CN111587231A - 涂覆的玻璃基底或玻璃陶瓷基底、包含闭孔的涂层以及用于涂覆基底的方法 - Google Patents
涂覆的玻璃基底或玻璃陶瓷基底、包含闭孔的涂层以及用于涂覆基底的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明总体上涉及涂覆的玻璃基底或玻璃陶瓷基底,所述基底优选具有耐高温性、高强度和低热膨胀系数。本发明的其他方面涉及一种涂层,所述涂层包含孔并且形成为对流体密封的并且适合于涂覆具有优选低热膨胀系数的耐高温高强度玻璃基底或玻璃陶瓷基底,还涉及一种用于制备这种涂覆的基底的方法。
Description
技术领域
本发明总体上涉及涂覆的玻璃基底或玻璃陶瓷基底,所述基底优选具有耐高温性、高强度和低热膨胀系数。本发明的其他方面涉及一种涂层,所述涂层包含孔且形成为不透流体的,并且适合于涂覆玻璃基底或玻璃陶瓷基底、优选具有低热膨胀系数的玻璃基底或玻璃陶瓷基底;本发明还涉及一种用于涂覆此类基底的方法。
背景技术
用于玻璃基底或玻璃陶瓷基底、尤其具有低热膨胀系数的玻璃基底或玻璃陶瓷基底(例如用于来自硅酸盐玻璃家族的低膨胀玻璃的基底或用于玻璃陶瓷的基底)的涂层是多年来已知的。
尤其当在涂覆之后仍应保留这种基底的非常良好的强度特性并且同时要求涂层的耐高温性时,对此类涂层提出了特殊的挑战。如果涉及例如在操作过程中暴露于高热负荷的玻璃或玻璃陶瓷的情况下使用装饰性涂层,则不仅必须保证这些涂层的光学外观的热稳定性而且还必须保证其在基底上的粘附强度。相反,其他的特性在这里也是重要的,例如耐刮擦性、粘合剂(例如用于安装此类玻璃或玻璃陶瓷例如安装在支架中或用于固定或紧固组件所使用的粘合剂)的相容性以及涂层与流体接触的相互作用。
例如已知的是,在烹饪灶台中使用的透明的、非整体着色的板状玻璃或玻璃陶瓷的底面涂层必须是不透流体(如气体和液体)的,或者需要不透流体的第二层。否则,即当存在透过性孔隙时,则可能导致在使用灶台时形成的流体(例如冷凝水)渗入。这至少导致涂层中的光学变化;但是,依据流体类型不同,还可能出现对玻璃或玻璃陶瓷的损伤。
然而,这些要求不仅适用于例如灶台等的底面涂层而且还适用于其他应用,例如用于观察面板,例如在炉(例如烤箱)或者壁炉中所使用的观察面板的涂层。这里,还应尽可能没有流体能够通过涂层。例如不应看见粘合缝等并且应防止在设备或装置(即例如烤箱或壁炉)工作中产生的流体作为污染物可见透过涂层。这不仅有美观原因,而且还为了保护在某些情况下可能被此类流体侵蚀的基底材料。这样的腐蚀性侵蚀例如可能降低经涂覆的基底的强度并因此导致用户安全性的降低。
在现有技术中,用于玻璃或玻璃陶瓷、尤其具有低热膨胀系数的玻璃或玻璃陶瓷的涂层是已知的。
例如国际专利申请WO 2012/167932 A1描述了一种纯无机的层,所述层可以无裂缝地施加并且具有最高1000℃的耐温性。然而所述层形成为多孔的。
国际专利申请WO 2013/156617 A1描述了一种致密的非多孔的层复合物,其中施加了第一层,所述第一层为多孔的,将由此获得的孔用是聚合物的第二材料填充。在此,基于这种对孔的有机填充,涂层仅有条件地对温度稳定并且尤其不再适合于在>400℃的高温下使用。
国际专利申请WO 2010/081531 A1涉及一种多孔的溶胶-凝胶涂层。
德国的公开的专利申请DE 10 2008 031 426 A1、德国的公开的专利申请DE102008 040 636 A1、以及美国保护权申请US 2010/0047556 A1同样也仅仅描述了基于溶胶-凝胶涂层的多孔层。
有意地设定这些层的孔隙率,以补偿在层与基底的热膨胀系数方面出现的差异,使得在按照预期的使用中进行的层复合物的加热和冷却不会引起如此高的热机械应力,以至于在涂覆的玻璃基底或玻璃陶瓷基底不再具有足够的机械强度。将涂层布置在玻璃基底或玻璃陶瓷基底的下侧或背面上,即布置在操作时背向使用者的一侧上,这尤其重要。在这一情况下,机械负载从上方或从前方施加,使得任何位于底面或背面上的裂纹都非常严重地影响玻璃或玻璃陶瓷的冲击强度以及弯曲强度,例如甚至达到不再能满足最小强度的要求。
用于玻璃或玻璃陶瓷的多孔涂层另外还从德国专利DE 100 14 373 C2以及欧洲专利EP 1 267 593 B1中已知。
然而,在这些多孔涂层的情况下,如上所述,当流体与这些涂层发生接触时(例如除了水和油还有食物或粘合剂)出现了困难。为了密封这些孔,还已知的是例如施加基于硅酮的密封剂,如在美国专利申请US 2013/0266781 A1中所描述的。
然而,这种密封的情况下总是存在两个问题:
一方面,这种密封在例如>400℃的特别高的温度下应用时温度稳定性不足。
由于孔的密封,原本由于层与基底的不同热膨胀系数获得的降低热应力的有利效果被抵消。在剧烈加热时不仅造成密封在密封效果方面的失效,而且还造成明显的强度降低,例如由于形成裂纹。
因此,采用已知的涂层仅仅能用于在最高至400℃范围内的最大负载温度下的应用。
因此对于提供用于玻璃基底或玻璃陶瓷基底(尤其具有低热膨胀系数的玻璃基底或玻璃陶瓷基底)的不透液体的涂层存在需求。
发明内容
因此本发明的目的总体上为减轻经涂覆的玻璃基底或玻璃陶瓷基底的已知的弱点,尤其在涂层的密封性和温度稳定性方面。
对于具有低热膨胀系数的玻璃陶瓷和玻璃而言,迄今为止尚无可经济地制备的、具有合适的热膨胀系数的装饰涂料可用。尤其在整面涂层或致密装饰的情况下,弯曲抗拉强度的降低是严重的缺点。可能的是,通过非常轻的、即非常薄的涂层来避免弯曲抗拉强度降低的问题,然而,作为设计实施方案,无法实现整面的涂层以达到保护或光学上更致密的装饰的目的。
本发明的目的尤其涉及提供玻璃基底或玻璃陶瓷基底,优选具有低热膨胀系数的玻璃基底或玻璃陶瓷基底,其中所述基底包含涂层。
本发明的另一个方面涉及提供涂层,所述涂层包含孔并且是自密封的。
本发明的另一个方面包括用此类层涂覆玻璃基底或玻璃陶瓷基底的方法。
本发明的目的通过独立权利要求的主题实现。优选的实施方式可以在从属权利要求中找到。
本发明的玻璃基底或玻璃陶瓷基底设置有包含闭孔的涂层,其中所述涂层形成为针对流体(例如水或还有水蒸气)通过的阻挡。
本发明因而提供了一种玻璃基底或玻璃陶瓷基底,其具有包含闭孔的涂层,其中所述涂层形成为针对流体进入和通过的阻挡并且表现出阻挡效果。
这样,例如在预期的使用中,与涂覆的基底接触的流体在所述涂层自身中被无干扰地看到。特别是,这防止了流体渗入到涂层中,使得所述涂层几乎是“防水的”。因此,在本发明的意义上,如果水蒸气不能穿过涂层,则该图层被称为“防水的”或防H2O的。
这对于整面涂层而言是尤其有利的,因为根据本发明的涂层可以以底面或背面涂层的形式布置,例如可以转向炉内侧,并且因此在按照预期的使用中布置在玻璃基底或玻璃陶瓷基底的背向使用者的一侧上。在这种情况下特别有利的是,当从外部(即从玻璃基底或玻璃陶瓷基底的与涂层相反的一侧)来观察时不能看到冷凝水或冷凝水的阴影。
但是,总体而言,还可能且甚至可优选的是,不是整面地、而是例如仅仅以40%以上的覆盖度(例如用于壁炉观察玻璃窗的框架打印或用于烤箱玻璃板)来施加根据本发明的涂层。
如果基底形成为透明的、非整体着色的基底,则涂层的阻挡作用例如可以在如下测试中确定:在测试中将一滴流体介质(例如水)施加到涂层上并且随后持续作用至少10秒并且在作用完成之后擦掉,其中在透过基底观察涂层时不能原样辨别出液滴的作用区域,则通过测试。
这样的测试方法通常称为视觉测试,并且按照相关标准,即DIN EN 1330-10、DIN25435-2以及DIN EN 13018来进行。在当前情况下,优选由测试者进行直接或间接的视觉测试。在直接视觉测试的情况下,用测试者的眼睛与待测试表面之间不间断的光束路径来进行测试,相反,在间接视觉测试的情况下,光束路径是中断的,这是因为通过适合的照片或视频技术对待测试面进行检测。另外,优选根据DIN EN 13018的局部视觉测试,在局部视觉测试中限定了最小光照度、与待测试面的距离以及测试者的视角。
在测试中使用的最小光照度在距离小于600mm的测试面上为至少500lx。测试者的视角为至少30°。测试者优选满足相关标准(如DIN EN 13018和EN473)中规定的要求。
这样的测试方法是尤其优选的,因为它能够容易地适合于涂覆的玻璃基底或玻璃陶瓷基底的相应应用领域。例如,通常根据所考虑的流体介质来选择作用时间并且作用时间也可以大于10秒。
在本发明的意义上流体优选包括液体(尤其是水)、水性液体、醇、基于这些液体或包含这些液体的液体(例如窗户清洁剂)和/或油以及水蒸气。
如上所述,用于由测试者执行视觉测试的优选方法,其目的在于确定根据本发明的涂层的水密封性或湿气密封性,所述方法包括以下步骤:
-将液体施加到所述基底的所述涂层的表面上的区域,
-使液体作用15秒,
-用干燥的布将所述液体的潮湿残留物擦掉,
-将所述基底翻转,从而使所述涂层布置在所述基底的背向测试者的一侧上,以及
-借助于视觉测试来检查在所述区域中或在与所述区域相邻的区域中是否可识别出颜色改变,其中
a)所述视觉测试在根据标准光源D65的日光下进行或者在如白炽灯、节能灯、荧光灯或发光二极管(LED)的照明下进行,
b)在距所述涂层、即距测试面小于600mm的距离处的照明强度为至少500lx,并且
c)所述测试者的视角在5°与90°之间、优选至少30°,其中在根据本发明的玻璃基底或玻璃陶瓷基底中,在透过所述基底观察所述涂层时可以无干扰地看到所述液滴的作用区域并且尤其不能原样辨别出所述作用区域。
上述视觉测试特别包括检查从基底的与经涂覆侧面相反的一侧是否可见水印和/或水渍。
上述视觉测试步骤优选用不同液体(即流体)进行,所述液体包括水、醇和/或玻璃清洗剂(例如“Sidolin”或“Ajax”)。
所述玻璃基底或玻璃陶瓷基底优选具有低热膨胀系数,优选在20℃至700℃的温度范围内小于5*10-6/K的热膨胀系数。
在本发明的范围内,将根据ISO 7991在静态测量中测定的标称平均线性热膨胀系数称为热膨胀系数。
根据本发明的另一个实施方式,所述涂层形成为高温稳定的、自密封的涂层。
在本文中,当不需要其他涂层即具有可防止流体的渗入和穿过的足够的密封性时,涂层就被称为是自密封的。即所述层具有针对流体的阻挡作用。根据本发明的实施方式的包含孔的涂层因此形成为自密封的,例如形成为针对流体通过的阻挡。
另外,对温度高度稳定的涂层的特征在于,当在加热板上使用时,在通过IR辐射或感应加热对其正常的、按照预期的加热的情况下在冷却之后与加热之前相比没有在颜色、对基底的粘附性或透射率方面的变化。
因此,在本发明的范围内,尤其将以下涂层称为对高温稳定的:所述涂层在热负载(例如如上所述用于检验IR辐射加热器适应性或感应适用性的负载)之后,在热负载之前的状态与热负载之后的状态之间在测量准确度的范围内没有例如透射率的显著偏差,尤其在可见光的波长范围内(在约380nm波长至小于等于700nm)与τ可见(在线透射率)的显著偏差、强度(尤其用落球测试的值测定的强度)的显著偏差、和/或针对流体通过的阻挡作用的显著偏差。
在本发明的范围内,术语层或涂层以同义使用,除非有另外明确说明,否则层与涂层一样均被分别认为是通过向基底上施加涂层材料(例如印刷油墨)而获得的材料层,即因此层和涂层分别都是通过涂覆方法获得的材料层。
在本发明的范围内,基底理解为其表面被修饰或待修饰的产品。特别是,基底理解为其表面待涂覆或被涂覆的产品。
在本发明的范围内,基底一般比施加到基底上的层或涂层更厚。一般可以假定,层具有至多500μm的厚度。相反,基底具有1mm以上的厚度。
当在笛卡尔坐标系的一个空间方向上基底的空间延伸比在与这一空间方向垂直的其他两个空间方向中小至少一个数量级,则所述基底被理解为是板状的。在此,产品(如基底)的最小的侧向尺寸一般被称为厚度,另外两个侧向尺寸一般被称为长度和宽度。产品(如基底)的侧向尺寸通过限定产品的表面来确定。如果产品(例如基底)形成为板状的,则产品一般具有两个主表面,这些主表面垂直于产品(如基底)的厚度布置。依据精确的空间布置,在水平存放产品(如基底)的情况下,这些主表面称为上侧(面向观察者)和下侧(产品例如基底的背向观察者的一侧);相反,在产品(如基底)竖直存放的情况下,通常称为正面(面向观察者或使用者)和背面(背向观察者或使用者)。
在本发明的意义上,基底例如可以作为平坦的或弯曲的板存在。
颜料一般理解为着色剂,即着色的物质。与染料不同,所述着色的物质由颗粒组成并且因此实际上不溶于应用介质中。颜料可以根据其化学结构(无机或有机)、其光学特性(白色、彩色、黑色、有效果)以及其技术特性(防腐、磁性)来区分。颜色刺激来自可见光的某些频率部分的吸收和漫反射(散射或反射)。与颜料的特性相关的还有固体特性,如晶体结构、晶体变形、粒径和粒径分布、最后还有比表面积。
另外,已知用于产生特定光学效果、尤其产生金属外观的颜料。这样的颜料也被称为效果颜料。效果颜料包含例如由金属、云母或玻璃或其他无机的、通常透明的材料(例如SiO2或Al2O3)形成的小片或薄片。通过这种透明小片的涂层的特定设计,不仅可以出现特定的反射,而且还可以由于干涉作用而出现彩色效果。在此情况下,用于产生特定效果的涂层材料包括SiO2和TiO2。在某些情况下,还使用自身吸收的材料(例如包含铁的氧化物)作为涂层。
此类效果颜料的例子为商标“Iriodin”的基于云母的效果颜料。
在本发明的范围内,悬浮液理解为固体成分在液体中的浆液。术语悬浮液的实例尤其包括浆液,其中浆液为基于固体含量在液体中基本上即至少95重量%的无机材料的浆液。液体自身可以为水性的,但是也可以为有机的,例如包含有机溶剂。通常,相对于浆液的总重量,这种浆液具有40重量%与80重量%之间的固体含量。
在本发明的意义上,术语悬浮液示例性地还包括印刷颜色或印刷糊剂,所述印刷颜色或印刷糊剂具有10:12至10:2.5的糊化比(粉末:介质)以及在200/s的转速下在2000与10000mPas之间的粘度(用板式粘度计测定)。
Tg是指玻璃温度或玻璃的转变温度。转变温度Tg是通过在用5K/分钟的加热速率测量时膨胀曲线的两个分支的切线的交点来确定。这对应于根据ISO7884-8或DIN 52324的测量方法。
例如,本发明的涂层可以包括玻璃釉或瓷釉。通常,玻璃釉是指由清澈或着色的玻璃(也被称为玻璃流)组成的涂覆物质。除了玻璃流之外瓷釉还包括例如彩色颜料和/或效果颜料的材料的涂覆物质。
玻璃釉和瓷釉自长久以来就都是已知的。为了避免在烧制时变形,一般在低于待涂覆基底的软化温度的温度下将其烧制,其中玻璃流的各个组成熔融并且与待涂覆基底的表面稳定结合。烧制还用于使所加入的有机助剂挥发,所述有机助剂例如用作用于施加所述涂覆物质的悬浮剂。
在涂覆具有5*10-6/K以上的热膨胀系数的玻璃基底或玻璃陶瓷基底时,可以找到具有匹配的热膨胀系数的玻璃釉或瓷釉。然而对于具有低热膨胀系数的基底,这是不可能的。因为,为了避免基底的强度大幅度降低,本发明的涂层被设计为包含孔。为此,本发明的悬浮液除了玻璃粉末之外还包含在温度升高时分解同时产生挥发性物质的试剂。
根据一个实施方式,例如,本发明的包含闭孔的涂层因此还可以形成为泡沫瓷釉。
根据本发明的另一个实施方式,所述基底为板状的,其中所述基底的厚度在至少1mm与至多10mm之间,优选在至少2mm与至多5mm之间,且特别优选在至少2mm与至多4mm之间。
根据另一个实施方式,所述包含闭孔的涂层布置在所述基底的在按照预期的使用中背向使用者的侧面上。尤其是这样的涂层可以布置在观察玻璃窗(如烤箱门观察玻璃窗或者壁炉或炉观察玻璃窗)的背面上。
所述涂层优选以横向结构化的方式施加,使得所述玻璃基底或玻璃陶瓷基底的至少一个区域不含所述涂层。例如当在基底处布置有光电显示元件(例如显示器)时这是有利的。
发明人假定,与不包括孔或仅包括非常少的孔、尤其不包括闭孔或仅包括非常少的闭孔的涂层相比,根据本发明的包括闭孔的涂层具有一定的IR反射,所述IR反射的形式为一侧,特别是观察窗的未涂覆的正面(在烤箱门的情况下为背向烤箱内部的侧面,或在壁炉的情况下为背向壁炉的侧面)的温度降低,所述观察窗例如烤箱观察窗(如烤箱门的观察玻璃窗)或壁炉或炉子中的观察窗。
根据本发明的另一个实施方式,所述涂层包含着色剂和/或效果剂,尤其彩色颜料和/或效果颜料,优选IR反射彩色颜料。
作为颜料例如可以使用金属氧化物形式的着色颜料,尤其具有尖晶石结构的金属氧化物,例如含钴的尖晶石,尤其钴铝氧化物/尖晶石、钴铝锌氧化物/尖晶石、钴铝硅氧化物/尖晶石、钴钛氧化物/尖晶石、钴铬氧化物/尖晶石,钴铝铬氧化物/尖晶石、钴镍锰铁铬氧化物/尖晶石、钴镍锌钛铝氧化物/尖晶石、铬铁镍锰氧化物/尖晶石、钴铁铬氧化物/尖晶石、镍铁铬氧化物/尖晶石、铁锰氧化物/尖晶石、铜铬尖晶石、锆硅铁氧化物/尖晶石、以及其他氧化物,例如铁氧化物、铁铬氧化物、铁铬锡钛氧化物、镍铬锑钛氧化物或钛氧化物。当然,这些颜料的混合物也是可能的,尤其用于实现特别的彩色印象。同样可以使用石墨作为颜料。
根据本发明的一个实施方式,所述涂层可以包含IR反射彩色颜料。IR反射彩色颜料在此尤其理解为在1500nm的波长下具有至少50%漫反射率(Remission)的彩色颜料。由于对红外(IR)辐射的高漫反射率,因此大部分热辐射被漫反射或者漫反射率在此根据测量标准ISO 134 68测定。
此外,在这个改进方案中所述颜料具有至少20%的TSR值。TSR值(总太阳能反射率)在此给出在200nm至2500nm的波长范围内被反射的电磁波的百分比的信息,并且根据测量标准ASTM G 173测定。
在此已经显示出,与长波热辐射相比,颜料的高TSR值还影响由所述糊剂制备的涂层的漫反射行为。在此高TSR值是有利的,以便获得对热辐射(即在1至4μm范围内的电磁辐射)的高漫反射率。这是令人惊讶的,因为热辐射的波长范围和与测定TSR值相关的波长范围仅部分重叠。作为对于太阳辐射的透射率值的TSR值尤其涉及200nm至1000nm的波长范围,并且因此涉及明显更短的波长。
根据一个实施方式,所述糊剂具有至少一种IR反射颜料,所述IR反射颜料具有至少25%的TSR值。替代地或附加地,所述颜料在1500nm的波长下具有根据ISO 134 68测量的至少60%或甚至至少70%的漫反射率。
一个实施方式提出,所述IR反射颜料的颗粒具有d50值在0.5μm至2μm范围内的的粒径分布。较小的粒径使得即使在用小网眼的丝网(例如纱线数量为77条纱线/cm或甚至100条纱线/cm的丝网)的情况下也可以施加糊剂,使得借助于丝网印刷采用所述糊剂可以产生具有高图形分辨率的涂层或装饰物。此外,所使用的丝网的网眼尺寸以及油比例和粉末密度决定了焙烧(Einbrand)之后的涂层的厚度。根据一个优选实施方式,所述IR反射颜料具有d50值在0.8μm至1.8μm范围内的粒径分布。根据一个实施方式,所述IR反射颜料具有比表面积在1.1至8m2/g范围内、优选在1.8至4.5m2/g范围内的颗粒。
在下表中示例性地详述了在丝网印刷时使用的若干丝网。
含颜料的涂层旨在尽可能地反射或漫反射辐射,以便以此方式提供相应涂覆的基底的尽可能少受热的玻璃或尽可能少受热的玻璃陶瓷。与此相对地,在本发明的范围内,在对应于温度约150℃至最大500℃的波长范围内的反射和漫反射应尽可能高。
对于在不同波长下的发射功率,分别假定所述功率以黑体辐射的形式存在,其中发射光谱通过温度信息来定义。因此当前所公开的温度可以以高准确度与黑体辐射物的对应光谱相关联。
具有涂层的玻璃基底或玻璃陶瓷基底的这种设计意味着能够以此方式控制热辐射的反射率。当将玻璃基底或玻璃陶瓷基底例如设计为炉(如烤箱)的观察窗或壁炉观察窗或例如设计为其他燃烧室的观察窗时,这是特别有利的。通过设计包括IR反射彩色颜料的涂层,可以提高热辐射(即IR辐射)向炉腔内(例如向烤箱内或向壁炉内或向燃烧室内)的反射率。以此方式例如可以使燃烧过程更高效,或者可以减少例如炉的能耗,因为较少的热辐射通过玻璃板散发到外部。通过这样的设计可以进一步降低涂覆的玻璃基底或玻璃陶瓷基底的正面处的温度。
已经显示出,尤其含铬的彩色颜料具有此类的IR反射特性,所述含铬的彩色颜料例如含铬的铁氧化物、含铬的赤铁矿和/或铬铁镍尖晶石和/或亚铬酸钴尖晶石和/或铟锰钇氧化物(Indiummanganyttriumoxid)和/或铌硫锡氧化物和/或钛酸锡锌和/或钛酸钴尖晶石。优选使用具有黑色或黑褐色的IR反射彩色颜料。
相应的颜料尤其具有高热稳定性和针对糊剂中的玻璃粉末的玻璃成分的高化学惰性,这在将糊剂烧制以制备相应的瓷釉涂层方面是特别有利的。因此,根据一个实施方式,最大的可能的烧制温度不受颜料稳定性的限制。在本发明的一个改进方案中,这能够在500至1000℃范围内的高温下将玻璃基底或玻璃陶瓷基底上的糊剂烧制,使得在所述层的烧制过程中可以将玻璃基底热钢化。
已经证明使用含铬的彩色颜料作为IR反射彩色颜料是特别有利的。所述涂层优选包含含铬的铁氧化物、含铬的赤铁矿和/或铬铁镍尖晶石作为IR反射彩色颜料。这些彩色颜料在其光谱特性方面、尤其在IR范围内的漫反射率方面以及在其温度稳定性方面已经被证明是有利的。在此,这些彩色颜料的温度稳定性不仅与涂覆的基底的用途(例如用在炉门还是在壁炉观察玻璃窗中)相关,而且还与相应涂层的制备过程相关,所述制备过程包括在500℃至1000℃范围内的温度下烧制。
IR反射彩色颜料优选具有黑色或黑褐色的颜色。IR反射彩色颜料尤其选自由元素颜料Cl棕29、Cl绿17和黑CI 7的组成的组。
根据本发明的一个实施例,包含在所述糊剂中的玻璃粉末具有d50值在0.1μm与3μm范围内且尤其在0.1μm与2μm之间的范围内的粒径分布。相应的粒径确保在烧制过程期间颜料的均匀分布以及在很大程度上形成均匀的玻璃层。
糊剂中的玻璃优选包含氧化锌和/或氧化铋。在此已经证明玻璃粉末具有在0.1至70重量%范围内的氧化锌含量且尤其在0.1至30重量%范围内的氧化锌含量是特别有利的。替代地或附加地,所述玻璃粉末包含0.1至70重量%且尤其8至70重量%的氧化铋。在上述实施方式中,氧化锌或氧化铋的含量对玻璃的软化温度具有特别有利的影响。根据这个实施方式的改进方案,所述玻璃粉末具有在500至950℃范围内的软化温度。软化温度优选小于800℃、或者甚至小于750℃且特别优选小于680℃,但是大于450℃。由于低软化温度,即使在低烧制温度下,也可由玻璃粉末形成均匀的玻璃基质或玻璃流。因此,可以用糊剂来涂覆具有不同玻璃组成(并且因此具有不同软化温度)的玻璃基底,而在烧制过程中不会降低待涂覆的玻璃基底的粘度。
另外,玻璃中氧化铋的含量提高了相应的涂层(即用所述糊剂制备的涂层)的耐化学性。
由于在涂覆的基底的涂层中的玻璃基质或玻璃流具有与糊剂中的玻璃粉末相同的组成,关于玻璃粉末的组成的信息相应地也适用于在若干实施方式或改进方案中的涂层中的玻璃基质的组成。
根据这个改进方案的一个实施方式,在所述糊剂中的玻璃粉末或相应涂层的玻璃基质具有以下以重量%计的组成:
所述玻璃优选具有的最小Al2O3含量为0.2重量%、优选至少2重量%。替代地或附加地,所述玻璃具有的B2O3含量为至少1重量%、优选至少5重量%。
另外已经证实为有利的是,所述玻璃包含至少1重量%的碱金属氧化物,所述碱金属氧化物选自由Na2O、Li2O和K2O或这些氧化物的混合物组成的组。
替代地或附加地,所述玻璃包含至少1重量%的其他氧化物或氧化物混合物,所述其他氧化物或氧化物混合物选自由CaO、MgO、BaO、SrO、ZnO、ZrO2和TiO2组成的组。
根据另一个改进方案,所述玻璃具有以重量%计的以下组成:
在所述改进方案的一个优选实施方式中,所述玻璃具有的最小SiO2含量为10重量%、优选至少15重量%。替代地或附加地,所述玻璃具有的最小Bi2O3含量为至少5重量%、优选至少10重量%。替代地或附加地,所述玻璃包含至少1重量%、优选至少3重量%的B2O3。碱金属氧化物Na2O、Li2O和K2O的总含量优选为至少1重量%。
特别地,包含在糊剂中的玻璃或对应涂层中的玻璃流可以为无碱金属的玻璃、含碱金属的玻璃、硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃、锌硅酸盐玻璃、锌硼酸盐玻璃、硼锌硅酸盐玻璃、铋硼硅酸盐玻璃、铋硼酸盐玻璃、铋硅酸盐玻璃、磷酸盐玻璃、锌磷酸盐玻璃、铝硅酸盐玻璃或锂铝硅酸盐玻璃。根据本发明的一个实施方式,所述糊剂具有玻璃粉末,所述玻璃粉末具有不同的玻璃组成。
根据这个改进方案的一个实施方式,所述涂层在1500nm的波长下具有根据测量标准ISO 134 68测量的至少35%的漫反射率。
在此已经显示出,涂层中颜料的高TSR值还影响所制备的涂层对热辐射的漫反射行为。在此,已经证明高TSR值对于200至475℃温度范围的热辐射的漫反射而言是有利的。这是令人惊讶的,因为上述温度范围的相应波长在1μm至4μm的范围内具有其最大值,相反,TSR值涉及具有在200nm至1000nm范围内的明显更短波长的太阳光谱。根据一个优选的实施方式,所述颜料具有的TSR值为至少25%。
在此,所述颜料均匀分布在玻璃基质(下文中也称为玻璃流)中。根据一个实施方式,所述颜料具有d50值在0.5μm至2μm范围内、优选在0.8μm至1.8μm范围内的粒径分布。根据这个实施方式,所述颜料因此具有低于待反射的热辐射的波长的粒径。出人意料地,所述层对于在IR范围内的辐射仍然显示出高漫反射率。因此,本发明的层在1500nm的波长下具有至少35%的漫反射率。根据一个优选的实施方式,在1500nm下的漫反射率为至少40%或甚至至少45%。
在另一个实施方式中,涂层具有至少一种第一颜料和IR反射彩色颜料。特别地,通过第二IR反射彩色颜料可以设置涂层的颜色位置。所述涂层优选包括亚铬酸钴尖晶石、铟锰钇氧化物、铌硫锡氧化物、钛酸锡锌和/或钛酸钴尖晶石作为第二IR反射彩色颜料。已经证明特别有利的是使用选自由元素Cl颜料蓝36、Cl颜料蓝86、Cl颜料黄227、Cl颜料黄216、Cl颜料绿26和Cl颜料绿50组成的组中的一种彩色颜料。
第二IR反射颜料在所述涂层中的比例优选为0.75至18.5重量%、特别优选4.5与14重量%。根据一个实施方式,第二颜料的体积与第一颜料的体积之间的体积比为0.03至0.6、优选0.05至0.56且特别优选0.14至0.47。
通过这样的设计,除了进一步降低涂覆的玻璃基底或玻璃陶瓷基底的正面处的温度之外,还能够通过第二IR反射颜料设置涂层的颜色位置。
优选使用小片状或棒状的颜料作为效果颜料,例如例如基于云母或Iriodin的颜料。
所述基底有利地包含氧化玻璃或氧化玻璃陶瓷,优选硅酸盐玻璃或硅酸盐玻璃陶瓷,特别优选锂铝硅酸盐玻璃陶瓷。
根据另一个实施方式,所述基底包括钙钠玻璃或硼硅酸盐玻璃。优选将所述玻璃热钢化以提高强度。
所述涂层还可以包括有机物质。这些通常是有机化合物的不完全分解的残余物,所述有机化合物例如以溶剂形式加入悬浮液中。还可以是不完全分解的基于有机物的发泡剂。根据一个实施方式,所述涂层基本上是无机的。在此,基本上是无机的是指,所述涂层包括至少95重量%的无机成分、优选至少98重量%无机成分,以及特别优选至少99重量%的无机成分。非常特别优选地,涂层的无机成分的比例为99.9重量%以上。
根据本发明的另一个实施方式,将所述基底以及所述涂层的热膨胀系数互相匹配,使得在20℃至700℃的温度范围内所述涂层的所获得的热膨胀系数和所述基底的热膨胀系数彼此相差不超过4*10-6/K。
在此,在涂层方面所关注的是所获得的热膨胀系数,因为涂层一般为包括具有不同膨胀系数的材料的不均匀材料,尤其包括玻璃流以及孔和任选地颜料和/或其他成分。因此,由于包括孔的结构以及涂层的各个成分的热膨胀系数而产生的所获得的热膨胀系数不是显著的。
根据本发明的一个实施方式,涂层的所获得的热膨胀系数具有在最大9*10-6/K与最小3*10-6/K之间的值。
例如玻璃陶瓷可以形成为透明的、非整体染色的玻璃陶瓷。例如,玻璃陶瓷可以具有选自以重量%计的以下组成范围内的组成:
例如,玻璃基底可以具有选自以重量%计的以下组成范围内的组成:
另外,例如,可以使用基于钙钠玻璃、铝硅酸盐玻璃或硼硅酸盐玻璃的基底。优选将述玻璃热钢化或化学钢化以提高强度。
根据本发明的一个实施方式,所述涂层的厚度在最小0.1μm与最大500μm之间、优选最小1μm与最大100μm之间、特别优选在最小1.5μm与最大20μm之间。
根据本发明的另一个实施方式,设计所述基底使得所述涂层形成为对于在380nm至780nm的波长范围内的电磁辐射是基本上不可透过的,尤其在按照预期的使用中使得布置在所述基底下方的部件不可见。
当在可见光(约380nm波长至小于或等于700nm)波长范围内的τ可见(在线透射率)为小于10%的值时,涂层形成为基本上不可透过的,也称为“不可透视的(blickdicht)”。
本发明的另一个方面涉及一种方法,通过所述方法能够涂覆玻璃基底或玻璃陶瓷基底,优选涂覆具有低热膨胀系数的基底,优选涂覆在20℃至700℃的温度范围内具有小于5*10-6/K的热膨胀系数的基底。在此,所施加的涂层形成为包括孔,从而存在形成为阻挡流体通过的涂层。
在此,所述方法包括以下步骤:
a.制备悬浮液。悬浮液包含玻璃粉末和温度升高时分解从而产生挥发性物质的试剂。
示例性地,其中包含解离出气体的试剂。优选设计试剂使得在玻璃流的粘性熔体的温度范围内其阴离子形成气体,并且试剂的阳离子被结合到玻璃基质中而不影响所希望的特性。这样的试剂也被称为发泡剂或起泡剂。
特别地,作为发泡剂可以考虑包含碳化物、碳酸盐或碳酸氢盐以及锰化合物的试剂。形成为氢氧化物和/或包含结晶水的物质也可以用作发泡剂。例如,这包括盐、粘土矿物、硼酸盐或铝酸盐。还可以考虑磷酸盐或硫酸盐作为发泡剂。所述的示例性发泡剂可以单独使用或以混合物使用。
除了所述的无机物质之外还可以使用有机物质作为发泡剂。例如,这包括在这里所考虑的温度下分解同时形成气体的物质,尤其是酒石酸盐(如碳酸氢钾),还有糖、木屑、小麦粉或淀粉。
某些氧化物也分解,同时解离出气体,例如氧化铈(IV)或氧化锰(IV)。
一般而言,发泡剂或起泡剂理解为在温度升高时分解,同时形成至少一种在发泡剂的分解温度下挥发性的物质的试剂。挥发性物质在此尤其理解为气体。然而在此应注意,可能的是,在分解温度下产生的挥发性物质可能在经涂覆的基底冷却到室温之后以不同的聚集状态存在。例如,如果在分解温度下从发泡剂形成水蒸气作为挥发性物质,则可能在涂覆的基底冷却之后在孔中不再存在水蒸气,而是存在液态水。
因为根据本发明通过发泡剂的分解产生的孔形成为封闭的,所以假定在分解温度下为挥发性的物质可以至少部分存在于涂层的孔中。然而,它不一定必须呈挥发性形式。例如还可能的是,在分解温度下挥发性的物质在室温下作为冷凝物存在。
可以单独地或组合地使用的合适发泡剂的实例可以从下表中得知。
已经显示出,用包含碳酸盐和/或磷酸盐的发泡剂实现了特别有利的结果,尤其在0.1μm与500μm之间的涂层的层厚度下。
另外,用包含淀粉的发泡剂可以实现有利的结果。尤其已经显示出,大米淀粉、玉米淀粉和土豆淀粉特别适合作为发泡剂。
孔的空间构型或形状可以受相应的所使用的发泡剂影响。在此可以获得多孔瓷釉,该多孔瓷釉具有大体上对称结构孔的多孔瓷釉以及具有各向异性形成的孔。因此,在本发明的一个实施方式中,所述糊剂包含碳酸钙作为发泡剂。由此,在这个实施方式中,在烧制糊剂时产生的孔具有对称的或至少基本上对称的结构,其中这些孔基本上形成为球形并且具有圆形或至少基本上圆形的横截面。下表示出了不同的发泡剂以及由其获得的孔形状。
玻璃粉末示例性地选自以重量%计的以下组成范围:
所述玻璃在此有利地包含的最小Al2O3含量为1重量%、优选至少2重量%。
根据另一个有利的实施方式,所述玻璃包含至少1重量%、优选至少5重量%的B2O3。
根据另一优选实施方式,所述玻璃包含至少1重量%的碱金属氧化物,所述碱金属氧化物选自由Na2O、Li2O和K2O或这些氧化物的混合物组成的组。
根据另一优选实施方式,所述玻璃包含至少1重量%的其他氧化物或氧化物混合物,所述氧化物选自由CaO、MgO、BaO、SrO、ZnO、ZrO2和TiO2组成的组。
根据另一个实施方式,玻璃选自以重量%计的以下组成范围:
玻璃流还可以选自以下玻璃类型:无碱金属的玻璃、含碱金属的玻璃、硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃、锌硅酸盐玻璃、锌硼酸盐玻璃、硼锌硅酸盐玻璃、铋硼硅酸盐玻璃、铋硼酸盐玻璃、铋硅酸盐玻璃、磷酸盐玻璃、锌磷酸盐玻璃、铝硅酸盐玻璃或锂铝硅酸盐玻璃。
当然还可能的是,所述玻璃粉末包含不同玻璃的混合物。
在制备悬浮液时可能的是,首先仅仅将玻璃粉末引入悬浮剂中。悬浮剂形成为液体并且可以例如包含水。悬浮剂优选包含溶剂,例如有机溶剂。溶剂优选具有小于10bar、优选小于5bar并且特别优选小于1bar的蒸气压。溶剂例如包含水、正丁醇、二乙二醇单乙醚、三丙二醇单甲醚、萜品醇和乙酸正丁酯、正-(正丁氧基乙氧基)乙醇、正甲氧基-甲基乙氧基-丙醇、正甲氧基-甲基乙氧基-丙醇,它们可以单独地或以混合物形式存在。还可以使用所谓的可商购的丝网印刷油。
为了能够设定所希望的粘度,使用相应的添加剂,所述添加剂可以是无机或有机的。有机添加剂包括例如羟乙基纤维素和/或羟丙基纤维素和/或黄原胶和/或聚乙烯醇和/或聚亚乙基醇(Polyethylenalkohol)和/或聚乙二醇,嵌段共聚物和/或三嵌段共聚物和/或树脂(Baumharze)和/或聚丙烯酸酯和/或聚甲基丙烯酸酯。
在将粉末引入到悬浮剂中之后,在下一个步骤中进行混合物的均匀化,例如在三辊机(Drei-Walzen-Stuhl)中均匀化。
另外可能的是,将包含例如发泡剂的另一种粉末引入到另一种悬浮剂中并且均匀化。随后可以将两种悬浮液彼此混合。
还可能的是,首先制备不同粉末的混合物,所述混合物例如包含玻璃粉末、发泡剂以及颜料,并且将这种混合物例如在滚筒(Taumler)中均匀化。随后可以将这种粉末如上所述地进行糊化。
悬浮液优选具有在200/s的剪切速率下用锥-板粘度计测量的在2000mPas至20000mPas之间、优选在2500mPas与15000mPas之间、特别优选在3000mPas至10000mPas之间的粘度。
b.将悬浮液施加到基底上,使得基底的至少一部分被悬浮液覆盖。
可以在整个面上将悬浮液施加到基底(例如玻璃基底或玻璃陶瓷基底、尤其具有低热膨胀系数的玻璃基底或玻璃陶瓷基底)上,但是也可以以特定图案的形式施加悬浮液。例如以此方式可以将图案或文字或其他格栅施加到基底上。
原则上,所有常见的液体涂覆方法都适合作为施加方法。例如可以在印刷方法、尤其丝网印刷、移印或喷墨印刷中施加悬浮液。在转印方法中施加也是可能的。还可以借助于喷涂、旋涂或辊涂进行施加。为了确保悬浮液的最优的可加工性,可以通过不同助剂(例如添加剂、溶剂或触变剂)将悬浮液适配于相应的施加方法。必需的的添加剂(大多数为有机添加剂)在烧制时挥发。
特别优选的施加方法包括喷墨印刷、平板印刷、移印、湿转印、丝网印刷、浸涂、辊涂、喷涂、刮涂、浇涂(Fluten)和旋涂。
c.优选在0℃与300℃之间的温度下,优选将步骤b中施加的悬浮液固定在基底上。
在步骤b中进行的将悬浮液至少部分施加到基底(例如玻璃基底或玻璃陶瓷基底,尤其具有低热膨胀系数的玻璃基底或玻璃陶瓷基底)上之后,优选将悬浮液固定在基底上。这可以例如通过在升高温度下(例如在0℃与300℃之间的温度下)的干燥步骤来进行,。悬浮液在基底上的固定在如下情况下是尤其有利的:在完成悬浮液向基底上的施加之后,必须将基底转移到另外的处理设备中,例如以便进行进一步的处理步骤。依据悬浮液的确切组成,作为用于固定的优选范围,在0℃与100℃之间以及在100℃与300℃之间的温度范围内已经被证明为优选的。
除了将悬浮液以纯粹热学方式固定在基底上之外,还可以通过IR辐射和/或通过UV辐射来辅助固定。还可以在适当调节悬浮液的情况下单独地通过IR辐射和/或UV辐射来进行固定。
d.将至少部分涂覆的基底在500℃与900℃之间、优选550℃与900℃之间的温度下退火,使得发泡剂分解从而形成至少一种挥发性物质并且在涂层中形成闭孔。
优选500℃与900℃之间、优选550℃与900℃之间的温度下进行退火。
在退火期间发泡剂可以分解,同时进行涂层在基底上的烧制。结果是形成了包含闭孔的涂层,所述涂层具有对基底的良好粘合。
e.将基底冷却到室温。
根据一个有利的实施方式,将涂层以横向结构化的方式以预定图案的形式施加到基底(例如玻璃基底或玻璃陶瓷基底,尤其具有低热膨胀系数的玻璃基底或玻璃陶瓷基底)上。以此方式可以非常简单地,例如标记烹饪区或将其中施加光电显示设备(例如显示器)的区域从涂层中排除出去。于是还可以非常简单地实现壁炉观察窗和烤箱的框架印刷和图案印刷。
另外可能有利的是,在施加悬浮液之后将非粘附性的覆盖物施加到所述层上并且所述覆盖物在退火过程中保留在所述层上。以此方式保持所述层厚度均匀。避免了干扰层不平坦或波纹的出现。“非粘附性”此时尤其是指如下覆盖物:所述覆盖物在完成退火之后可以基本上无残留地从涂层上取下。
悬浮液的施加有利地借助于印刷方法(例如借助于喷墨印刷、平板印刷、移印或丝网印刷、或者借助于辊涂、浇涂、浸涂、喷涂、刮涂或旋涂)来进行。
实施例
在下文中借助实施例详细阐释本发明。
在下表中总结了示例性玻璃系列的若干组成范围,从中有利地选择玻璃粉末用于根据实施方式的涂层。
玻璃系列1
重量% | 玻璃A | 玻璃B | 玻璃C | 玻璃D | 玻璃E | 玻璃F | 玻璃G | 玻璃H | 玻璃I | 玻璃J |
SiO<sub>2</sub> | 44-57 | 53-63 | 57-62 | 47-52 | 40-50 | 63-73 | 50-66 | 45-60 | 45-75 | 25-70 |
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 5-25 | 15-25 | 5-8 | 2-6 | 9-15 | 0-7 | 0-20 | 6-17 | 1-10 | 0-20 |
B<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 0-27 | 15-22 | 18-23 | 17-21 | 10-15 | 12-29 | 0-8 | 0-10 | 10-30 | 10-30 |
Li<sub>2</sub>O | 0-10 | 2-7 | 2-6 | 3-5 | 0-4 | 0-6 | 0-12 | 0-7 | 0-5 | 0-7 |
Na<sub>2</sub>O | 0-10 | 0-1 | 0-1 | 1-5 | 1-4 | 0-8 | 7-15 | 0-7 | 0-10 | 0-20 |
K<sub>2</sub>O | 0-10 | 0-1 | 0-4 | 5-10 | 0-3 | 0-8 | 0-3 | 0-7 | 0-5 | 0-5 |
CaO | 0-4 | 1-4 | 1-2 | 0-2 | 0-3 | 0-5 | 0-10 | 0-12 | 0-4 | 0-5 |
MgO | 0-3 | 1-4 | 0-2 | 0-1 | 0-3 | 0.1-5 | 3-8 | 0-9 | 0-4 | 0-3 |
BaO | 0-4 | 0-1 | 0-2 | 0-2 | 16-24 | 0-5 | 0-15 | 13-27 | 1-10 | 0-2.5 |
SrO | 0-4 | 1-4 | 0.5-2 | 0-1 | 0-2 | 0-4 | 0-4 | 0-4 | 0-4 | 0-1 |
ZnO | 0-15 | 1-4 | 0-2 | 0-3 | 8-15 | 0-15 | 0-5 | 3-17 | 0-20 | 1-35 |
TiO<sub>2</sub> | 0-3 | 0-1 | 0-2 | 0-2 | 0-3 | 0-5 | 0-5 | 0-2 | 0-2 | 0-10 |
ZrO<sub>2</sub> | 0-7 | 1-4 | 2-5 | 0-2 | 0-4 | 0-5 | 0-5 | 0-7 | 0-7 | 0-2.5 |
As<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 0-1 | 0-1 | 0-1 | 0-1 | 0-1 | 0-1 | 0-1 | 0-1 | 0-1 | 0-1 |
Sb<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 0-1.5 | 0-1 | 0-1 | 0-1 | 0-1.5 | 0-1 | 0-1 | 0-1 | 0-1 | 0-1 |
F | 0-3 | 0-1 | 0-1 | 0-1 | 0-1 | 0-1 | 0-1 | 0-1 | 0-2 | 0-3 |
Cl | 0-1 | 0-1 | 0-1 | 0-1 | 0-1 | 0-1 | 0-1 | 0-1 | 0-1 | 0-1 |
玻璃系列2
重量% | 玻璃K | 玻璃L | 玻璃M | 玻璃N | 玻璃O | 玻璃P | 玻璃Q |
SiO<sub>2</sub> | 25-55 | 35-65 | 30-54 | 6-20 | 6-15 | 45-65 | 20-60 |
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 3-18 | - | 0-17.5 | 0-5 | - | 0-15 | 0-10 |
B<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 5-25 | - | 13-28 | 20-38 | 20-28 | 5-30 | 2-25 |
Li<sub>2</sub>O | 0-12 | 0-6 | 3-6 | - | - | 0-10 | 0-7 |
Na<sub>2</sub>O | 3-18 | 0-6 | 4-10 | - | - | 0-10 | 0-5 |
K<sub>2</sub>O | 3-18 | 0-6 | 0-2 | - | - | 0-10 | 0-2.5 |
CaO | 3-17 | 0-12 | 0-6 | - | - | 0-5 | 0-1 |
MgO | 0-10 | 0-12 | 0-4 | - | - | 0-5 | 0-1 |
BaO | 0-12 | 0-38 | - | - | - | 0-20 | - |
SrO | - | 0-16 | 0-4 | - | - | 0-16 | - |
ZnO | - | 17.5-38 | 3-13 | 35-70 | 58-70 | 0-35 | 0-15 |
TiO<sub>2</sub> | 0-5 | - | 0-2 | 0-5 | - | 0-5 | 0-5 |
ZrO<sub>2</sub> | 0-3 | - | 0-2 | 0-5 | - | 0-5 | 0-2.5 |
Bi<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | - | - | - | 0-20 | - | 0-20 | 10-75 |
CoO | - | - | - | 0-5 | - | - | - |
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | - | - | - | 0-5 | - | - | - |
MnO | - | - | - | 0-10 | 0.5-1 | - | - |
CeO<sub>2</sub> | - | - | - | - | 0-3 | - | |
F | - | - | 0-3.3 | 0-6 | - | - |
在下表中给出了四种实验玻璃的特征温度,其中在玻璃1和2的情况下有利地可以在所谓的一次烧制中进行施加涂层,即在所谓的生玻璃的热处理过程(生玻璃通过热处理而陶瓷化,即转化为玻璃陶瓷)中发生的烧制中进行。在玻璃3和4的情况下烧制有利地在所谓的二次烧制中进行,也就是说在单独的退火步骤中进行,所述退火步骤与基底的任何温度处理无关。
表:实验玻璃
在上表中详述的玻璃粉末在涂覆钙钠玻璃(KNG)基底或硼硅酸盐玻璃基底或铝硅酸盐玻璃基底的期间的可加工性方面以及在相应涂层的光学、机械和化学特性方面已经被证明为特别有利的。
“EW”为所谓的软化温度,VA为加工温度。在第二列中给出了粘度的十进制对数值(以dPas为单位)。温度分别以℃给出。
在下表中,在玻璃陶瓷基底上的不同涂层在它们的性质方面对其进行表征。
对于发泡剂以及颜料所给出的百分比值为总固体含量的体积%。另外给出了烧制温度。使用具有77目的丝网(即在1cm上具有77条纱线的丝网)通过丝网印刷获得层。
如果没有水蒸气穿过涂层,则该涂层称为“防水的”或防H2O的。这对于整面涂层而言是尤其重要的,因为这些涂层通常以底面或背面涂层的形式施加朝向炉内侧,即在按照预期的使用中,布置在玻璃基底或玻璃陶瓷基底的背向使用者的一侧上。在此情况下,应不能从上方看到冷凝水或冷凝水阴影。
对于所述层形成为底面涂层或背面涂层的情况,即布置在玻璃基底或玻璃陶瓷基底的在按照预期的使用中背向使用者的一侧上的涂层,例如壁炉观察窗或炉观察窗的背面涂层,例如在炉门的情况下,可能重要的是,由使用者看来位于所述基底后方的区域在观察时不可见。因此,这样的背面涂层有利地应尽可能是不可透视的,或者至少还应存在以不可透视方式施加这样的背面涂层的可能性。在视觉测试中对其进行检验,其中布置在玻璃基底或玻璃陶瓷基底下方的物体与基底具有约12cm的距离。这种视觉测试检验对象是否能够从上方可见。在此,考虑用于进执行视觉测试的上述技术规则,其中用于直接的局部视觉测试的规则是优选的。
略微透明是指,一些光使位于下方的物体表现得略微可见。当在此测试中什么都不可见,则涂层称为不可透视。当在可见光(~380nm波长至<=700nm)波长范围内的τ可见(在线透射率)为小于10%的值时,涂层特别为不可透视或基本上不可透视。
另外,不透明度或光密度可以用透射光密度计(X-Rite 361TX)来测定。自至少2.5的值开始,玻璃板就可以称为不可透视,也就是说,在上述命名规则下,根据视觉测试不可见任何物体。
此外,列举了落球测试的值。这是一种用于测定机械强度的测试。为此,将至少5个样品(具有10×10cm2的横向尺寸以及约4mm的厚度)设置有示例性实施例的涂层。然后将样品放置到覆有橡胶的支撑框架上,其中确保橡胶支撑件不含玻璃碎片或类似的潜在损伤玻璃或玻璃陶瓷的颗粒,并且样品没有被夹持在框架处。然后将具有直径36mm且质量200g的钢球从5cm的下落高度开始自由下落到表面上。在此,下落高度可以在下落点处读取并且在钢球底部与样品顶部之间测量。然后每次将下落高度提高5cm,直至样品破裂。分别记录最后一次通过的下落高度。当最后一次通过的下落高度的平均值大于12.5cm时,则认为强度足够。
借助于Tesa测试来测定层的粘附性。为此将Tesa条放置到层上并且压紧。随后将Tesa条剥离。如果没有脱离,则测试通过。
对于玻璃1和2,相应的实施例可以在下表中找到。
层厚度基本上由施加方式同时确定。例如,在丝网印刷时,所获得的层厚度取决于丝线数以及糊化比(APV)。丝线数对根据实施方式的涂层的影响可以在下表中找到。另外,在此,对于特定涂覆体系,还研究了发泡剂含量的影响。层厚度分别以μm给出。在较小的APV(例如10:3)的情况下,在相同的丝网尺寸下,层厚度相应地提高了最多3倍。
在借助于刮涂施加层时也可以改变所获得的层厚度。在此,数值可以在下表中找到。
刮刀间隙宽度设定值 | 发泡之后(μm) |
30μm | ~15-30 |
100μm | ~40-55 |
250μm | ~100-150 |
500μm | ~130-250 |
对于悬浮液的第一种方案,组成可以在下表中找到。
S-0001 | 固体 | 溶剂 | 分散剂 | 粘合剂 | 增塑剂 |
密度(g/cm<sup>3</sup>) | 2.58 | 1.2 | 1.1 | 1.073 | |
体积% | 30.0 | 57.4 | 0.4 | 7.0 | 6.0 |
重量% | 56.1 | 33.9 | 0.3 | 5.5 | 4.2 |
在此,在标注为“密度”的行中详述了相应成分的密度。百分比数值分别相对于总悬浮液。
第二种示例性的悬浮液在下表中详述。
S-0002 | 固体 | 溶剂 | 分散剂 | 粘合剂 | 增塑剂 |
密度(g/cm<sup>3</sup>) | 2.58 | 1.2 | 1.1 | 1.073 | |
体积% | 45 | 31 | 5 | 10 | 9 |
重量% | 70 | 15.2 | 3.0 | 6.5 | 5.2 |
上述两种悬浮液特别有利地适合于借助于刮涂工艺施加。
刮涂是一种抹擦式工艺。首先将过量漆料添加到基底表面上,然后用刮刀(限定了经定义的刮刀间隙)将涂层物质分布并且去掉过量部分。通过选择刮刀间隙来影响湿膜的层厚度。因此可以用刮涂方法涂覆较大的平坦表面。在刮涂情况下,涂层厚度仅受漆料体系的临界膜厚度限制。刮涂方法的特征在于:
-层厚度可以从4μm至临界膜厚度;
-仅适用于平坦表面;
-易于自动化(可以实现较大的工件数量);
-仅能完全润湿表面;
在此,刮涂方法包括以下步骤。
由玻璃、发泡剂和溶剂(例如包含蒸馏水H2O)制备悬浮液,其中:
1)将玻璃研磨至d50粒径~1-10μm;
2)将玻璃粉末与发泡剂(发泡剂含量为0.5体积%至40体积%、优选5体积%至30体积%、特别优选15至25体积%)和溶剂以及表面活性剂、分散剂、粘合剂、增塑剂和絮凝剂混合,以便获得粘度在2000mPas至8000mPas之间、优选在2500mPas至7000mPas之间、特别优选在3000mPas至6000mPas之间和固体含量为15体积%至50体积%、优选20体积%至40体积%、特别优选约35体积%的悬浮液。在此,分散剂、粘合剂、增塑剂等的添加量可以依据制造商和化学要求基于固体含量在0.25与25重量%之间变化。
a)溶剂包括水、有机溶剂(大多数情况为甲基乙基丙酮、三氯乙烯、丙酮、醇类、液态蜡、精炼石油、聚合物(例如PVB、PVA)及其混合物)并且用于使颗粒溶解或形成浆液。
b)可以使用表面活性剂(表面活性剂包括极性和非极性表面活性剂、离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂,例如乙氧基化的壬基苯酚或乙氧基化的十三烷醇、硬脂酸钠或二异丙基萘硫酸钠和十二烷基三甲基氯化铵)来改进用溶剂对颗粒的润湿。
c)使用液化剂/分散剂通过静电排斥(水基[水性]环境)或空间排斥避免了团聚。在水基环境中的无机分散剂例如基于碳酸钠、硅酸钠、硼酸钠和焦磷酸四钠。有机分散剂优选为聚丙烯酸钠、聚丙烯酸铵、柠檬酸钠、琥珀酸钠、酒石酸钠、聚磺酸钠或柠檬酸铵。
优选在工业陶瓷领域中使用的其他液化剂和分散剂例如基于不含碱金属的聚电解质、羧酸酯以及链烷醇胺。强聚电解质的实例为聚苯乙烯磺酸钠(阴离子型)或聚二烯丙基二甲基氯化铵(阳离子型);弱聚电解质的代表为聚丙烯酸(酸性)或聚乙烯亚胺(碱性)。聚电解质溶液的特性很大程度上由聚合物链上的等电荷基团的相互排斥作用来确定。
分散剂的其他例子为H2O、ROH、C7H8(甲苯)、C2HCl3(三氯乙烯),它们通过与粉末表面的相互作用而防止粉末颗粒的团聚或絮凝。
d)粘合剂/絮凝剂用于提高粘度或减缓颗粒的沉降。另外,通过粘合剂可以提高生坯的机械强度(对于注塑成型和压铸工艺是有利的)。可用的是胶体粘合剂(主要用在传统陶瓷的领域)和分子粘合剂(聚合物:离子型、阳离子型和阴离子型)。提及的合成粘合剂的例子:聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚甲基丙烯酸乙烯酯(PMA)和聚缩醛。植物基粘合剂的例子为纤维素、蜡、油或石蜡。
e)增塑剂用于将聚合物粘合剂的转变温度调节到低于环境温度的温度。其例子为残留水、PVB、PMMA、轻质二醇(聚乙二醇(PEG)、甘油)、邻苯二甲酸酯(邻苯二甲酸二丁酯DBP、邻苯二甲酸苄酯BBP)等。
3)通过刮涂技术在基底(例如玻璃陶瓷板)上施加至玻璃陶瓷。
4)将所施加的层在100-300℃下干燥。
5)在550-900℃、优选600-900℃下发泡并烧制。
通过刮涂方法进行涂覆的另一例子在下文中展示。
由玻璃、发泡剂和溶剂(蒸馏水H2O)制备悬浮液,其中:
1)将玻璃研磨至d50粒径~1-10μm。
2)将玻璃粉末与发泡剂(发泡剂比例为0.5体积%至40体积%、优选5体积%至30体积%、特别优选15至25体积%)混合。
3)制备悬浮液;为此,通过溶剂和分散剂将粉末解团聚;加入粘合剂并继续均匀化;将可浇注的悬浮液除气,分散剂、粘合剂等的添加量可以依据制造商和化学要求基于固体含量在0.25与25重量%之间变化。
可浇注的悬浮液是在PE容器(100或250ml的填充容积)中制备,并在滚筒混合器(Turbula,WAB AG,Basel,瑞士)中加入氧化铝研磨球(研磨球直径为约3&5mm)。将PE容器的约50%用悬浮液填充,研磨球比例为容器容积的约30%。
然后使用丝网(网眼尺寸0.224mm)将制成的可浇注的悬浮液进行筛分,以便去除仍存在的团聚物或未溶解的有机成分以及研磨球。
-悬浮液的固体含量为15体积%至50体积%、优选20体积%至40体积%、特别优选35体积%。
-在20s-1的剪切速率和35体积%的固体含量下粘度为2000mPas至8000mPas、优选2500mPas至7000mPas、特别优选3000mPas至6000mPas。
-悬浮液具有触变性。
在一个实施方案中,使用Mowiol(聚乙烯醇,Kuraray公司)作为临时粘合剂。使用不同的分子量:Mowiol 28-99=145000g/mol和Mowiol 4-88=131000g/mol。通过Mowiol的链长可以改变悬浮液的粘度。
在烧杯中放入水并且加热到90℃。在溶解器中持续搅拌下,向水中加入Mowiol、分散剂和增塑剂/粘合剂(粘结剂)。在将溶液搅拌20分钟之后,补充蒸发的水,使得混合比保持恒定。随后逐渐加入d50为~1.8μm和d99为~14μm的LAS玻璃陶瓷粉末。用溶解器搅拌分散体30分钟。
通过在额外装有ZrO2球(基于悬浮液体积为10%体积比例)的容器中在辊台上将悬浮液通过旋转进一步均匀化过夜。随后用筛网去除ZrO2球。将现在已大量起泡的悬浮液在旋转蒸发器上通过施加<50mbar的压力来除气。
重量% | |
溶剂 | |
1% | 流变添加剂 |
1% | 用于液体的粘合剂 |
0.07% | 暂时粘合剂 |
70% | 玻璃料+发泡剂 |
随后借助于丝网印刷将如此获得的悬浮液施加到玻璃陶瓷上。将层在100℃与300℃之间的温度下干燥。在最小550℃、优选最小600℃与最高900℃之间、特别优选最小650℃与最高900℃之间的温度下进行发泡和烧制。
所述制备方法的另一个实施方式提出,在步骤a)中提供的悬浮液包含至少一种IR反射颜料。根据这个变型,所述悬浮液或糊剂另外包含具有软化温度TEW,玻璃粉末的玻璃粉末以及丝网印刷介质。
在借助于丝网印刷将悬浮液施加到玻璃基底或玻璃陶瓷基底上之后,在T烧制≥TEW,玻璃粉末的温度下烧制所施加的层。已经发现,可以将进一步的处理步骤与层的烧制相结合。在此,根据一个实施方案,将层施加到玻璃基底、优选钙钠玻璃或硼硅酸盐玻璃,并且在将涂层烧制的同时将玻璃基底热钢化。优选在500至1000℃的范围内的温度下进行烧制和热钢化。
在所述方法的另一个优选的变型中,提供可结晶的生玻璃作为基底。在此可以与层的烧制同时进行基底的陶瓷化。上述两种变型在节能和省时方面都是有利的。
下文将示例性阐述用于检验包含孔的涂层的密封性的合适测试。
借助于液滴测试来确定包含闭孔的涂层对水性和油性介质以及清洁剂的密封性。将一滴测试用液体施加到涂层上并且针对不同介质使其作用不同时长,但是最少10秒。
示例性地,通常水在30秒后擦掉,油滴在24秒后擦掉,以及清洁剂液滴在几分钟之后擦掉。随后检查具有包含闭孔的涂层的玻璃基底或玻璃陶瓷基底。如果玻璃基底或玻璃陶瓷基底形成为在光谱的可见光范围内至少部分透明的,则从上方穿过基底检查涂层。在观察时液滴或液滴阴影必须不可见。在此,液滴阴影理解为涂层的光学外观的变化,例如,如果形成液滴的流体的部分迁移到涂层中并因此引起涂层的折射率变化,则可能发生这种改变。
在此,涂层的评估可以以视觉方式进行,例如通过在某种照明(例如在灯箱中,其中可以设定某些标准光类型并且例如在分辨颜色混合物的细微差别时使用)下进行观察。
对涂层的评估优选根据关于视觉测试的上述标准、规则和步骤来进行,以便确定涂层的水密性或湿气密封性。
在当前情况下,用Sidolin作为测试液体来进行测试。如果在检查时该层在正面和背面均未显示颜色变化,则该层在当前情况下被描述为非常好。如果该层在测试后在正面没有颜色变化并且在背面显示出可擦掉的边缘,则在当前情况下被描述为良好。
在这样的观察时,通常可以发现颜色印象和/或其他光学印象的某些变化,例如当金属效果改变的情况下。还可以通过在施加液滴之前和之后测量颜色坐标来进行评价,其中此时可以通过比较测量值来测定颜色坐标的可能的改变。在使用效果颜料时,还可以通过颜色坐标的角度依赖性测量来测定流体介质施加之前和之后的颜色坐标。
本发明的另一个方面涉及根据本发明的玻璃基底或玻璃陶瓷基底的用途,所述玻璃或玻璃陶瓷基底具有根据本发明的包括封闭孔的涂层,其中所述涂层形成为针对流体渗入和穿过的阻挡层并且表现出阻挡效果,其中所述涂层优选包含IR反射彩色颜料,所述基底用作炉或壁炉中的观察窗、尤其作为用于烤箱的观察窗或作为壁炉观察窗。
附图说明
图1至图3是具有包含闭孔的涂层的玻璃基底或玻璃陶瓷基底的非按比例的示意图,
图4a至4d、5、6a至6d是包含闭孔的涂层的显微照片,
图7示出了未涂覆的以及各种涂覆的玻璃基底或玻璃陶瓷基底的透射率曲线,
图8示出了各种涂覆的基底的强度测试结果,
图9是烤箱门的构造的示意图,
图10是用于测定外烤箱门板的表面温度的测量装置的示意图,
图11是在450℃的烤箱工作温度下,所测量的不同实施例的外烤箱门板的最高温度的温度曲线图,这些实施例在涂层的孔隙度方面有所不同,以及
图12示出了在图11中所示的温度曲线的平均值。
具体实施方式
图1具有包含闭孔的涂层2的玻璃基底或玻璃陶瓷基底1的非按比例的示意图。涂层形成为针对流体穿过的阻挡层。
涂层2可以涂覆在基底1的整个表面上,或还可以(如在图1中示意性所示)仅施加到基底的一部分上。尤其可以将涂层2以预定图案的形式施加到基底1上,例如以便将文字或标志施加到玻璃基底或玻璃陶瓷基底上。
图2以示意性且非按比例地示出了玻璃基底或玻璃陶瓷基底1的截面。在玻璃基底或玻璃陶瓷基底1的按照预期的使用中优选背向操作者的表面10用涂层2部分覆盖。涂层2包含闭孔3。出于简洁清楚起见,这些孔3没有完全标示。
孔3在当前情况下示意性地示出为圆形或球形截面。孔可以以不同大小和形状存在,即,一般而言(在不受限于此处示意性展示的例子的情况下)也可以以非圆形存在。
图3以示意性且非按比例的形式示出穿过另一个实施例的截面,其中玻璃基底或玻璃陶瓷基底1的表面10具有多孔涂层2,该多孔涂层2包含具有各向异性截面形状的孔30。因此,孔30具有椭圆形的横截面。例如,当使用大米淀粉作为发泡剂时,可以获得具有这种形状的孔。
孔可以以不同的大小和形状存在,即,一般而言(在不受限于此处示意性展示的例子的情况下)也可以以非圆形存在。
成孔剂 | 孔径(μm) | 孔形状 |
CaCO<sub>3</sub> | 5-30 | 圆形 |
磷酸氢钠 | 5-30 | 圆形 |
大米淀粉 | 0.1-5 | 长方形 |
土豆淀粉 | 10-15 | 椭圆土豆形 |
小麦淀粉 | 2-10 | 粒状 |
在图2和3中示意性展示的涂层除了闭孔3、30之外还可以包括布置在层的界面处的孔,即以涂层的向下凹陷的形式存在的孔。然而,由于存在涂层2作为针对流体通过的阻挡作用,这样的在一侧上开放的孔对涂层2并不产生有害影响。重要的是,不存在从涂层2的表面向下延伸至基底1的上表面10的连续的孔。
在图3a和3b中示意性展示了实施方式,其中沉积在玻璃1上的涂层2分别包括两个孔32或33。在此,在这两种情况下均为闭孔。图3a在此展示了具有大体上球形孔32的实施方式。相应的孔例如可以通过使用碳酸钙作为发泡剂来获得。相比之下,在图3b中展示的孔33具有椭圆形的横截面且因此具有各向异性的结构。具有相应形状的孔例如可以通过使用大米淀粉作为发泡剂来获得。
图4a-4d示出根据本发明的实施方式的涂层2的光学显微镜图像的各种照片图示,所述涂层以不同厚度的丝网并且在不同温度下烧制。布置在左侧区域中的这两个涂层分别用具有77目的丝网进行施加。在图4a中布置在最左侧的样品在约750℃下进行烧制,在图4b中布置在左中的样品在约720℃下进行烧制。在图4c和4d中布置在右侧的这两个样品显示出用具有100目的丝网施加的涂层。在图4c中布置在右中的样品的烧制在约750℃下进行,在图4d中最右侧展示的样品的烧制在约720℃下进行。
温度对孔形成的影响是尤其明显的:在约750℃下烧制的样品中获得了更少但是更大的孔,而在约720℃下烧制的样品中产生了更多的、具有更小尺寸的孔。
图5示出穿过基底1的截面的显微照片,所述基底上施加有包含闭孔3的涂层2。向玻璃2中加入10体积%的磷酸氢钠作为发泡剂。
图6a至6d示出包含闭孔3的涂层2的另外的图像。通过将玻璃1与碳酸钙混合而获得涂层。在图6a和6b中的样品中,分别向玻璃1添加5体积%的碳酸钙,在图6c和6d中的样品中分别添加10体积%的碳酸钙。对于图6a和6c中的样品,在约750℃下进行烧制,对于图6b和6d中的样品,在约720℃下进行烧制。明显可以辨别出发泡剂量的影响,它导致气泡数量明显增加。
在图7中示出了不同玻璃陶瓷基底在约300nm至5000nm的波长范围内的透射率曲线。曲线4示出了未涂覆的玻璃陶瓷基底的透射率曲线。在可见谱范围内(即从约380nm至约780nm)存在高透射率,即基底在这个范围内被称为透明的。因此,位于这样的基底下方的结构对于使用者而言是可见的。
当施加根据本发明的实施方式的涂层时,这点发生改变。
在此,曲线5示出了基底的情况,其在未涂覆状态下具有与曲线4类似的透射率,并且其中使用具有纳米尺度粒径的钴-铁尖晶石作为颜料。在此没有添加发泡剂。曲线6为除了纳米尺度的钴铁尖晶石(15体积%)之外还包含20体积%的磷酸二氢钠作为发泡剂的涂层。
曲线7示出如下涂层:在其余组成不变的情况下,其包含Co/Mn/Fe/Cr尖晶石颜料(d50~0.5μm)替代曲线6的涂层所使用的颜料。在曲线8中,在其余组成不变的情况下使用钴-铁-镍黑尖晶石(d50~1-2.5μm)作为颜料。
已经显示出,尤其设置有根据本发明实施方式的涂层的基底具有在可见光中实现了非常好覆盖效果的透射率曲线。这通过曲线6至8示出。因此,涂覆基底的透射率通过孔进一步降低,并且因此提高了不透明度。不透明度在此指示透射率的倒数。
在光学中,吸光度或光学密度E为符合人类感知的(wahrnehmungsgerecht)十进制对数形式的不透明度O,并且因此为辐射(例如光)在穿过介质之后的衰减的量度(Wikipedia https://de.wikipedia.org/wiki/Extinktion_(Optik))。
这里表示在线透射率(与总透射率相对)。在测量总透射率时,所有向前散射的光也同时用检测器捕捉,而在测量在线透射率时,在检测器上仅捕捉向前指向的光(在正常情况下5°打开角度的测量设备的情况下,还有散射光在这个小角度下出射)。总透射率与在线透射率之间的差别给出了散射的量度。在当前情况下,在层方面,尤其是由于层的颜料颗粒以及孔引起散射。
在图8中示出了涂覆的基底的强度(在此在所谓的落球测试中测定)如何依赖于涂层的组成而变化。
如果涂层仅仅包含玻璃或包含玻璃以及颜料,则在落球测试中仅实现非常低的强度值。在此,这些是不包含闭孔的层且不对应于本发明的层。
相比之下,如果通过施加悬浮液(除了玻璃或玻璃和颜料之外还包含发泡剂)来制备涂层,则产生了与本发明的实施方式相对应的包含闭孔的层。如此涂覆的基底的强度相应地明显高于缺少发泡剂的情况。
对根据本发明实施方式的涂层的视觉测试通过以下步骤进行:
-将液体施加到所述基底的所述涂层的表面上的区域,
-使液体作用15秒,
-用干燥的布将所述液体的潮湿残留物擦掉,
-将所述基底翻转,从而使得所述涂层布置在所述基底的背向测试者的一侧上,以及
-借助于视觉测试来检查在所述区域中或在与此区域相邻的区域中是否可辨别出颜色改变,其中
a)所述视觉测试在根据标准光源D65的日光下进行或者在如白炽灯、
节能灯、荧光灯或发光二极管的照明下进行,
b)在距所述涂层、即距测试面小于600mm的距离处的照明强度为至少500lx,并且
c)所述测试者的视角在5°与90°之间、优选至少30°。
可以使用水、油、醇和/或窗户清洗剂作为液体。
上述视觉测试在此尤其包括检查从基底的与涂覆侧相反的一侧是否可见水印和/或水渍。在当前情况下,如果所述层在测试之后在正面或背面都没有显示出颜色变化,则该层被描述为非常好。如果所述层在测试之后在正面没有显示出颜色变化并且在背面显示出可擦拭的边缘,则该层被描述为良好。
图9示意性示出烤箱门的可能的构造。在此,外板100在其一侧上具有多孔涂层3。基底的未涂覆的侧面在此朝向外部。烤箱门的中间板101和内板102分别在一侧上用涂层9涂覆。涂层9例如可以具有透明的导电氧化物。
在图10中示意性示出了用于在实验室条件下测定涂覆的玻璃板的表面温度的测量装置。在此,将实验室炉12加热到450℃的温度。炉具有直径为3cm的开口。与这个开口相距2.5cm处放置待测量的具有涂层2的玻璃板1,其中涂层2朝向炉开口的方向。涂覆的玻璃板1的表面温度用高温计13(impac,IE120/82L)测定,其中焦点设定在经装饰的玻璃板的外侧上。高温计13布置在玻璃基底14后方并且与待测量的玻璃板1相距50cm。
图11和12示出作为操作时间的函数的不同的涂覆基底的外侧面上的温度曲线。在此,将炉加热到450℃的温度并随后用在图10中所示的测量装置测定涂覆玻璃板的作为操作时间的函数的的表面温度。
图11在此示出了作为炉的操作时间的函数的测量的最高温度,图12示出了通过求平均值获得的图11中所示的温度曲线的拟合。
曲线15、16和17在此对应于比较例的温度曲线,其中涂层虽然具有IR反射颜料但并不是多孔的。曲线18至21对应于实施例的温度曲线,其中涂层包含闭孔以及IR反射颜料。
下表中详细表征了比较例以及实施例。实施例具有钙钠玻璃作为基底,使用表中的玻璃1作为玻璃料或玻璃流。烧制在实验室炉中在680℃下进行15分钟,其中将样品水平放置。
这些比较例16至18的涂层在没有使用发泡剂的情况下制备。相反,实施例19至21为多孔涂层。在制备这些涂层时,使用了在上表中所示的发泡剂,因此如此获得的涂层具有闭孔。在图11和图12中示出的所有温度曲线都是借助于图10中所示的测量装置获得的。相应的涂层组合物通过丝网印刷在使用77T丝网的情况下施加到基底上。
所有实施例15至21的涂层都包含IR反射颜料,使得这些涂层都具有良好的IR反射率。这尤其表现在,在所有实施例中,在450℃下60分钟的操作时间长下,所测量的外板的温度均低于50℃。由此可见,涂层的IR反射率可以通过其孔隙率而明显提高。因此,在样品18至21中,测量的最高温度小于具有致密涂层的比较样品15至17的温度。在60分钟的操作时间之后,在致密样品15与多孔样品20之间的所测量的温度差在此大于4℃。据估计,涂层中的孔形成了能够额外地散射IR辐射的结构。
这种积极效果对玻璃板的最高表面温度的影响在此表现为取决于孔的形状结构。在样品18和19的情况下使用大米淀粉,并且在样品20和21的情况下使用CaCO3作为发泡剂。在使用大米淀粉作为发泡剂的情况下,形成了优选具有椭圆形横截面的各向异性的孔,而使用CaCO3作为发泡剂产生了大体上球形的孔(参见图2和3)。
图12在此示出,对于孔具有球形或大体上球形结构的涂覆玻璃20和21,其隔热效果高于涂层具有椭圆形或米形孔的涂覆玻璃18和19。
另外,从图12看出,发泡剂在糊剂中的比例影响相应涂层的IR反射率。因此,样品20和21的不同之处仅在于其发泡剂的含量。在用于制备涂层21的糊剂中的发泡剂比例为20体积%,而相应的用于制备涂层20的糊剂仅仅包含10体积%的CaCO3作为发泡剂。在此,样品20具有比样品21更好的隔热效果,使得在可对比的条件下在180分钟的操作时间之后样品20的最高温度比样品21的最高温度小0.8℃。
糊剂中过量的发泡剂比例导致形成过多的孔,使得这些孔部分地彼此相连并且产生开孔。开孔和不平坦表面的迹象与之相关。在此假定,闭孔有利于IR反射。
另一种提高涂层的IR反射率的可能性是提高层厚度,例如通过在基底上多次施加相应的糊剂或悬浮液。从下表可以明显看出这一点。在此,在使用77T丝网的情况下通过丝网印刷将样品施加到基底上、干燥并且任选地用77T丝网进行第二次印刷,然后将涂层平放在实验室炉中在680℃下烧制15分钟。在表中记录了所进行的印刷过程的次数(单次或两次印刷)以及炉在450℃的温度下运行60分钟之后用在图10中所示的测量装置测定的在玻璃板外侧面上的最高温度。
附图标记清单
1 玻璃基底或玻璃陶瓷基底
2 包含闭孔的涂层
3,30 闭孔
4 未涂覆基底的透射率曲线
5 根据本发明的未涂覆的基底的透射率曲线
6,7,8, 根据本发明的实施方式涂覆的基底的透射率曲线
9 包含导电氧化物的涂层
10 基底1的表面
12 实验室炉
13 高温计
15,16,17 带有致密涂层的比较例的温度曲线
18,19,20,21 带有多孔涂层的实施例的温度曲线
100 烤箱门外板
101 烤箱门中间板
102 烤箱门内板
Claims (37)
1.一种玻璃基底或玻璃陶瓷基底,其具有包含闭孔的涂层,其中所述涂层形成为针对流体进入和通过的阻挡并且表现出阻挡效果。
2.根据前一权利要求所述的玻璃基底或玻璃陶瓷基底,其中所述涂层能够借助于视觉测试由测试者来测定,所述视觉测试包括以下步骤:
-尤其将一滴液体施加到所述基底的所述涂层的表面上的区域,
-使所述液体作用15秒,
-用干燥的布将所述液体的潮湿残留物擦掉,
-将所述基底翻转,从而使所述涂层布置在所述基底的背向测试者的一侧上,以及
-借助于视觉测试来检查在所述区域中或在与所述区域相邻的区域中是否可识别出颜色改变,其中
a)所述视觉测试在根据标准光源D65的日光下进行或者在如白炽灯、节能灯、荧光灯或发光二极管的照明下进行,
b)在距所述涂层、即距测试面小于600mm的距离处的照明强度为至少500lx,并且
c)所述测试者的视角在5°与90°之间、优选至少30°,其中在透过所述基底观察所述涂层时可以不受无干扰地看到所述液滴的作用区域并且尤其不能原样辨别出所述作用区域。
3.根据前一权利要求所述的玻璃基底或玻璃陶瓷基底,其中使用不同的流体作为液体,所述流体包括水、醇和/或窗户清洗剂。
4.根据权利要求1至3之一所述的玻璃基底或玻璃陶瓷基底,其中所述涂层形成为对高温、尤其对>400℃的温度稳定的涂层。
5.根据权利要求1至4之一所述的玻璃基底或玻璃陶瓷基底,其中所述基底形成为板状,其中所述基底的厚度在至少1mm与至多10mm之间,优选在至少2mm与至多5mm之间,且特别优选在至少2mm与至多4mm之间。
6.根据权利要求1至5之一所述的基底,其中所述涂层布置在所述基底的在按照预期的使用中背向使用者的一侧上并因而形成所述基底的背面(背面涂层)。
7.根据权利要求1至6之一所述的基底,其中所述涂层以横向结构化的方式施加,使得所述基底的至少一个区域不含所述涂层。
8.根据权利要求1至7之一所述的基底,其中所述涂层包含着色剂和/或效果剂,尤其彩色颜料和/或效果颜料。
9.根据权利要求1至8之一所述的基底,其中所述涂层包含IR反射颜料,其中所述IR反射颜料具有根据ASTM G 173测定的至少20%、优选至少25%的TSR值,并且所述涂层具有在1500nm的波长下根据ISO 13468标准测量的至少35%的漫反射率。
10.根据前一权利要求所述的基底,其中所述涂层在1500nm至2500nm的整个波长范围内具有至少35%、优选至少40%且特别优选至少45%的漫反射率。
11.根据前两项权利要求之一所述的基底,其中所述涂层在1500nm的波长下具有至少35%、优选至少40%且最特别优选至少45%的漫反射率。
12.根据权利要求9至11之一所述的基底,其中所述IR反射颜料包含具有d50值在0.5μm至2μm范围内、优选在0.8μm至1.8μm范围内的粒径分布的颗粒。
13.根据权利要求9至12之一所述的基底,其中所述IR反射颜料包含具有在1.1至8m2/g范围内、优选在1.8至4.5m2/g范围内的比表面积的颗粒。
14.根据前述权利要求9至13之一所述的基底,其中所述涂层包含含铬的IR反射颜料,优选含铬的铁氧化物、含铬的赤铁矿和/或含铬的尖晶石。
15.根据前述权利要求之一所述的基底、尤其根据前述权利要求9至14之一所述的基底,其中所述基底包含钙钠玻璃或硼硅酸盐玻璃,优选包含钢化的钙钠玻璃或钢化的硼硅酸盐玻璃。
16.根据权利要求1至15之一所述的基底,其中所述涂层基本上是无机的,尤其包括玻璃料、颜料和/或孔。
17.根据权利要求1至16之一所述的基底,其中在20℃至700℃的温度范围内所述涂层的所获得的热膨胀系数和所述基底的热膨胀系数彼此相差不超过4*10-6/K。
18.根据权利要求1至17之一所述的基底,其中所述涂层具有在最小0.1μm与最大500μm之间、优选最小1μm与最大100μm之间、特别优选在最小1.5μm与最大50μm之间的厚度。
19.根据前述权利要求之一所述的玻璃基底或玻璃陶瓷基底,其中所述涂层的玻璃基质包含氧化铋、优选8至70重量%的氧化铋和/或氧化锌、优选0.1至0重量%的氧化锌。
22.根据权利要求1至21之一所述的基底,其中所述涂层形成为对于在380nm至780nm的波长范围内的电磁辐射是基本上不可透过的和/或在可见光的波长范围内具有小于20%的数值的τ可见(在线透射率),尤其在按照预期的使用中使得布置在所述基底下方的部件不可见。
23.一种涂层,尤其用于根据权利要求1至22之一所述的基底,所述涂层包含闭孔,其中所述涂层形成为针对流体进入和通过的阻挡。
24.根据权利要求23所述的涂层,其中所述涂层形成为对高温稳定。
25.根据权利要求20或24之一所述的涂层,所述涂层具有在最高9*10-6/K与最低3*10-6/K之间的所获得的热膨胀系数。
26.根据权利要求22至24之一所述的涂层,其中所述涂层包含玻璃。
27.根据权利要求22至26之一所述的涂层,其中所述涂层包含着色剂和/或效果剂,尤其彩色颜料和/或效果颜料。
28.根据权利要求22至26之一所述的涂层,其中所述涂层包含至少一种IR反射颜料,所述IR反射颜料具有根据ASTM G 173测定的至少20%、优选至少25%的TSR值,并且所述涂层具有在1500nm的波长下根据ISO 13468标准测量的至少35%的漫反射率。
29.根据权利要求22至28之一所述的涂层,所述涂层具有在最小0.1μm与最大500μm之间、优选最小1μm与最大100μm之间、且特别优选在最小1.5μm与最大50μm之间的厚度。
30.一种用包含闭孔的涂层用于涂覆玻璃基底或玻璃陶瓷基底的方法,所述基底优选为具有低热膨胀系数、优选在20℃至700℃的温度范围内具有小于5*10-6/K的热膨胀系数的基底,其中所述涂层形成为针对流体通过的阻挡,所述方法包括以下步骤:
a.制备悬浮液,所述悬浮液包含玻璃粉末以及温度升高时分解从而产生挥发性物质的试剂,
b.将所述悬浮液施加到基底上,使得所述基底的至少一部分被所述悬浮液覆盖,
c.优选在0℃与300℃之间的温度下,优选将步骤b中施加的所述悬浮液固定在所述基底上,
d.将所述至少部分涂覆的基底在500℃与900℃之间、优选在550℃与900℃之间的温度下退火,使得所述发泡剂分解从而形成至少一种挥发性物质并且在所述涂层中形成闭孔,以及
e.将所述基底冷却到室温。
31.根据权利要求30所述的方法,其中所述涂层以横向结构化的方式以预定图案施加到所述基底上。
32.根据权利要求30或31之一所述的方法,其中在施加所述悬浮液之后将非粘附性的覆盖物施加到所述层上并且所述覆盖物在所述退火的持续时间期间保留在所述层上。
33.根据权利要求30至32之一所述的方法,其中所述悬浮液的施加借助于印刷方法来进行,尤其借助于喷墨印刷、平板印刷、移印或丝网印刷、或者借助于辊涂、浇涂、浸涂、喷涂、刮涂或旋涂。
34.根据权利要求30至33之一所述的方法,其中借助于视觉测试由测试者来测定所施加的涂层,所述视觉测试包括以下步骤:
-尤其将一滴液体施加到所述基底的所述涂层的表面上的区域上,
-使所述液体作用15秒,
-用干燥的布将所述液体的潮湿残留物擦掉,
-将所述基底翻转,从而使所述涂层布置在所述基底的背向测试者的一侧上,以及
-借助于视觉测试来检查在所述区域中或在与所述区域相邻的区域中是否可识别出颜色改变,其中
a)所述视觉测试在根据标准光源D65的日光下进行或者在如白炽灯、节能灯、荧光灯或发光二极管的照明下进行,
b)在距所述涂层、即距测试面小于600mm的距离处的照明强度为至少500lx,并且
c)所述测试者的视角在5°与90°之间、优选至少30°,其中在透过所述基底观察所述涂层时可以不受无干扰地看到所述液滴的作用区域并且尤其不能原样辨别出所述作用区域。
35.根据前一权利要求所述的方法,其中使用不同的流体作为液体,所述流体包括水、醇和/或窗户清洗剂。
36.一种涂覆的基底,其根据权利要求30至35之一所述的方法制造或能够制造。
37.玻璃基底或玻璃陶瓷基底的用途,优选根据权利要求1至19之一所述的玻璃基底或玻璃陶瓷基底的用途,所述基底具有包含闭孔的涂层、优选具有根据权利要求20至35之一所述的涂层,其中所述涂层形成为针对流体进入和通过的阻挡并且表现出阻挡效果,其中所述涂层优选包含IR反射彩色颜料,所述基底用作炉或壁炉中的观察窗、尤其作为用于烤箱的观察窗或作为壁炉观察窗。
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