CN113165956A - 用于薄绿色阳光控制玻璃的组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及玻璃组合物并且涉及具有阳光控制性能的薄绿色玻璃的商业生产方法，该玻璃主要用于汽车工业，例如对称混合型挡风玻璃或非对称混合型挡风玻璃、侧灯和后窗，其包括基于钠钙硅玻璃的组成，并且按重量百分比计基本上由以下组成：1.30％至2.50％的总铁，以Fe2O3表示；15％至40％的Fe2+(亚铁)和0.15％至0.65％的FeO，以Fe2O3表示；约0.05％至约0.30％的SO3；约0.02％至约1.0％的TiO2；约0.0002％至约0.03％的Cr2O3；和约0.0002％至约0.015％的CuO。该薄绿色阳光控制玻璃具有大于70％的透光率“A”(TLA)，小于51％的直接阳光透射率(TDS)，小于40％的总紫外光透射率(TUV)，以及小于63％的总阳光透射率(TTS)，490nm到600nm的主波长(λ)，以及低于7的激发纯度，对于约0.7至3.0mm的厚度而言。
Description
背景技术
A.发明领域
本发明描述了一种阳光控制的薄型绿色玻璃组合物，其主要用于汽车工业中，用于对称-混合型挡风玻璃或非对称-混合型挡风玻璃、侧灯和后窗，用作叠层或强化玻璃，其具有钠钙硅组成，按重量百分比具有以下着色剂部分：1.30至2.5％的Fe2O3，15至40％的亚铁(还原)，0.15至0.65％的FeO为(以Fe2O3表示)，0.05至约0.30％的SO3，约0.02％至约1.0％的TiO2，约0.0002％至约0.03％的Cr2O3，以及约0.0002％至约0.015％的CuO。
B.相关技术的描述
已开发出一些用于生产汽车用绿色玻璃的专利，这些玻璃的光透射率大于70％，可满足美国联邦机动车辆安全标准的要求。要求这种光透射率百分比以便为驾驶员提供其周围环境的良好视野，从而符合汽车安全的规范。对于建筑行业，这种限制不适用，并且可以获得较低的值以及约1.6到12mm的厚度。
类似地，非常希望玻璃具有必要的吸收特性，以吸收有害的红外(IR)和紫外(UV)太阳光，并控制车辆内部的热量积聚，这将减少汽车空调设备以及车辆本身所需的功耗，以及保护车辆内部免受紫外线辐射引起的劣化。
阳光控制是指在近紫外(UV；300-380nm)、可见(VIS；380-780nm)和红外(IR；780-2500nm)的光谱范围内改变透射或反射的太阳辐射量的能力。通过向玻璃的基本组成中添加几种吸收性着色剂，可以控制玻璃的不同波长的透射特性。
几乎所有专利中所公开的玻璃都涉及用于汽车目的的绿色玻璃类型，其基于三种基本成分：氧化铁、氧化钛和氧化铬。
因此，对于车辆应用，希望使用着色剂来生产能够过滤掉大比例来自太阳的有害紫外线辐射的玻璃，低于39％(以300-400nm波长和等于2的空气质量测量，或者小于35％，以相同波长和等于1.5的空气质量测量)，但其允许(发光辐射的)最大可能的可见光量可达70％以上。
铁以两种化合物存在于玻璃(钠钙硅)中，这取决于铁的氧化态：如果发现铁为Fe2 +，则形成的化合物是氧化亚铁(FeO)。如果发现铁为Fe3+，则将发现氧化铁(Fe2O3)。每种离子赋予不同的性能；亚铁离子具有以1050nm为中心的宽且强的吸收带，这转化为红外辐射的降低。此外，该吸收带延伸到可见光区域，从而降低了光的透射率，并在玻璃上产生蓝色。另一方面，三价铁离子具有位于紫外区域中的强吸收带，这显然阻止其透射穿过玻璃，此外，它在可见光区(位于420和440nm之间)中具有两个弱带，这导致透光率略有下降以及在玻璃中产生淡黄色。
通常，玻璃中的铁和氧化亚铁的量以Fe2O3的形式表示。在工业中通常将氧化亚铁或氧化铁的量表示为总铁的百分比。氧化亚铁或氧化铁之间的平衡直接影响玻璃的颜色和透射率的特性。
这意味着玻璃中存在的铁离子(Fe3+)量越大，紫外辐射的吸收越大并且光透射率将增加；以及淡黄色的色调；但是，如果由于Fe2O3的化学还原而使亚铁离子(Fe2+)的含量增加，则红外辐射的吸收将增加，而紫外辐射的吸收将减少，并且光透射率也下降。
FeO相对于Fe2O3的浓度变化引起玻璃颜色的改变。可以调整颜色位移从黄色经绿色、蓝色直至达到琥珀色。颜色以如下方式改变(根据实验结果)：
黄色-低亚铁(12％)-高的光透射(高的铁离子)
黄色-绿色(16％)
绿色-淡黄色(20％)
绿色(25％典型的绿色玻璃值)
蓝绿色(29％)
绿蓝色(35％)
蓝色(50％)
橄榄绿(60％)
香槟色(65％)
琥珀-高的亚铁(75％)-低的透光率(低的铁离子)
为了控制实现阳光控制玻璃所必需的氧化亚铁和氧化铁之间的平衡，必须建立批料条件和熔融气氛；对于第一种情况，调节还原剂(例如碳)和氧化剂(例如硫酸钠和硝酸钠)的浓度。关于熔化条件，有必要通过改变氧含量来调节气氛；这取决于热性能和期望的玻璃色调。
钠钙硅玻璃中的氧化钛(TiO2)。众所周知，氧化钛也充当着色剂，并且当与Fe2O3结合使用时，有可能使紫外辐射的透射率进一步降低到实现所需的可见光透射率的程度。玻璃中钛的最稳定的形式是四价(Ti4+)。三价形式可以赋予颜色；但是，在钠钙硅玻璃中没有观察到这种效果。在M.D.Beal的论文“Effects of Titanium Dioxide in Glass”,Theglass industry,September 1963,pp 495-531中，描述了人们对二氧化钛作为玻璃成分显示出兴趣。使用二氧化钛产生的效果包括以下评论：TiO2大大提高了折射率，增加紫外区域中的光吸收，并且其降低粘度和表面张力。从在瓷釉中使用二氧化钛的数据，他们指出TiO2提高化学耐久性并且充当助熔剂。通常，在所有常见的玻璃形成系统(硼酸盐、硅酸盐和磷酸盐)中都可以找到含有二氧化钛的透明玻璃。包含二氧化钛的玻璃形成系统的各个区域没有分类在任一处，因为讨论的组织更多地基于其性能，而不是基于含二氧化钛的玻璃的用途，也不仅仅基于它们的组成。
存在关于具有吸收红外和紫外辐射吸收特性的有色玻璃组合物的文献。W.A.Weyl在著作Coloured Glasses,Society of Glass Technology(1992重印)中描述了与玻璃的结构和构成的目前观点有关的玻璃颜色的各种理论。该著作中描述了铬及其化合物用于使玻璃着色的用途。在玻璃工业中，将铬添加到原料中以获得翠绿色，这是Cr3+所特有的。铬可以作为Cr6+或CrO4 2-存在，以获得浅黄色，以及作为Cr2+存在，由此可以获得翠绿色。
C.R.Bamford在著作Colour Generation and Control in Glass,Glass Scienceand Technology,Elsevier Science Publishing Co.,Amsterdam,1977中描述了关于玻璃着色的原理、方法和应用。在该著作中，作者认为，三个要素决定玻璃透射光的颜色，即：入射光的颜色；玻璃与所述光的相互作用；以及透射光与观察者眼睛的相互作用。该过程需要在相关玻璃厚度和相关视角下的玻璃的光谱透射数据。
K.M.Fyles在论文Modern Automotive Glasses,Glass Technology,vol.37,February 1996,pp 2-6中认为铁是当代汽车玻璃中最重要的着色剂，因为它是可利用的唯一低成本成分，它吸收有害的紫外辐射(三价铁)，而且也吸收大比例的红外线(二价铁)。
Gordon F.Brewster等人在论文“The color of iron containing glasses ofvarying composition”,Journal of the Society of Glass Technology,New York,USA,April 1950,pp 332-406中涉及在含铁的硅酸盐玻璃和无硅玻璃中由系统的组成变化引起的颜色改变，依据视觉颜色、光谱透射率和色度进行评价。
其它论文也描述了玻璃中的氧化亚铁和氧化铁之间的平衡的重要性，例如：N.E.Densem撰写的论文；玻璃中的氧化亚铁和氧化铁之间的平衡(The equilibriumbetween ferrous and ferric oxides in glasses)；Journal of the Society of GlassTechnology,Glasgow,England,May 1937,pp.374-389”；“J.C.Hostetter和H.S.Roberts,“Note on the dissociation of Ferric Oxide dissolved in glass and its relationto the color of iron-bearing glasses”；Journal of the American CeramicSociety,USA,September,1921,pp.927-938.
关于使用标准钠钙玻璃基础组成为获得有色玻璃所开发的专利，已使用不同的金属元素向最终产品赋予期望的特性，包括TLA>70％，以用于汽车工业。
Pecoraro等人的专利US 4,792,536要求保护一种透明的红外吸收玻璃，其具有至少0.45重量％铁(以Fe2O3表示)，将玻璃形成平板玻璃产品。在生产过程的一个阶段和随后的阶段中控制氧化-还原条件以生产玻璃，该玻璃具有至少35％铁，其为亚铁状态以FeO表示，并且当形成合适厚度的平板玻璃产品时该玻璃表现出至少65％的光透射率组合。
Cheng的美国专利US 5,077,133要求保护具有不超过15％的最终红外透射率的玻璃，其组成包括：0.51％至0.96％的Fe2O3,0.15％至0.33％的FeO和0.2％至1.4％的CeO2,其中FeO的重量百分比表示总铁(以Fe2O3表示)的减小百分比，从23％至29％，使得玻璃的照射波长C为498至525纳米(nm)并且色调纯度为2％至4％。
为了获得后者，同样属于Cheng的美国专利US 5,112,778指出：在钠钙硅玻璃中，氧化还原反应在氧化铁和氧化亚铁、氧化铈和碳之间平衡，当总铁含量增加到0.05％至0.8％时，变为最大还原状态。其原因在于亚铁值增加而不是降低，这是预料之中的情况。因此，为了改变还原状态以获得在较低总铁浓度下发现的相同亚铁值，必须减少向冶炼炉中添加的碳量(其具有总铁含量)，这是与现有技术的教导相反的论述，即：为了在钠钙硅玻璃的配方中获得的高的总铁含量，将需要较少的碳。
如已经提到的，Cheng专利中描述的玻璃的主要缺点是，它们必须包含CeO2作为控制配方(主要是Fe2O3)还原的试剂。使用氧化铈作为必需成分的另一个缺点是作为原料的高成本。
众所周知，铜在玻璃、陶瓷和有色颜料的生产中起着重要作用。例如，波斯陶瓷的颜色因其铜赋予的颜色而被认可。陶瓷艺术家特别感兴趣的是绿松石蓝色，尤其是埃及和波斯深蓝色(Waldemar A.Weil；Colored Glasses,Society of Glass Technology,GreatBritain,P.154-167,1976)。
铜已被用于玻璃组合物中，不但用于钠钙硅型玻璃组合物，而且还用于一些其它玻璃组合物，例如含硼硅酸盐的玻璃组合物中。因此，形成的颜色取决于基础玻璃、其浓度和其氧化态。
已证实，对于工业生产而言，对于4.0mm的玻璃厚度，添加微量浓度至120ppm的CuO是可行的，而对于6.0mm的玻璃厚度，添加小于100ppm的CuO是可行的。
还可以将玻璃制造成约3.5mm到约4mm的厚度。如果在浮法腔室内存在较高浓度的CuO，则可能发生在气氛中的还原过程，从而在玻璃表面呈现红色。这种效果与玻璃带的停留时间和前进速度有关，并且这种效果在玻璃表面上可能是强烈的和可观察到的。
在钠钙硅型基础玻璃的情况下，氧化物形式的铜赋予绿蓝色色调的着色，特别是绿松石色，然而在玻璃中，铜可能处于其单价状态，该单价状态不会赋予任何颜色。因此，绿蓝色的着色不仅取决于铜的存在量，还取决于亚铜和二价铜状态之间的离子平衡。氧化铜的最大吸收是在以780nm为中心的谱带中，并且在450nm处存在弱的次级峰，在高钠含量(约40重量％)下该峰消失(C.R.Bamford,Colour Generation and Control in Glass,GlassScience and Technology,Elsevier Scientific Publishing Company,P.48-50,Amsterdam,1977)。
钠钙硅玻璃中存在的另一种已知成分是三氧化硫(SO3)。在高温下将硫酸钠(Na2SO4)作为澄清剂添加到玻璃的原料批料中，其主要用作气泡消除剂，促进物质传输，并侵蚀玻璃表面上的游离氧化硅。
在玻璃的制造期间，作为玻璃中的主要硫供体的Na2SO4转化为SO3，这控制了Fe2O3向FeO的转化。但是，最终玻璃中存在的SO3不会影响玻璃透射可见光的能力。
如果具有以下性质，则玻璃中的溶解SO3量会减少：
1.较低量(按比例)的硫酸钠。
2.较大的熔融性能。
3.较大的熔化时间。
4.具有较大氧化作用的炉环境。
5.至氧化亚铁的更多铁还原(较多的Fe2+；较少的Fe3+)，从而实现至少70-75％的Fe2+。
因此，必须根据玻璃批料中存在的碳量来平衡玻璃批料中SO3的数量和效果。此外，众所周知，玻璃批料中的SO3必须在一定的临界量内，因为玻璃批料中的较低SO3量会影响澄清性能，即消除熔融炉中气泡的能力。
Nagai等人的美国专利US 10,011,521 B2描述了一种有色玻璃，其使用Fe2O3作为主要着色剂，该主要着色剂提供蓝色或绿色的透射光，其比例为0.001至5％(以总铁Fe2O3计算)，SO3的主要用途是作为熔融玻璃中的澄清剂，对于4mm的厚度而言，总的硫比例为0.005至小于0.025％；在该玻璃中使用SnO2作为铁和硫的氧化还原反应的缓冲剂，总的锡比例为0.001％至5％。对于4mm厚的玻璃而言，该专利的玻璃具有至多65％的阳光透射率Te，至少60％的光透射率Tv(通过光源A，2°视野)，如JIS R3106(1998)所定义。
在Scheffler-Hudlet等人的美国专利US 6,030,911中(2000年2月29日公告)，其具有0.202-0.237％FeO(以Fe2O3表示)的玻璃氧化还原值；0.15至0.18％的临界量的SO3，这不会影响SO3消除气泡的澄清性能和的能力，Cabrera的另一份美国专利US 6,350,712(2002年2月26日公告)中使用氧化铁、氧化钛和氧化铬作为主要成分。氧化钛化合物的存在量为0.0至0.30重量％并且氧化铬为约0.01至0.03重量％。
Cheng等人的美国专利US 5,077,133使用适度还原的铁和氧化铈的组合。在3mm至5mm的玻璃厚度下，所得玻璃表现出大于70％的光源“A”可见光透射率(TLA)，小于约46％的总太阳能透过率，和小于约38％的紫外辐射透过率，以及约2％至约4％的颜色纯度，使用以下组成：0.51至0.96％的总铁Fe2O3，0.15至0.33％的FeO，以及约0.2至约1.4％的CeO2。
Jeanvoine等人的美国专利US 5,700,579中的玻璃描述了以下玻璃组合物：0.75至1.4％的总铁Fe2O3，0.25至0.32％的FeO，在光源A下的至少70％的总透光系数(TLA)，小于约46％的总能量透过率(TS)，和小于约25％的紫外辐射透射率(TUV)，在约3至3.3毫米的厚度。添加0到5％的B2O3、0.1％的Ce和0.1％的TiO2赋予玻璃其它性能。
Boulos等人的美国专利US 5,776,845中提出的玻璃包括以下成分：大于0.5至1.5重量％的总氧化铁(以Fe2O3表示)；其中Fe2+/Fe3+的重量比小于0.35；0.10至2.00重量％的锰化合物(以MnO2表示)；以及任选地以下任何成分：至多1.00重量％的氧化钛(以TiO2表示)，至多1.00重量％的氧化铈(以CeO2表示)；至多1.00重量％的氧化钒(以V2O5表示)；和至多0.20重量％的氧化铬(以Cr2O3表示)；在4.00mm的厚度下，该玻璃组合物具有：55-80％的光透射率，使用光源A；以及小于46％的紫外透射率，在300-400纳米范围内测量。
Shelestak等人的美国专利US 5,830,812描述了一种绿色玻璃，其使用标准的钠钙硅玻璃基础组合物以及另外的铁、铈、铬和任选的钛作为红外线和紫外线辐射吸收材料和着色剂。优选地，该玻璃具有绿色，其特征在于主波长在约500至565纳米的范围内，激发纯度不高于约5％，并且包括：约0.50至1.0重量％的总铁，约0.26至0.65重量％的Fe2O3，约0.05至3重量％的CeO2，0至约2重量％的TiO2和约20至650ppm的Cr2O3。该玻璃的氧化还原比率保持在约0.20至0.55之间，且优选在0.20至0.30之间。本发明公开的玻璃组合物的LTA为至少约65％且优选至少70％，TSUV不大于38％且优选不大于35％，TSIR为不大于约35％且优选不大于约30％，并且TSET不大于约60％且优选不大于约45％。
Shelestak的专利使用钛氧化物和主要是铈氧化物作为着色剂，当将它们与Fe2O3结合使用时，可能实现使紫外线光透射率进一步降低到实现所寻求的可见光透射率的程度。它具有高成本的缺点，这使得该配方非常昂贵，并且倾向于将铁氧化成Fe2O3。
另外，尽管以0.05-3.0％的量使用CeO2提供了紫外线辐射的吸收，但缺点是它趋于将最理想的绿色改变成不可接受的淡黄色调。
Foguenne的美国专利US 6,589,897 B1提出了一种绿色玻璃组合物：0.7％至1.3％的总铁(以Fe2O3表示)，0.18％至0.25％的FeO，0至0.0040％的Co，0.0050％至0.15％的V2O5，0.0015％至0.0250％的Cr2O3，并且对于4mm的玻璃厚度在光源A下的光透射率(TLA)的为40％至70％，选择性(SE)大于或等于1.5，紫外线辐射透射率(TUV)小于20％，并且对于5mm的玻璃厚度具有大于490nm的主波长(λD)。
在Seto等人的美国专利US 6,753,280 B2中，已知所提出的玻璃使用0.001-2％的Li2O作为着色剂，0.4-2％以Fe2O3表示的总铁(T-Fe2O3)，其中以Fe2O3表示的FeO为T-Fe2O3的15-60％。使用光源“A”时该玻璃具有不小于70％的可见光透射率(TLA)，不大于60％的总阳光透射率(TTS)，这时玻璃的厚度在2.1mm和6mm之间。
Nagashima等人的美国专利US 7,632,767 B2使用如下组合物：SiO2从65％到75％，B2O3从0到5％，Al2O3从0到5％，MgO从0到2％，CaO从10％到15％，SrO从0至10％，BaO从0至10％，Li2O从0至5％，Na2O从10％至15％，K2O从0至5％，TiO2从0至0.5％和以下成分，以Fe2O3表示的总铁为0.4％至1.0％，CeO2为0至2.0％，其中以Fe2O3表示的FeO与T-Fe2O3的质量比(FeO/T-Fe2O3)为20-44％。其中，对于厚度为至少1.3mm但小于2.5mm的薄片形状，可见光源“A”的光透射率(TLA)为至少80％，总太阳能透过率(TG)为62％或更低，以及对于厚度在2.5mm和6mm之间的薄片形状，其中可见光源“A”的光透射率(TLA)为至少70％，总太阳能透射率(TG)为55％或更低，而紫外线透射率(TUV)为15％或更低。在夹层玻璃的情形中，其中夹层玻璃的可见光源“A”透光率(TLA)为至少70％，并且总太阳能透射率(TG)为45％。
Teyssedre的美国专利US 7,682,999 B2中描述的玻璃具有以下组成：以Fe2O3表示的总铁为0.7至1.6％，CeO2为0.1至1.2％并且TiO2为0至1.5％，该玻璃具有0.23或更小的氧化还原因子，这些玻璃具有65％或更高的光透射率(TLA)，对于3到5mm的厚度，能量透过率(TE)为46％或更低。
Cid-Aguilar等人的美国专利US 9,573,841 B1中所述的玻璃使用了如下组合物：0.5至1.30％的总铁(以Fe2O3表示)，0.12至0.450％的FeO(以Fe2O3表示)；约0.04至1.8％的选自TiO2或FeTiO3；约0.2至2％的CeO2；约0.0004至0.015％CuO；和约0.01至0.1％C，其中该玻璃组合物在3至5mm的厚度下具有大于70％的光源“A”透光率(TLA)，小于或等于60％的总太阳能透过率(Ts ISO13837)，小于15％的太阳紫外线透射率(Tuv ISO0959 v1990)，485nm至570nm的主波长，和小于11的激发纯度。
如今，汽车制造商试图制造更高效的汽车以满足新的气体排放标准。
减轻车辆总重量的一种方法是通过使用较薄的玻璃板来减小挡风玻璃厚度；然而，厚度的大幅度减小不仅可能引起对安全性的顾虑，而且还会减小其对车辆的扭转刚度的贡献，该贡献是当前挡风玻璃厚度的总扭转刚度的约10％。P.K.Mallick的著作Advancedmaterials in automotive engineering,Chapter 2.7,(Woodhead Publishing Limited,2012)。
通过在混合玻璃件系统中使用具有更好的耐受性和强度的玻璃可以解决该问题，例如硼硅酸盐玻璃、碱金属铝硅酸盐玻璃或化学强化玻璃。
产生的另一个顾虑是由于这些挡风玻璃的厚度减小所引起的高噪音水平，解决其的一种方法是使用隔音的聚乙烯醇缩丁醛(PVB)来实现优异的玻璃件降噪，参见Cleary,T.,Huten,T.,Strong,D.,和Walawender,C.,"Reliability Evaluation of Thin,Lightweight Laminates for Windshield Applications,"SAE Int.J.Passeng.Cars-Mech.Syst。
正如Leonhard,T.,Clearly,T.Moore,M.,Seyler,S.et al..,“NovelLightweight Laminate Concept with Ultrathin Chemically Strengthened Glass forAutomotive Windshields,”SAE Int.J.Passeng.Cars–Mech Syst的论文中的所提到的，对于挡风玻璃建议将厚度从5.0mm变为4.5mm，在这种情况下使用不对称结构，即使用2.1mm的一个层以及1.6mm的另一层，主要优点是与如下的对称挡风玻璃相比重量减少了11.8％的总百分比(意味着重量减轻了17.5kg)，该对称挡风玻璃包括两层2.1mm玻璃和0.76mm的PVB，平均覆盖面积为1.4m2，意味着重量减轻了17.5千克；使用的玻璃密度为2.5gr/cm3。
Cleary等人的美国专利US 9,616,641 B2提出了一种玻璃叠层体，该玻璃叠层体包括：外部玻璃片，其可以是薄的化学强化玻璃片或者可以是非化学强化的玻璃片；内部玻璃板，其可以是非化学强化的玻璃片或者是薄的化学强化玻璃片；以及在外部玻璃片和内部玻璃片之间形成的聚合物夹层，并且厚度可以小于1.6mm。以及玻璃叠层体结构，其中，所述内部玻璃片包含60-70mol％SiO2；6-14mol％Al2O3；0-15mol％B2O3；0-15mol％Li2O；0-20mol％Na2O:0-10mol％K2O；0-8mol％MgO；0-10mol％CaO；0-5mol％ZrO2；0-1mol％SnO2；0-1mol％CeO2；小于50ppm的As2O3,和小于50ppm的Sb2O3；其中12mol％≤(Li2O+Na2O+K2O)≤20mol％并且0mol％≤(MgO+CaO)≤10mol％。22.玻璃叠层体结构，其中内部玻璃片包含：64-68mol％SiO2；8-12mol％Al2O3；0-3mol％B2O3；0-15mol％Li2O；12-16mol％Na2O；2-5mol％K2O；4-6mol％MgO；和0-5mol％CaO；其中66mol％s(SiO2+B2O3+CaO)≤69mol％，(Na2O+K2O+B2O3+MgO+CaO+SrO)>10mol％,5mol％≤MgO+CaO+SrO≤8mol％,(Na2O+B2O3)-Al2O3≤2mol％,2mol％≤(Na2O-Al2O3)≤6mol％,并且4mol％≤(Na2O+K2O)-Al2O3≤10mol％。该化学强化玻璃的物理性质可以具有在250至约900MPa之间的表面压缩应力，和/或大于40MPa但小于100MPa的中心张力，并且厚度范围可以为0.5至1.0mm。
弹性模量可以在约60GPa至85GPa的范围内。玻璃片和聚合物夹层的弹性模量可影响所得玻璃叠层体的机械性能(例如挠度和强度)以及声学性能(例如传输损耗)。
Cleary提出的发明解释了通过使用化学强化玻璃和聚合物夹层来生产强度提高且重量减轻的汽车玻璃所必需的主要特性，但没有提到满足安全透射率标准和汽车工业所需的阳光性能参数所需的光学特性。
发明目的
根据本发明，提供了一种钠钙硅玻璃组合物，和着色剂部分，按重量计，其包含：1.30％至2.50％的总铁，以Fe2O3表示；15％至40％的Fe2+(亚铁)和0.15％至0.65％的FeO(以Fe2O3表示)；约0.05％至约0.30％的SO3；约0.02％至约1.0％的TiO2；约0.0002％至约0.03％的Cr2O3；约0.0002％至约0.015％的CuO，其中该玻璃组合物具有大于70％的光源“A”透光率(TLA)，小于51％的直接阳光透射率(TDS)，小于40％的总紫外光透射率(TUV)，以及小于63％的总阳光透射率(TTS)；从490nm到600nm的主波长，和小于7的激发纯度，对于约0.7至3.0mm的厚度而言。
本发明的主要目的是提供一系列阳光控制组合物，用于厚度为约0.7至3.0mm的单片玻璃，具有同等的阳光性能。该玻璃组合物以较薄的玻璃维持阳光性能，这允许车辆的重量减轻。
本发明的另一个目的是提供一种阳光控制薄玻璃，以实现轻质的叠层玻璃件系统。在大多数情况下，它可以是对称-混合型或非对称-混合型叠层系统，总厚度为约2.3至5.0mm，可以用商业的钠钙硅透明玻璃、低铁含量玻璃或一些其它基础组合物构造该系统，例如硼硅酸盐玻璃或碱金属铝硅酸盐玻璃，包括离子交换玻璃玻璃和非离子交换玻璃以及常规或声学聚乙烯醇缩丁醛(PVB)的聚合物夹层。
另一个重要目标是，这种玻璃必须符合美国联邦机动车辆安全标准，其要求透光率大于70％。
附图说明
图1示出了叠层玻璃件构造的示意图。
图2示出了三重叠层玻璃件构造的另一示意图。
图3是示出氧化铁的行为的坐标图，如果减小厚度例如以便在0.5mm的厚度下保持TLA高于70％，则要求接近2％Fe2O3的值，考虑到亚铁为约26.5％。
图4是示出氧化铁的行为的坐标图，如果减小厚度例如以便在0.5mm的厚度下保持TDS低于51％，则要求接近2％Fe2O3的值，考虑到亚铁为约26.5％。
具体实施方式
用于汽车工业的通过浮法玻璃工艺形成的钠钙硅玻璃的典型组成的特征在于以下配方，基于重量百分比相对于玻璃的总重量计，这些百分比是通过使用x射线荧光分析获得的。
本发明的绿色玻璃组合物基于上述组合物，其中已添加如下的着色化合物：1.30至2.50％的以Fe2O3表示的总铁；15％至40％的Fe2+(亚铁)和0.15％至0.65％的以Fe2O3表示FeO；约0.05％至约0.30％的SO3；约0.02％至约1.0％的TiO2；约0.0002％至约0.03％的Cr2O3；和约0.0002％至约0.015％的CuO。
所述绿色玻璃具有大于70％的光源“A”透光率(TLA)，小于51％的直接阳光透射率(TDS)，小于40％的总紫外光透射率(TUV)，和小于63％的总阳光透射率(TTS)，其中该玻璃具有约0.7至3.0mm的厚度。
近年来，汽车行业的趋势是在不牺牲产品热性能的情况下减小玻璃的厚度，因此，例如，我们可以在汽车市场中发现在4.85至3.2mm的厚度范围内具有大于70％透光率(如联邦标准ANSI Z 26.1所要求)的强化的阳光控制产品，这意味着可以针对每种厚度调节组成以实现目标的热性能或等效的阳光控制。
正如已知的，阳光控制玻璃是用于如下玻璃的术语，该玻璃允许来自太阳的可见光穿过玻璃件系统(窗户和挡风玻璃)并且同时吸收或反射大部分太阳热量到外部。对于驾驶员视野的玻璃件系统，例如前门和汽车挡风玻璃，可见光的透射率必须符合大于70％的联邦标准。另一方面，追求阳光和紫外线的透射率的最小值，以使这种玻璃组合物保持车辆或房屋的内部更舒适，相比于使用传统玻璃而言。因此，空调系统中需要的能量消耗更低，这导致污染更少和成本降低。
为实现上述特性，本发明限定了氧化铁(Fe2O3)-氧化还原值(亚铁)的恰当混合物，以便提供绿色着色，并且减少紫外线(TUV)和阳光(TS)的透射，氧化钛(TiO2)有助于阻挡紫外辐射，并且氧化铜(CuO)作为着色剂以便调节因添加氧化钛而可能产生的淡黄色。但是，高浓度的CuO会对可见光透射产生负面影响。
紫外辐射透射率(TUV)的计算仅涉及太阳紫外辐射的参与，因此使用5nm的间隔在300至400nm的波长范围内对其进行评估，并且空气质量等于1.5，ISO 13837规范A的标准。
诸如光透射的物理性质对应于基于国际公认标准的计算的变量。因此，使用光源“A”(TLA)和2度的标准观察者来评价光透射，也称为1931[C.I.E.出版物，15.2，ASTM E-308(1990)]。用于此目的的波长范围是380至780nm，以10nm间隔的数字形式对数值进行积分。
在红外透射(TIR)计算中，范围包括太阳光谱中的辐射，范围为800至2500nm，间隔为50nm，使用ISO/DIS 13837的值。
直接阳光透射率(TDS)代表以直接形式透过玻璃的热量，用5、10和50nm的间隔从300nm到2500nm对其进行评估，计算的数值形式使用公认的标准值。ISO 13837标准(空气质量1.5，300至2500nm梯形间隔)。
根据ISO/DIS 13837，考虑4m/s(停车)的风速，在300至2500nm的范围内评估总太阳能透射(TTS)。
用于颜色确定的技术指标(例如主波长和激发纯度)是由国际照明委员会(C.I.E.)采用的三色刺激值(X，Y，Z)得出的，其为涉及许多观察者的直接实验结果。可以通过计算分别对应于红色、绿色和蓝色的三色刺激值的三色系数X、Y、Z来确定这些技术指标。将三色值绘制在色度图中，并与光源“D65”(其被视为照明标准)的坐标进行比较。该比较提供了确定激发颜色纯度及其主波长的信息。主波长定义了颜色的波长，并且它是位于380至780nm的可见光范围内的值，而对于激发纯度，该值越小，则越趋向中性色。可以从ArthurC.Hardy的《色度学手册》”(“Handbook of Colorimetry”)获得对该主题的更深刻理解，该手册由“麻省理工学院”出版，1936年发行。
色彩系统CIELAB 1976的色彩变量L*、a*和b*也通过三色刺激值计算。
以下是根据本发明的用于单片和叠层片的钠钙硅组合物的实例，它们具有相应的物理性质：可见光透射率(TLA)、紫外光透射率(TUV)、红外线透射率(TIR)、直接阳光透射率(TDS)和总阳光透射率(TTS)。
通过X射线荧光计算以下玻璃的组成。
表1，实施例1至27，描述了实际厚度为约1.2至约4mm的阳光控制薄绿色玻璃组合物，其作为较薄玻璃时保持阳光性能并且可用于减轻车辆的重量。
表1
表1-续
表1-续
表1-续
现在参考图1和2，图1示出了根据表2和4的实施例的叠层玻璃件构造；并且图2示出了根据表3的实施例的叠层玻璃件构造。
在本发明的第一实施方案中(图1)，叠层玻璃件由三个层(10)形成。外部层片(12)是根据本发明的阳光控制薄绿色玻璃，其厚度为约0.7至3.0mm。聚合物夹层(13)是常规的或声学的聚乙烯醇缩丁醛PVB，其厚度为0.76mm。内部层片(14)可以由以下玻璃构成：离子交换和非离子交换的商业透明玻璃，离子交换和非离子交换的硼硅酸盐玻璃，或者离子交换和非离子交换的碱金属铝硅酸盐玻璃(Corning
玻璃)，厚度为约0.5mm至2.0mm。
在第二实施方案中(图2)，由五个层(20)形成三重叠层玻璃件构造。外部层片(12)是阳光控制薄绿色玻璃，其厚度为约0.7至3.0mm。两个聚合物夹层(13)，其中聚合物夹层(13)是常规的或声学的聚乙烯醇缩丁醛PVB，其厚度为0.76mm。中心层片(15)和内部层片(14)可以由以下玻璃构成：离子交换和非离子交换的商业透明玻璃，离子交换和非离子交换的硼硅酸盐玻璃，或者离子交换和非离子交换的碱金属铝硅酸盐玻璃(Corning
玻璃)，其厚度为约0.5mm至2.0mm。
表2示出了叠加有商业透明玻璃的薄绿色玻璃组合物的阳光控制性能，如图1所示。实施例28和29描述了当前的典型汽车叠层玻璃件。实施例30-59使用实施例20、16、11、6、5和3来减小叠层玻璃的总厚度，同时维持阳光性能。所有叠层系统均通过劳伦斯伯克利实验室(Lawrence Berkeley Laboratory)开发的Optics 6软件进行仿真，并使用0.76mm厚的商业声学聚合物夹层(聚乙烯醇缩丁醛，PVB)。
表2
表2-续
表2-续
表2-续
表2-续
表3示出了三层叠层结构中作为外部层片的阳光控制薄绿色玻璃组合物，其中商业透明玻璃作为两个内部层片，如图2所示。实施例60至65使用实施例1和2用于减小叠层玻璃结构的总厚度，同时维持阳光性能。所有三重叠层系统均通过劳伦斯伯克利实验室开发的Optics 6软件进行仿真，并使用0.76mm厚的(两个)商业声学聚合物夹层(PVB)。
表3
表4示出了叠加有商业
玻璃的阳光控制薄绿色玻璃组合物，如图1所示。实施例66至72使用实施例1和2用以减小叠层玻璃结构的总厚度且同时维持阳光性能。所有叠层系统均通过劳伦斯伯克利实验室开发的Optics 6软件进行仿真，并使用0.76mm厚的商业声学聚合物夹层(PVB)。
表4
尽管已经根据本发明描述了两种叠层构造，但是它们不限于图1和图2中所示的构造。可以颠倒使用所述层的顺序。这意味着外部层片可以由以下玻璃形成：离子交换和非离子交换的商业透明玻璃，离子交换和非离子交换的硼硅酸盐玻璃，或离子交换和非离子交换的碱金属铝硅酸盐玻璃(Corning
玻璃)，并且内部层片可以是阳光控制薄绿色玻璃。
综上所述，已经描述了绿色玻璃组合物，并且本领域技术人员将清楚可以进行其它可能的改进和改善，这些改进和改善可被认为是在所附权利要求书确定的范围内。
Claims (22)
1.一种用于薄绿色阳光控制玻璃的玻璃组合物，其包含钠钙硅基础玻璃和着色剂，其中所述着色剂包括：1.30％至2.50％的总铁，以Fe2O3表示；15％至40％的Fe2+(亚铁)和0.15％至0.65％的FeO，以Fe2O3表示；约0.05％至约0.30％的SO3；约0.02％至约1.0％的TiO2；约0.0002％至约0.03％的Cr2O3；和约0.0002％至约0.015％的CuO，该玻璃具有大于70％的光源“A”透光率(TLA)，小于51％的直接阳光透射率(TDS)，和小于40％的总紫外光透射率(TUV)，以及小于63％的总阳光透射率(TTS)；其中所述玻璃具有约0.7至3.0mm的厚度。
2.根据权利要求1所述的阳光控制玻璃，其中主波长为490nm至600nm。
3.根据权利要求1所述的阳光控制玻璃，对于约0.7至3.0mm的厚度，其激发纯度小于7。
4.根据权利要求1所述的阳光控制玻璃，其中所述钠钙硅基础玻璃组合物包含68％至75％的SiO2，0至5％的Al2O3，5％至15％的CaO，0至10％的MgO，10％至18％的Na2O，和0至5％的K2O。
5.由根据权利要求1所述的玻璃组合物形成的玻璃片，其包含钠钙硅基础玻璃和着色剂，其中所述着色剂包含：1.30％至2.50％的总铁，以Fe2O3表示；15％至40％的Fe2+(亚铁)和0.15％至0.65％的FeO，以Fe2O3表示；约0.05％至约0.30％的SO3；约0.02％至约1.0％的TiO2；约0.0002％至约0.03％的Cr2O3；和约0.0002％至约0.015％的CuO，该玻璃具有大于70％的光源“A”透光率(TLA)，小于51％的直接阳光透射率(TDS)，小于40％的总紫外光透射率(TUV)，以及小于63％的总阳光透射率(TTS)，其中所述玻璃具有约0.7至3.0mm的厚度。
6.根据权利要求5所述的玻璃片，其中主波长为490nm至600nm。
7.根据权利要求5所述的玻璃片，对于约0.7至3.0mm的厚度，其激发纯度小于7。
8.根据权利要求1所述的玻璃片，所述玻璃片由浮法工艺形成。
9.一种对称-混合型或非对称-混合型的叠层玻璃，其具有内部层片、外部层片和设置在内部层片和外部层片之间的聚合物夹层，所述内部层片和外部层片以及聚合物夹层被层叠在一起，其中至少一个层包括至少一个玻璃片，该玻璃片包括玻璃组合物，所述玻璃组合物包含钠钙硅基础玻璃和着色剂，其中所述着色剂包含：1.30％至2.50％的总铁，以Fe2O3表示；15％至40％的Fe2+(亚铁)和0.15％至0.65％的FeO，以Fe2O3表示；约0.05％至约0.30％的SO3；约0.02％至约1.0％的TiO2；约0.0002％至约0.03％的Cr2O3；和约0.0002％至约0.015％的CuO，该玻璃组合物具有大于70％的光源“A”透光率(TLA)，小于51％的直接阳光透射率(TDS)，小于40％的总紫外光透射率(TUV)，以及小于63％的总阳光透射率(TTS)，其中所述玻璃具有约0.7至3.0mm的厚度。
10.根据权利要求9所述的叠层玻璃，至少对于约2.3至5.0mm的叠层玻璃的总厚度，其具有大于70％的光源“A”透光率(TLA)，小于50％的直接阳光透射率(TDS)，小于5％的总紫外光透射率(TUV)，以及小于60％的总阳光透射率(TTS)。
11.根据权利要求9所述的叠层玻璃，其中所述内部层片的厚度在约0.5mm至2.0mm的范围内，并且所述外部层片的厚度在约1.0mm至约2.6mm的范围内。
12.根据权利要求9所述的叠层玻璃，其中所述内部层片包括以下玻璃：离子交换和非离子交换的碱金属铝硅酸盐玻璃(
玻璃)。
13.根据权利要求9所述的叠层玻璃，其中所述内部层片包括以下玻璃：离子交换和非离子交换的硼硅酸盐玻璃。
14.根据权利要求9所述的叠层玻璃，其中所述内部层片包括以下玻璃：离子交换和非离子交换的钠钙硅酸盐玻璃。
15.根据权利要求9所述的叠层玻璃，其包括：
商业透明玻璃的内部层片，
在内部层片上方的聚合物夹层；和，
外部层片，该外部层片包含玻璃组合物，所述玻璃组合物包含钠钙硅酸盐基础玻璃和着色剂，其中所述着色剂包括：1.30％至2.50％的总铁，以Fe2O3表示；15％至40％的Fe2+(亚铁)和0.15％至0.65％的FeO，以Fe2O3表示；约0.05％至约0.30％的SO3；约0.02％至约1.0％的TiO2；约0.0002％至约0.03％的Cr2O3；和约0.0002％至约0.015％的CuO，该玻璃组合物具有大于70％的光源“A”透光率(TLA)，小于51％的直接阳光透射率(TDS)，小于40％的总紫外光透射率(TUV)，以及小于63％的总阳光透射率(TTS)，其中所述叠层玻璃具有约2.3至5.0mm的厚度。
16.根据权利要求15所述的叠层玻璃，其中所述外部层片具有约0.7至3.0mm的厚度。
17.根据权利要求15所述的叠层玻璃，其中所述内部层片具有约0.7至1.0mm的厚度。
18.根据权利要求9所述的叠层玻璃，其包括：
商业透明玻璃的内部层片，
内部层片上方的第一聚合物夹层；
商业透明玻璃的中心层片；
中心层片上方的第二聚合物夹层；和，
外部层片，其包含玻璃组合物，所述玻璃组合物包含钠钙硅酸盐基础玻璃和着色剂，其中所述着色剂包括：1.30％至2.50％的总铁，以Fe2O3表示；15％至40％的Fe2+(亚铁)和0.15％至0.65％的FeO，以Fe2O3表示；约0.05％至约0.30％的SO3；约0.02％至约1.0％的TiO2；约0.0002％至约0.03％的Cr2O3；和约0.0002％至约0.015％的CuO，该玻璃组合物具有大于70％的光源“A”透光率(TLA)，小于51％的直接阳光透射率(TDS)，小于40％的总紫外光透射率(TUV)，以及小于63％的总阳光透射率(TTS)，其中所述叠层玻璃具有约3.5至5.0mm的厚度。
19.根据权利要求18所述的叠层玻璃，其中所述内部层片和所述中心层片的厚度在约0.5mm至1.1mm的范围内，并且所述外部层片的厚度为约0.7至1.5mm。
20.根据权利要求9所述的叠层玻璃，包括：
在内部层片上方的第一聚合物夹层；
在中心层片上方的第二聚合物夹层；和，
外部层片，其包含玻璃组合物，所述玻璃组合物包含钠钙硅酸盐基础玻璃和着色剂，其中所述着色剂包括：1.30％至2.50％的总铁，以Fe2O3表示；15％至40％的Fe2+(亚铁)和0.15％至0.65％的FeO，以Fe2O3表示；约0.05％至约0.30％的SO3；约0.02％至约1.0％的TiO2；约0.0002％至约0.03％的Cr2O3；和约0.0002％至约0.015％的CuO，该玻璃组合物具有大于70％的光源“A”透光率(TLA)，小于51％的直接阳光透射率(TDS)，小于40％的总紫外光透射率(TUV)，以及小于63％的总阳光透射率(TTS)，其中所述叠层玻璃具有约3.5至5.0mm的厚度。
21.根据权利要求20所述的叠层玻璃，其中所述内部层片和中心层片的厚度为约0.5mm至1.1mm；并且所述外部层片的厚度为约0.7至1.5mm。
22.根据权利要求9所述的叠层玻璃，其中所述外部层片可以是：离子交换和非离子交换的商用透明玻璃，离子交换和非离子交换的硼硅酸盐玻璃，或离子交换和非离子交换的碱金属铝硅酸盐玻璃(Corning
玻璃)，并且所述内部层片由绿色玻璃组合物制成。
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