CN1098222C - 紫外和红外辐射吸收玻璃 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了适用于如汽车的车辆或建筑物的窗玻璃的绿色的紫外和红外辐射吸收玻璃。该玻璃以%重量计包括：主要玻璃组份包括65-80%SiO2、0-5%Al2O3、0-10%MgO、5-15%CaO、10-18%Na2O、0-5%K2O、5-15%MgO+CaO、10-20%Na2O+K2O、0-5%B2O3；和染色组份含有0.40-0.70以Fe2O3计总的氧化铁(T-Fe2O3)、1.4-1.7%CeO2，和0-0.5%TiO2，其中27-40%重量的以Fe2O3计的T-Fe2O3是FeO。
Description
本发明涉及一种绿色的紫外和红外辐射吸收玻璃。更具体地说，本发明涉及一种用于汽车玻璃的紫外和红外辐射吸收玻璃。
为了满足保护汽车内部装饰免遭破坏的需要，随着近年来内部装饰趋于奢华，这种需要已有增加，以及为了降低空调的负荷，具有紫外和红外吸收性能的玻璃最近已被建议用作汽车窗玻璃。
例如，常规绿色玻璃使紫外线的透过率减少到约38％或更少，总的太阳能透过率减少到约46％或更少，同时保持至少70％的可见光透过率以保证通过汽车窗玻璃的视线。目前有一种趋势，用于汽车上的蓝绿色玻璃优于绿色玻璃。
公知的总太阳能的透过率可以通过在玻璃中增加铁氧化物总量中的氧化亚铁(FeO)的绝对量来减少。几乎所有的常规红外辐射吸收玻璃都采用这种方法。
另一方面，按常规已建议有各种方法用作降低紫外透过率的方法。例如，在JP-A-193738(此处所用的术语“JP-A”是指“未审公开的日本专利申请”)中公开的红外和紫外辐射吸收玻璃的特征在于含有氧化铈和氧化钛。更具体地，这种玻璃以％重量计含有：作为主要玻璃组份的68-72％SiO2、1.6-3.0％Al2O3、8.5-11.0％CaO、2.0-4.2％MgO、12.0-16.0％Na2O和0.5-3.0％K2O，和作为染色组份的0.65-0.75％Fe2O3、0.20-0.35％CeO2和0.2-0.4％TiO2。
在JP-A-6-56466公开的绿色紫外辐射吸收玻璃以％重量计含有，钠钙硅玻璃的主要玻璃成分并其中结合有0.53-0.70％以Fe2O3计的总的氧化铁、0.5-0.8％CeO2和0.2-0.4％TiO2作为染色组份，其中30-40％重量的以Fe2O3计的总氧化铁是FeO。
在JP-B-6-88812(此处所用的术语“JP-B”是指“已审公开的日本专利申请”)中公开的绿色紫外和红外辐射吸收玻璃以％重量计含有：65-75％SiO2的主要组份、0-3％Al2O3、1-5％MgO、5-15％CaO、10-15％Na2O和0-4％K2O，和作为染色组份的0.65-1.25以Fe2O3计的总的氧化铁和0.2-1.4％CeO2或0.1-1.36％CeO2和0.2-0.85％TiO2。
因为氧化铈价格昂贵，已推荐了具有降低了氧化铈含量的紫外和红外辐射吸收玻璃。例如JP-A-4-231347公开了一种绿色紫外辐射吸收玻璃，其主要玻璃组份是钠钙硅并且还含有，以％重量计的染色组份是大于0.85％以Fe2O3计的总氧化铁(T-Fe2O3)，其中FeO/T-Fe2O3的比例小于0.275，并且小于0.5％的CeO2。
上述常规紫外和红外辐射吸收玻璃由于Fe2O3、CeO2和TiO2和它们之间的相互作用的紫外吸收而具有紫外吸收性能。在这些组份中，CeO2最能够提高紫外吸收性能而不会产生对作为汽车玻璃不利的黄色色调。但是CeO2价格昂贵。因此为了降低CeO2的用量，控制组份以使CeO2的量减少并且通过采用Fe2O3和TiO2来补偿与这种减少量相应的减少的紫外吸收。但是，Fe2O3的光吸收作用或者在TiO2和FeO之间的相互作用扩大到可见光的区域之外。因此，如果试图提高玻璃的紫外吸收，在短波区的可见光的透过率也减少，这样玻璃就是黄色色调。
本发明是在与常规技术有关的上述问题的基础上产生的。
因此本发明的目的是提供一种浅绿色紫外和红外辐射吸收玻璃，它具有高的紫外和红外吸收性能并且没有对用于汽车不利的黄色。
本发明的紫外和红外辐射吸收玻璃以％重量计含有：
主要玻璃组份含有
65-80％SiO2，
0-5％Al2O3，
0-10％MgO，
5-15％CaO，
10-18％Na2O，
0-5％K2O，
5-15％MgO+CaO，
10-20％Na2O+K2O，和
0-5％B2O3；和
染色组份含有
0.40-0.70％以Fe2O3计的总氧化铁(T-Fe2O3)，
1.4-1.7％CeO2，和
0-0.5％TiO2，
其中27-40％重量的以Fe2O3计的T-Fe2O3是FeO。
在上述实施方案中，当玻璃的厚度是3.25-4.0毫米时，本发明的紫外和红外辐射吸收玻璃以％重量计优选含有：0.55-0.65％以Fe2O3计的T-Fe2O3、1.5-1.7％CeO2和0-0.30％TiO2，其中30-40％重量的以Fe2O3计的T-Fe2O3是FeO。
仍优选的是上述玻璃的TiO2含量是0-0.15％重量。
在另一个优选实施方案中，本发明的紫外和红外辐射吸收玻璃以％重量计含有：
主要玻璃组份含有：
65-80％SiO2，
0-5％Al2O3，
0-10％MgO，
5-15％CaO，
10-18％Na2O，
0-5％K2O，
5-15％MgO+CaO，
10-20％Na2O+K2O，和
0-5％B2O3；和
染色组份含有
0.45-0.55％以Fe2O3计的总的氧化铁(T-Fe2O3)，
1.4-1.7％CeO2，和
0-0.5％TiO2，
其中30-40％重量的以Fe2O3计的T-Fe2O3是FeO。
在上述实施方案中，当玻璃的厚度是4.75-6.25毫米时，它以％重量计优选含有：1.5-1.7％CeO2和0-0.30％TiO2。仍优选的是这种玻璃以％重量计含有：0-0.15％TiO2和/或这种玻璃含有以％重量计：0.45-0.5％的以Fe2O3计的T-Fe2O3。
当玻璃厚度为5毫米时本发明的紫外和红外辐射吸收玻璃在380-770纳米的波长范围内用CIE标准光源A测定，优选地具有65％或更多的可见光的透过率，特别是70％或更多；在300-770纳米的波长范围内用CIE标准光源C测定主波长为495-525纳米，色纯度为1.5-3.5％；在300-2100纳米的波长范围内测定的总太阳能透过率小于50％；在300-400纳米的波长范围内测定的总太阳光紫外透过率小于36％。
下面说明对本发明紫外和红外辐射吸收玻璃的玻璃组成进行限定的理由。以下所有的百分数是重量百分数。
SiO2是构成玻璃骨架的主要成分。如果其含量少于65％，玻璃的耐用性差。如果超过了80％，就难以熔化这种组合物。
Al2O3用于提高玻璃的耐用性。如果其含量超过5％，就难以熔化这种组合物。优选的Al2O3的含量为0.1-2％。
MgO和CaO都用于提高玻璃的耐用性并控制玻璃组合物在形成玻璃时的液相线温度和粘度。如果MgO含量超过了10％，液相线温度升高。如果CaO含量小于5％或高于15％，液相线温度升高。如果MgO和CaO的总含量小于5％，生成的玻璃的耐用性差。如果总含量超过了15％，液相线温度升高。
Na2O和K2O用作玻璃熔化加速剂。如果Na2O的含量小于10％，或者如果Na2O和K2O的总含量小于10％，则熔化加速的效果就差。如果Na2O的含量超过18％，或者Na2O和K2O的总含量超过20％，则耐用性降低。因为K2O价格高于Na2O，所以其量优选不超过5％。
同时B2O3是一种通常用于改进玻璃耐用性或者用作熔融助剂，它也能够提高紫外吸收。如果它超过了5.0％，则减少光透过效果的作用就会延伸到可见光区域，以致于不仅颜色接近黄色，而且在制备中由于B2O3的挥发性而产生不利结果等。因此，B2O3含量的上限应为5.0％。
在玻璃中氧化铁以Fe2O3和FeO的形式存在。前者是一个和CeO2和TiO2一起起提高紫外吸收作用的组份，而后者是一个起吸收热射线的组份。
当总的氧化铁(T-Fe2O3)含量在0.40-0.70％范围内时，FeO/T-Fe2O3的比例优选的是在0.27-0.40范围内以达到所需的总的太阳光能量吸收。在上述比例中，FeO的含量用Fe2O3含量表示。当玻璃的厚度为3.25-4.0毫米时，总的氧化铁含量优选是0.55-0.65％，并且在这实施方案中，FeO/T-Fe2O3的比例优选为0.30-0.40。
当玻璃的厚度为4.75-6.25毫米时，总的氧化铁含量优选为0.45-0.55％，并且在该实施方案中，FeO/T-Fe2O3比例也优选为0.30-0.40。
为了在总的氧化铁含量和FeO/T-Fe2O3比例落在上述特定的范围内并获得所需的紫外吸收性能，CeO2的含量必需为1.4-1.7％。如果CeO2含量小于1.4％，紫外吸收能力将不足。如果其超过了1.7％，则在可见光的短波一侧的吸收会太大，玻璃就会变黄，以致于不能获得所需的可见光透过率和所需的主波长。优选的CeO2含量为1.5-1.7％。
TiO2不是主要的，为了提高紫外吸收可以以少到不影响本发明所希望的光学性能的量而加入。TiO2含量的上限是0.5％，优选是0.3％。如果TiO2含量超过该上限，玻璃就会变成黄色。为了使玻璃呈绿色，TiO2含量优选为0.15％或更少。
如有需要或是必需，则玻璃组合物除了上述组份外，只要不影响本发明所希望的绿色色调，还可含有下面的任选组份。就是说玻璃还可含有其它染色组份，如CoO、NiO、MnO、V2O5、MoO3等等以及总量至多1％的SnO2作为还原剂。特别是，CoO产生蓝色并且因此有效地防止玻璃由于加入增加量的Fe2O3、CeO2或TiO2而变成的黄色。加入CoO的优选量是3-20ppm。
本发明的紫外和红外辐射吸收玻璃具有绿色，并具有高的紫外吸收、高的红外吸收和高的可见光透过率，尤其是高的紫外吸收。
本发明将通过下面的实施例进行更详细的描述，但是应当理解本发明并不限定于实施例。除非另外说明，所有百分数、份数、比例等等均以重量计。
实施例1-6
将典型的钠钙硅玻璃批料与氧化铁、氧化钛、氧化铈和作为还原剂的含碳物质充分混合，并将生成的批料在电炉中在1500℃熔化4小时。将熔融玻璃浇铸在不锈钢板上并逐渐冷却至室温以得到厚度约为10毫米的玻璃板。将此玻璃板抛光成5毫米厚而制得用于评价光学性能的玻璃样品。
得到用CIE标准光源A测定的可见光透过率(YA)、总的太阳能透过率(TG)、紫外透过率(Tuv)以及用CIE标准光源C测定的主波长(Dw)和色纯度(Pe)。
下面的表1表明T-Fe2O3浓度、FeO/T-Fe2O3的比例、TiO2浓度、CeO2浓度以及样品的光学性能。
从表1可清楚的看出，本发明的厚度为5毫米的玻璃采用光源A测定的可见光透过率为70％或更高，用光源C测定的主波长为495-525纳米，色纯度为1.5-3.5％，总的太阳能透过率少于50％，紫外透过率少于36％。
对比例1和2
对比例示于表1。对比例1是一个其中FeO/T-Fe2O3比例超出本发明范围的实例。对比例2是一个其中总的氧化铁浓度超出本发明的特定范围的实例。在任意一种情况下，可见光的透过率都小于70％。在对比例1中，色纯度非常高，这说明色调不好。
表1
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | 对比例1 | 对比例2 | |
| T-Fe2O3 | 0.50 | 0.55 | 0.55 | 0.63 | 0.50 | 0.55 | 0.55 | 0.75 |
| FeO/T-Fe2O3 | 0.35 | 0.30 | 0.30 | 0.33 | 0.35 | 0.30 | 0.45 | 0.31 |
| TiO2 | 0.03 | 0.10 | 0.13 | 0.25 | 0.10 | 0.25 | 0.13 | 0.13 |
| CeO2 | 1.40 | 1.50 | 1.50 | 1.70 | 1.60 | 1.50 | 1.50 | 1.70 |
| 厚度(毫米) | 5.0 | 5.0 | 5.0 | 5.0 | 5.0 | 5.0 | 5.0 | 5.0 |
| YA(％) | 74.5 | 75.2 | 74.9 | 71.7 | 73.4 | 73.6 | 69.0 | 68.1 |
| TG(％) | 47.5 | 48.3 | 48.1 | 43.1 | 46.6 | 47.0 | 39.8 | 39.4 |
| Tuv(％) | 34.1 | 31.3 | 29.7 | 23.8 | 29.8 | 27.2 | 31.1 | 21.5 |
| Dw(nm) | 497 | 501 | 505 | 518 | 508 | 515 | 495 | 520 |
| Pe(％) | 2.9 | 2.1 | 1.9 | 2.6 | 2.2 | 1.7 | 5.6 | 3.0 |
实施例7-9
将典型的钠钙硅玻璃批料与氧化铁、氧化钛、氧化铈和作为还原剂的含碳物质充分混合，并将生成的批料在电炉中在1500℃熔化4小时。将熔融玻璃浇铸在不锈钢板上并逐渐冷却至室温以制成厚度约为10毫米的玻璃板。将此玻璃板抛光成4毫米厚以制得用于评价光学性能的玻璃样品。
得到用CIE标准光源A测定的可见光透过率(YA)、总的太阳能透过率(TG)、紫外透过率(Tuv)以及用CIE标准光源C测定的主波长(Dw)和色纯度(Pe)。
下面的表2表明T-Fe2O3浓度、FeO/T-Fe2O3的比例、TiO2浓度、CeO2浓度以及样品的光学性能。
表2
实施例7
实施例8
实施例9
T-Fe2O3 0.60 0.62 0.62
FeO/T- 0.30 0.33 0.33
Fe2O3
TiO2 0.03 0.12 0.25
CeO2 1.65 1.65 1.65
厚度(毫米) 4.0 4.0 4.0
YA(％) 74.6 73.9 72.8
TG(％) 48.1 46.8 45.9
Tuv(％) 32.1 29.4 27.2
Dw(nm) 505 512 520
Pe(％) 2.5 2.3 2.1
从表2可清楚的看出，本发明的厚度为4毫米玻璃采用光源A测定的可见光透过率为70％或更高，采用光源C测定的主波长为495-525纳米，色纯度为1.5-3.5％，总的太阳能透过率少于50％，紫外透过率少于36％。
如上面所详细说明的，本发明能够提供一种具有高的可见光透过率和优良的紫外吸收性能，以及厚度比较大时也没有色调变黄现象的紫外和红外辐射吸收玻璃。
另外，因为本发明的紫外和红外辐射吸收玻璃具有蓝绿色的色调，它用作汽车的窗玻璃特别有效。
在本发明已被详细地并且参考特定实施例进行描述的同时，显然对于本领域的技术人员来说在不超出本发明的精神和范围下能够作出的各种变化和改型。
Claims (11)
1.绿色的紫外和红外辐射吸收玻璃以％重量计含有：
主要玻璃组份包括
65-80％SiO2，
0-5％Al2O3，
0-10％MgO，
5-15％CaO，
10-18％Na2O，
0-5％K2O，
5-15％MgO+CaO，
10-20％Na2O+K2O，和
0-5％B2O3；和
染色组份含有
0.40-0.70以Fe2O3计的总氧化铁(T-Fe2O3)，
1.4-1.7％CeO2，和
0-0.15％TiO2，
其中27-40％重量的以Fe2O3计的T-Fe2O3是FeO。
2.权利要求1的绿色的紫外和红外辐射吸收玻璃，当该玻璃的厚度为3.25-4.0毫米时其中所述玻璃以％重量计含有：
0.55-0.65％以Fe2O3计的T-Fe2O3，
1.5-1.7％CeO2，和
0-0.15％TiO2，
其中30-40％重量的以Fe2O3计的T-Fe2O3是FeO。
3.权利要求1的绿色的紫外和红外辐射吸收玻璃，其中所述玻璃以％重量计含有：
主要玻璃组份含有：
65-80％SiO2，
0-5％Al2O3，
0-10％MgO，
5-15％CaO，
10-18％Na2O，
0-5％K2O，
5-15％MgO+CaO，
10-20％Na2O+K2O，和
0-5％B2O3；和
染色组份含有
0.45-0.55以Fe2O3计的总氧化铁(T-Fe2O3)，
1.4-1.7％CeO2，和
0-0.15％TiO2，
其中30-40％重量的以Fe2O3计的T-Fe2O3是FeO。
4.权利要求3的绿色的紫外和红外辐射吸收玻璃，其中当该玻璃的厚度为4.75-6.25毫米时，所述玻璃以％重量计含有：
1.5-1.7％CeO2，
和0-0.15％TiO2
5.权利要求3或4的绿色的紫外和红外辐射吸收玻璃，其中所述玻璃以％重量计含有0.45-0.50％以Fe2O3计的总的氧化铁(T-Fe2O3)。
6.权利要求1到4中任意一项的绿色的紫外和红外辐射吸收玻璃，其中所述玻璃在厚度为5毫米时，采用CIE标准光源A测定的可见光透过率为65％或更多。
7.权利要求1到4中任意一项的绿色的紫外和红外辐射吸收玻璃，其中所述玻璃在厚度为5毫米时，采用CIE标准光源A测定的可见光透过率为70％或更多。
8.权利要求1到4中任意一项的绿色的紫外和红外辐射吸收玻璃，其中所述玻璃在厚度为5毫米时，采用CIE标准光源C测定的主波长为495-525纳米。
9.权利要求1到4中任意一项的绿色的紫外和红外辐射吸收玻璃，其中所述玻璃在厚度为5毫米时紫外透过率小于36％。
10.权利要求1到4中任意一项的绿色的紫外和红外辐射吸收玻璃，其中所述玻璃在厚度为5毫米时太阳光透过率小于50％。
11.权利要求1到4中任意一项的绿色的紫外和红外辐射吸收玻璃，其中所述玻璃在厚度为5毫米时采用CIE标准光源C测定的色纯度为1.5-3.5％。
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