钠[g]   2.9962   2.9962   2.9752   2.9962   2.9622   2.9632   2.9631   2.9936   3.0037   3.0037
  碳酸铈[g]   2.8697   2.8697   14.7473   2.8697   27.5420   27.5509   27.5501   11.4787   5.7404   5.7404
  绿色碎玻璃[g]   240.93   240.93   244.69   240.93   248.41   248.26   248.27   243.64   241.96   241.96
使用RIGAKU 3370 X-射线荧光光谱仪对各实施例的玻璃组合物进行测定。分析结构显示于表3中。
表3.根据本发明的玻璃组合物
  组分   实施例1   实施例2   实施例3   实施例4   实施例   实施例6   实施例7   实施例8   实施例9   实施例10
  氧化还原比   0.246   0.268   0.313   0.317   0.353   0.357   0.362   0.423   0.441   0.489
  总铁[wt.%]   0.607   0.624   0.311   0.627   0.318   0.292   0.296   0.300   0.311   0.316
  CoO[PPM]   8   8   9   9   7   9   9   5   3   4
  Se[PPM]   4   3   4   3   7   3   7   3   4   4
  Cr2O3[PPM]   <10   5   <10   5   <10   <10   <10   6   <10   <10
  CeO2[wt.%]   0.26   0.26   2.03   0.26   2.35   2.20   2.42   1.05   0.53   0.53
  TiO2[wt.%]   0.024   0.023   0.261   0.025   0.023   0.270   0.021   0.022   0.023   0.024
  Fe(S)x[PPM]   1   0.3   0.5   0.4   1.2   1.4
  SO3[wt.%]   0.193   0.171   0.089   0.15   0.18   0.075   0.088   0.082   0.088   0.076
使用Perkin-Elmer Lambda 9 UV/VIS/NIR光谱光度计对实施例的光谱性能进行测定。3.9mm厚的样品的性能示于表4中。
表4.根据本发明的3.9mm厚玻璃基体的性能
  实施例1   实施例2   实施例3   实施例4   实施例5   实施例6   实施例7   实施例8   实施例9   实施例10
  Lta[%]   70.08   70.04   72.38   68.65   68.99   73.83   69.18   74.65   72.02   71.59
  ISOUV[%]   19.26   19.48   10.57   20.43   11.80   10.82   12.12   19.90   22.91   23.80
  TSIR[%]   36.31   32.63   49.94   27.04   47.39   47.49   46.98   40.06   37.70   34.30
  TSET[%]   51.47   49.49   59.32   46.02   56.54   58.97   56.62   55.82   53.24   51.33
  DW[nm]   555.69   534.11   572.09   500.42   576.16   562.09   575.41   515.97   559.74   536.68
  Pe[%]   2.62   1.62   5.42   2.14   6.41   2.85   5.46   0.79   2.10   1.15
基于表4,本发明的玻璃组合物可用于形成表现出各种性能的玻璃基体。非限制性实施例显示可形成具有灰色的玻璃组合物,该组合物具有具有60%-80%、例如65%-77%的Lta;5%-27%、例如10%-25%的ISOUV;25%-55%、例如30%-50%的TSIR;40%-65%、例如45%-60%的TSET;510nm-582nm、例如515nm-577nm的DW;和至多6.5%的Pe。
本领域技术人员将很容易理解,可对本发明做出修改而不背离前述中公开的概念。这种修改被认为包括在本发明的范围内。因此,上文详述的具体实施方案仅是说明性的,而不是对本发明的范围进行限制,本发明的范围将为所附权利要求及任何和所有等同方式的全部范围。

Claims (18)

1.玻璃组合物,其包含基础玻璃组合物和着色剂及性质调节材料部分,所述基础玻璃组合物包含:
SiO2         65-75重量%,
Na2O         10-20重量%,
CaO          5-15重量%,
MgO          0-5重量%,
Al2O3        0-5重量%,
K2O          0-5重量%,
B2O3         0-5%,和
MnO2         0-0.5%
并且所述着色剂及性质调节材料部分包含:
至多0.65重量%的总铁,
2PPM-10PPM的Se,
至少一种选自CeO2、V2O5、TiO2和MoO3的紫外吸收剂,
至多20PPM的CoO,和
至多75PPM的Cr2O3
其中所述玻璃组合物具有0.2-0.6的氧化还原比。
2.根据权利要求1的玻璃组合物,其中所述紫外吸收剂是以0.2重量%-3.0重量%的量存在的CeO2
3.根据权利要求1的玻璃组合物,其中所述紫外吸收剂是以0.1重量%-1.0重量%的量存在的TiO2
4.根据权利要求1的玻璃组合物,其中所述总铁为0.28-0.6重量%。
5.根据权利要求1的玻璃组合物,其中所述Se为3PPM-7PPM。
6.根据权利要求1的玻璃组合物,其还包含0.1重量%-2重量%的Er2O3
7.根据权利要求1的玻璃组合物,其还包含0.1重量%-1重量%的Nd2O3
8.根据权利要求1的玻璃组合物,其中所述紫外吸收剂是以等于或小于0.2重量%的量存在的V2O5
9.根据权利要求1的玻璃组合物,其中所述紫外吸收剂是以0.005-0.075重量%的量存在的MoO3
10.根据权利要求1的玻璃组合物,其中所述CoO等于或小于15PPM。
11.根据权利要求1的玻璃组合物,其中所述Cr2O3等于或小于50PPM。
12.根据权利要求1的玻璃组合物,其还包含等于或小于50PPM的量的Ni2O3
13.根据权利要求1的玻璃组合物,其中所述氧化还原比为0.25-0.55。
14.由权利要求1中所述组合物制成的玻璃片材。
15.根据权利要求14的玻璃片材,其在3.9mm(0.1535英寸)厚度下表现出一种或多种如下性能:(a)灰色,其特征在于主波长为480-580nm,并且色纯度等于或小于8%;(b)Lta等于或大于60%;(c)总太阳红外透过率(TSIR)等于或小于40%;(d)总太阳能透过率(TSET)等于或小于60%;和(e)总太阳紫外透过率(ISOUV)等于或小于30%。
16.根据权利要求15的玻璃片材,其在3.9mm(0.1535英寸)厚度下表现出一种或多种如下性能:(a)Lta等于或大于65%;(b)总太阳红外透过率(TSIR)等于或小于35%;(c)总太阳能透过率(TSET)等于或小于55%;和(d)总太阳紫外透过率(ISOUV)等于或小于25%。
17.包含根据权利要求14的玻璃片材的叠层制品。
18.由包含基础玻璃组合物和着色剂及性质调节材料部分的玻璃组合物形成的玻璃片材,所述基础玻璃组合物包含:
SiO2        65-75重量%,
Na2O        10-20重量%,
CaO         5-15重量%,
MgO         0-5重量%,
Al2O3       0-5重量%,
K2O         0-5重量%,
B2O3        0-5%,和
MnO2        0-0.5%
并且着色剂及性质调节材料部分包含:
至多0.65重量%的总铁,
2PPM-10PPM的Se,
至少一种选自CeO2、V2O5、TiO2和MoO3的紫外吸收剂,
至多20PPM的CoO,和
至多75PPM的Cr2O3
其中所述玻璃组合物具有0.25-0.55的氧化还原比并且
其中所述玻璃片材在3.9mm(0.1535英寸)厚度下表现出一种或多种如下性能:(a)灰色,其特征在于主波长为480-580nm,并且色纯度等于或小于8%;(b)Lta等于或大于65%;(c)总太阳红外透过率(TSIR)等于或小于35%;(d)总太阳能透过率(TSET)等于或小于55%;和(e)总太阳紫外透过率(ISOUV)等于或小于25%。
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Assignee: Hainan AVIC Special Glass Materials Co., Ltd.

Assignor: PPG Industries, Inc.

Contract record no.: 2010990000109

Denomination of invention: UV absorbing gray glass composition

Granted publication date: 19981028

License type: Common License

Open date: 20080903

Record date: 20100304

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RJ01 Rejection of invention patent application after publication

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