DE10146687C1 - Glas mit einer porösen Antireflex-Oberflächenbeschichtung sowie Verfahren zur Herstellung des Glases und Verwendung eines derartigen Glases - Google Patents
Glas mit einer porösen Antireflex-Oberflächenbeschichtung sowie Verfahren zur Herstellung des Glases und Verwendung eines derartigen GlasesInfo
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Abstract
Ein Glas (1), versehen mit einer porösen Antireflex-Oberflächenbeschichtung (2) auf Basis von SiO¶2¶-Partikeln, soll einerseits im Hinblick auf einen hohen Transmissionsgrad von Licht im gesamten solaren Spektrum besonders gute optische Eigenschaften und andererseits eine besonders hohe mechanische Festigkeit, insbesondere eine besonders hohe mechanische Abriebfestigkeit, aufweisen. Dazu umfasst die Antireflex-Oberflächenbeschichtung (2) auf Basis von SiO¶2¶-Partikeln erfindungsgemäß zwei Partikelfraktionen, wobei die Oberflächenbeschichtung (2) eine erste Partikelfraktion mit einer vorherrschenden Partikelgröße von 3 bis 13 nm und eine zweite Partikelfraktion mit einer vorherrschenden Partikelgröße von 20 bis 50 nm aufweist. Zur Herstellung eines derartig beschichteten Glases (1) wird ein Glassubstrat (4) mit einem Hybridsol beschichtet, dessen [SiO¶x¶(OH)¶y¶]¶n¶-Partikel eine erste Fraktion von Partikeln mit einer ersten Teilchengröße von 3 bis 13 nm und eine zweite Fraktion von Partikeln mit einer zweiten Teilchengröße von 20 bis 50 nm umfassen.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Glas, versehen mit einer porösen Antireflex-
Oberflächenbeschichtung auf Basis von SiO2-Partikeln. Sie betrifft weiterhin ein
Verfahren zur Herstellung eines derartigen Glases sowie die Verwendung eines
derartigen Glases.
Beim Durchgang von Licht durch die Grenzfläche zweier Medien mit unterschiedli
chen Brechungsindizes wird ein Teil der Strahlung reflektiert. Beispielsweise be
trägt beim senkrechten Einfall von Licht auf eine Glasscheibe aufgrund der Diffe
renz von deren Brechungsindex von n = 1,5 zum Brechungsindex von Luft mit
n = 1 der reflektierte Anteil des einfallenden Lichts etwa 4%. Der gleiche Anteil
von etwa 4% wird auch beim Austritt des Lichts aus dem Glas reflektiert. Somit
tritt durch eine übliche Glasscheibe lediglich ein Anteil von maximal 92% des
einfallenden Lichts hindurch, was gerade bei der Verwendung einer Glasscheibe
zur Abdeckung von Solarkollektoren oder sonstigen optisch sensitiven Elementen
zu unerwünschten Einbußen beim Wirkungsgrad führen kann. Daher ist es gerade
bei der Abdeckung von Sonnenkollektoren wünschenswert, sogenannte entspie
gelte Gläser zu verwenden, bei denen mittels einer Beschichtung der Oberflächen
der Transmissionsgrad des jeweiligen Glases erhöht ist.
Zur Entspiegelung von Glas können Mehrfachschichten an der Oberfläche ange
bracht werden. Auf der Grundlage des Interferenzprinzips werden dabei alternie
rend Schichten mit hohem und mit niedrigem Brechungsindex aufgebracht. Auf
grund von Interferenzen der an den jeweiligen Grenzflächen zwischen den Mate
rialien mit unterschiedlichen Brechungsindizes jeweils reflektierten Teilwellen lö
schen sich diese in einem bestimmten Wellenlängenbereich aus, so dass für die
se Wellenlängen eine besonders hochgradige Transmission erreichbar ist. Derar
tige alternierende Schichtsysteme sind jedoch wellenlängenselektiv und somit
nicht für einen Einsatz in einem breitbandigen Spektrum geeignet. Derartig be
schichtete Gläser sind somit zur Abdeckung beispielsweise von Sonnenkollekto
ren, bei denen es auf eine bestmögliche Einleitung von Licht im gesamten Son
nenspektrum ankommt, nicht geeignet.
Eine alternative Möglichkeit zur Entspiegelung von Glas besteht in der Aufbrin
gung einer einzigen Schicht auf der jeweiligen Glasoberfläche. Eine besonders
hohe Transmission ist dabei aus physikalischen Gründen erreichbar, wenn die
Oberflächenschicht einen Brechungsindex gleich der Wurzel des Brechungsindex
für Glas, also einen Brechungsindex von etwa 1,22, aufweist. In diesem Fall be
trägt die Reflexion für Licht mit einer Wellenlänge vom 4-fachen der Schichtdicke
nahezu Null, so dass Licht dieser Wellenlänge vollständig transmittiert wird. Auf
grund der vergleichsweise flachen funktionalen Wellenlängenabhängigkeit des
Transmissionsgrades ist dieser aber auch für davon abweichende Wellenlängen
noch besonders hoch. Daher wird gerade für Abdeckgläser für Sonnenkollektoren
oder sonstige optisch sensitive Elemente eine Beschichtung mit einem Material
angestrebt, das einen Brechungsindex möglichst nahe bei 1,22 aufweist.
Eine derartige Oberflächenbeschichtung eines Glases kann einerseits durch se
lektives Anätzen des Glases hergestellt werden. Beispielsweise können durch
Anätzen von Kalk-Natron-Glas mit z. B. Flusssäure oder Hexafluorokieselsäure
Oberflächenschichten mit einem Brechungsindex von etwa 1,27 hergestellt wer
den, was dem gewünschten Ergebnis bereits sehr nahe kommt. Die solcherma
ßen hergestellten Oberflächenschichten besitzen neben guten optischen auch
vergleichsweise gute mechanische Eigenschaften, insbesondere eine hohe me
chanische Abriebfestigkeit. Solchermaßen hergestellten Gläser sind somit auch
zum täglichen Einsatz vergleichsweise gut geeignet. Nachteilig bei diesem Her
stellungsverfahren ist jedoch, dass die Verwendung von äußerst umweltschädli
chen und aggressiven Säuren erforderlich ist, was einen entsprechend hohen
Entsorgungsaufwand und eine entsprechende Sorgfalt beim Umgang mit diesen
Materialien bedingt.
Alternativ kann auch eine Beschichtung von Glas durch additives Aufbringen von
Beschichtungsmaterial vorgesehen sein. An solchermaßen hergestellte be
schichtete Gläser sind einerseits hohe Anforderungen hinsichtlich der optischen
Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich eines vergleichsweise kleinen Bre
chungsindex von möglichst nahe bei 1,22, zu stellen. Andererseits sind bei diesen
Gläsern aber auch hohe Anforderungen an die mechanischen Eigenschaften der
Beschichtung, insbesondere an deren Abriebfestigkeit, zu stellen, um diese für
einen täglichen Gebrauch auch in einem vergleichsweise widrigen Umfeld geeig
net zu machen. Im Hinblick auf diese Anforderungen haben sich Antireflex-
Oberflächenbeschichtungen auf der Basis von SiO2-Partikeln als besonders ge
eignet erwiesen.
Aus der DE 35 34 143 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem monodisperse, nicht
poröse Beschichtungen auf SiO2-Basis hergestellt werden. Dabei kann jedoch in
der Schicht eine Streuung auftreten, die zur Erniedrigung der Transmission führt.
Aus diesem Grund werden derartige Beschichtungen üblicherweise in der Nor
mung sowie als Sorptions- und Trägermaterial, nicht aber als Antireflex-Schicht
verwendet.
Um einen geeignet niedrigen Brechungsindex der Oberflächenschicht möglichst
nahe bei n = 1,22 zu ermöglichen, werden die Antireflex-Oberflächenbeschich
tungen auf Basis von SiO2-Partikeln, wie beispielsweise in der EP 0 835 849 A1
und der EP 0 597 490 B1 beschrieben, üblicherweise porös ausgeführt, da ledig
lich aufgrund der Verdünnung des Beschichtungsmaterials mit Luft ein akzeptabel
geringer Brechungsindex erreichbar ist. Derartige poröse Antireflex-Oberflächen
beschichtungen auf Basis von SiO2-Partikeln zeichnen sich dabei üblicherweise
durch mehr oder wenige lose, aneinander gefügte SiO2-Partikel einer im Wesent
lichen einheitlichen Teilchengröße aus.
Die Beschichtung eines Glases mit einer derartigen porösen Antireflex-Ober
flächenbeschichtung auf Basis von SiO2-Partikeln erfolgt üblicherweise unter Ver
wendung sogenannter Sole, in denen [SiOX(OH)Y]n-Partikel mit Lösungsmitteln
und ggf. mit einem Stabilisator versetzt sind. Auf der Basis derartiger Sole können
Beschichtungslösungen bereitgestellt werden, in die das zu beschichtende Glas
eingetaucht werden kann, wobei sich das schichtbildende Sol auf der Glasoberflä
che niederschlägt.
Aus der EP 0 835 849 A1 und der DE 199 18 811 A1 ist die Verwendung eines
derartigen Sols auf Basis eines Alkohol-Wasser-Gemisches zur Herstellung einer
porösen Antireflex-Oberflächenbeschichtung auf Basis von SiO2-Partikeln be
kannt. Die dabei hergestellte Antireflex-Oberflächenbeschichtung zeigt ver
gleichsweise gute optische Eigenschaften und ist auch sinterstabil, so dass eine
solchermaßen aufgebrachte Antireflex-Oberflächenbeschichtung auch bei einer
nachfolgenden thermischen Behandlung des beschichteten Glases, beispielswei
se zur Herstellung thermisch vorgespannten Sicherheitsglases, ihre optischen Ei
genschaften nicht nennenswert verschlechtert. Allerdings hat sich für diese Be
schichtung herausgestellt, dass die Abriebfestigkeit den Ansprüchen für einen
Dauereinsatz nicht genügt. Beispielsweise zeigt für ein Glas mit einer derartigen
porösen Antireflex-Oberflächenbeschichtung die Prüfung der Abriebfestigkeit nach
DIN EN 1096-2 mittels Crockmeter-Test, dass bereits nach 10 Zyklen deutliche
und nach 100 Zyklen sehr starke Schichtschädigungen auftreten.
Alternativ können, wie beispielsweise in der nicht vorveröffentlichten DE 100 51 724 A1
beschrieben, zur Herstellung einer porösen Antireflex-Oberflächenbe
schichtung auf einem Glas auch Sole auf Basis wässriger Systeme zum Einsatz
kommen, die weniger als 1% organische Komponenten enthalten. Die durch die
Verwendung derartiger tensidhaltiger, im Wesentlichen rein wässriger Sole her
stellbaren Oberflächenschichten erhöhen die solare Transmission eines damit
beschichteten eisenarmen Kalk-Natron-Glases auf bis zu 95,3%, wobei die Anti
reflex-Oberflächenbeschichtung einen Brechungsindex von 1,29 aufweist. Wie
sich herausstellte, ist eine solchermaßen hergestellten Antireflex-Oberflächen
beschichtung mechanisch sehr stabil und abriebfest, wobei die Abriebfestig
keitsprüfung mittels Crockmeter-Test nach DIN EN 1096-2 auch nach 100 Zyklen
nur geringe Schichtveränderungen zeigte. Nachteilig bei den solchermaßen her
gestellten Antireflex-Oberflächenbeschichtungen ist jedoch, dass herstellungsbe
dingt Schichtinhomoginitäten auftreten können. Insbesondere im optischen Er
scheinungsbild stellt sich eine Querstreifigkeit ein, die auf periodische Schichtdic
kenunterschiede im Bereich einiger Nanometer zurückzuführen ist. Derartige
Streifigkeiten können störend sein. Die durch die Verwendung eines derartigen
wässrigen Sols herstellbaren Antireflex-Oberflächenschichten ergeben darüber
hinaus bei der Beschichtung prismierter Gläser nur unzureichende optische Re
sultate, wobei der erreichbare Transmissionsgrad lediglich bei etwa 93,6% liegt.
Aus der nicht vorveröffentlichten DE 100 52 075 A1 ist entnehmbar, dass in porö
sen Beschichtungen auf SiO2-Basis poröse Partikel mit unterschiedlichen Parti
kelgrößen zum Einsatz kommen können. Dabei bleibt aber unbestimmt, welche
Partikelgrößen für welche Eigenschaft der Schicht relevant sein könnten.
Somit erfüllt keine der genannten Antireflex-Oberflächenbeschichtungen die er
wähnten Anforderungen an eine dauerhaft und für Abdeckgläser für Sonnenkol
lektoren oder sonstige optisch sensitive Elemente einsetzbare Beschichtung voll
ständig.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Glas, versehen mit einer po
rösen Antireflex-Oberflächenbeschichtung auf Basis von SiO2-Partikeln, anzuge
ben, das einerseits im Hinblick auf einen hohen Transmissionsgrad von Licht im
gesamten solaren Spektrum besonders gute optische Eigenschaften und ande
rerseits eine besonders hohe mechanische Festigkeit, insbesondere eine beson
ders hohe mechanische Abriebfestigkeit, aufweist. Weiterhin sollen ein Verfahren
zur Herstellung eines derartigen Glases sowie eine besonders günstige Verwen
dung des Glases angegeben werden.
Bezüglich des Glases wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst, indem die An
tireflex-Oberflächenbeschichtung auf Basis von SiO2-Partikeln zumindest zwei
Partikelfraktionen umfasst, die sich in ihrer jeweils vorherrschenden Partikelgröße
voneinander unterscheiden, wobei die Oberflächenbeschichtung eine erste Parti
kelfraktion mit einer vorherrschenden Partikelgröße von 3 bis 13 nm und eine
zweite Partikelfraktion mit einer vorherrschenden Partikelgröße von 20 bis 50 nm
aufweist.
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass die Antireflex-Ober
flächenbeschichtung angesichts der verschiedenartigen Anforderungen, nämlich
einerseits der guten optischen Eigenschaften und andererseits der hohen Ab
riebfestigkeit, in ihrem strukturellen Aufbau besonders flexibel ausgebildet sein
sollte. Dabei sollten strukturelle Komponenten oder Unterkomponenten der Ober
flächenbeschichtung vorgesehen sein, von denen jede spezifisch auf die Erfüllung
jeweils einer der genannten Anforderungen hin optimierbar ist. Wie sich überra
schend herausstellte, ist ein geeigneter Parameter zur Differenzierung zwischen
diesen unterschiedlichen, jeweils auf eine andere Anforderung hin optimierbaren
Komponenten die Teilchengröße der SiO2-Partikel.
Insbesondere weisen vergleichsweise kleine SiO2-Partikel eine besonders hohe
Oberflächenreaktivität auf. Die SiO2-Partikel mit vergleichsweise geringer Teil
chengröße neigen daher zur Aggregation oder Agglomeration, die insbesondere
eine gleichmäßige Schichtdickenausbildung gerade auch im Hinblick auf eine
mögliche Streifenbildung ermöglicht. Bevor diese Agglomeration stattfindet, kön
nen den vergleichsweise kleinen Partikeln vergleichsweise große Partikel zur Re
aktion angeboten werden. Dadurch wird die Oberfläche der vergleichsweise gro
ßen SiO2-Partikel derart modifiziert, dass auch diese zur Ausbildung von Schich
ten mit besonders homogener Schichtdicke neigen. Derartige vergleichsweise
größer dimensionierte SiO2-Partikel, die insbesondere in der Form gleichartiger,
runder Kügelchen oder "Monosphers" vorliegen können, tragen in besonderem
Maße zur Gesamtstabilität des Systems bei, insbesondere zur Gerüststabilität und
zum Anhaften der Oberflächenschicht am darunter liegenden Glas. Gerade durch
die Kombination dieser vergleichsweise groß gehaltenen SiO2-Partikel mit den
vergleichsweise klein gehaltenen SiO2-Partikeln ist eine Verschlechterung der op
tischen Eigenschaften durch die Verwendung der vergleichsweise groß gehalte
nen SiO2-Partikel praktisch vermieden.
Die in der Art eines binären Systems vorgesehenen zumindest zwei Partikelfrak
tionen mit unterschiedlicher vorherrschender Partikelgröße manifestieren sich bei
spielsweise in einer Teilchengrößenverteilung in den die Antireflex-Oberflächen
beschichtung bildenden SiO2-Partikeln, die an zumindest zwei vorherrschenden
Partikelgrößen besonders signifikante Beiträge aufweist. Die signifikanten Beiträ
ge, von denen jeder jeweils eine der Partikelfraktionen identifiziert, können dabei
durch entsprechend hohe Werte bei der Bestimmung eines Integrals die Teil
chengrößenverteilung in einem zugeordneten Partikelgrößenintervall oder auch
durch relative Maxima in der Teilchengrößenverteilung charakterisiert sein. Die
vorherrschende Partikelgröße kann dabei als Schwerpunkt oder Maximalpunkt im
jeweiligen Beitrag in der Teilchengrößenverteilung aufgefasst werden, wobei die
Partikel jeder Fraktion herstellungsbedingt in ihrer Partikelgröße eine gewisse
Verteilung oder Bandbreite um die jeweils vorherrschende Partikelgröße herum
einnehmen können.
Wie sich überraschend herausstellte, sind besonders hochwertige optische Eigen
schaften und insbesondere eine sehr homogene Schichtdicke mit nahezu keiner
Streifigkeit erreichbar, indem die Fraktion der vergleichsweise kleinen SiO2-
Partikel eine mittlere Teilchengröße von einigen nm aufweist. Daher weist die
Oberflächenbeschichtung eine erste Partikelfraktion mit einer vorherrschenden
Partikelgröße von 3 nm bis 13 nm, insbesondere von 5 nm bis 10 nm, vorzugs
weise von etwa 7 nm, auf.
Als zweite Fraktion sind SiO2-Partikel einer mittleren Teilchengröße von 20 nm bis
50 nm vorgesehen. Dabei weist die Oberflächenbeschichtung in vorteilhafter Aus
gestaltung eine zweite Partikelfraktion mit einer vorherrschenden Partikelgröße
von 25 nm bis 35 nm, vorzugsweise etwa 30 nm, auf.
Entsprechend der funktionalen Zuordnung der Partikelfraktionen sind zweckmäßi
gerweise vergleichsweise viele klein dimensionierte SiO2-Partikel mit vergleichs
weise wenigen größer dimensionierten SiO2-Partikeln kombiniert. In besonders
günstiger Ausgestaltung weist die Oberflächenbeschichtung dabei ein Verhältnis
der Anzahl der Partikel mit einer Teilchengröße des ersten Maximums zur Anzahl
der Partikel mit einer Teilchengröße des zweiten Maximums von 600 : 1 bis 12 : 1,
vorzugsweise 120 : 1 bis 30 : 1, auf.
In vorteilhafter Ausgestaltung ist das beschichtete Glas als sogenanntes vorge
spanntes Sicherheitsglas ausgeführt. Ein Sicherheitsglas zeichnet sich dabei zu
sätzlich zu einer erhöhten Bruchfestigkeit dadurch aus, dass es im Falle eines
Glasbruchs nicht in vergleichsweise große, scharfkantige Scherben, sondern
vielmehr in eine große Vielzahl vergleichsweise kleiner, stumpfkantiger Bruch
stücke zerfällt. Die Ausführung des Glases als derartiges Sicherheitsglas ist dabei
durch eine sogenannte thermische Vorspannung erreichbar, wobei das Glas zu
nächst auf Temperaturen von mindestens 600°C erhitzt und anschließend, bei
spielsweise durch Anblasen mit Luft, thermisch abgeschreckt wird. Der eigentliche
Vorspannprozess kann dabei mit herkömmlichen Vorspannverfahren durchgeführt
werden. Dabei kann insbesondere die sogenannte vertikale Vorspanntechnik, die
sogenannte horizontale Vorspanntechnik im Durchlaufverfahren oder die soge
nannte horizontale Vorspanntechnik im Oszillationsverfahren zum Einsatz kom
men. Zur Beheizung kann das Glas dabei in einem Ofenbereich einer Strahlungs
beheizung und/oder einer Konvektionsbeheizung ausgesetzt werden, wobei im
Ofenbereich üblicherweise Temperaturen von etwa 700°C eingestellt werden. Zur
Vorspannung verbleibt das Glas dabei im Ofenbereich üblicherweise solange, bis
der Erweichungspunkt erreicht wird. Beispielsweise wird Glas einer Glasdicke von
etwa 4 mm üblicherweise für etwa 160 Sekunden auf mindestens 600°C erhitzt.
Nach diesem thermischen Behandlungsschritt wird das Glas in einem angrenzen
den Segment einer Vorspannanlage von beiden Seiten gleichmäßig mit Luft über
regelmäßig angeordnete Luftdüsen abgeblasen. Dabei wird das Glas auf Tempe
raturen bis etwa 40°C abgekühlt. Das erhitzte Glas kann dabei vor dem thermi
schen Abschrecken auch einem Formgebungsprozess unterzogen werden. Bei
spielsweise kann das erhitzte Glas vor dem Abschrecken gebogen werden, so
dass gebogene Gläser, wie beispielsweise für Anwendungen als Kfz-
Windschutzscheiben, erhältlich sind.
Die auf das Verfahren gerichtete Aufgabe zur Herstellung des Glases wird gelöst,
indem eine Beschichtungslösung, umfassend ein Hybridsol mit [SiOx(OH)y]n-
Partikeln, wobei 0 < y < 4 und 0 < x < 2 ist, und wobei die Partikel eine erste Parti
kelfraktion mit einer ersten vorherrschenden Partikelgröße von 3 bis 13 nm und
eine zweite Partikelfraktion mit einer zweiten vorherrschenden Partikelgröße von
20 bis 50 nm umfassen, weiterhin 5 bis 40 Gew.-% Lösungsmittel und 10 bis 80 Gew.-%
Stabilisator auf einem Glas abgeschieden wird, und das beschichtete
Glas einem Trocknungsschritt in Luftatmosphäre bei einer Temperatur von 20 bis
25°C und bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 55 bis 65% unterzogen wird. Bei
dem Glas kann es sich um übliches Glas, beispielsweise auch um ein Borosilikat-
Glas, vorzugsweise aber um ein Kalk-Natron-Glas, handeln.
In besonders vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens wird das beschichtete
Glas einem Trocknungsschritt in Luftatmosphäre bei einer Temperatur von etwa
22°C und bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 60% unterzogen.
Das zur Herstellung der Antireflex-Oberflächenbeschichtung verwendete Hybridsol
umfasst somit ein Gemisch großer und kleiner SiO2-Partikel, aus denen sich bei
der Abscheidung auf dem eigentlichen Glas die beiden aufgabenspezifisch zuge
schnittenen Beschichtungsanteile ergeben.
Das Hybridsol wird dabei vorteilhafterweise hergestellt durch hydrolytische Poly
kondensation von Tetraalkoxysilanen in einem wässrigen, ein Lösungsmittel ent
haltenden Medium, ggf. mit Ammoniak als Katalysator, nachfolgender Zugabe
eines wässrigen SiO2-Sols mit einer Teilchengröße gleich der zweiten vorherr
schenden Partikelgröße, das durch Zugabe eines Tetraalkoxysilans in ein wässrig
alkoholisch-ammoniakalisches Hydrolysegemisch und ggf. anschließender Ab
trennung von Ammoniak und Alkohol aus der erhaltenen Dispersion durch Was
serdampfdestillation erhalten wird, und abschließender Zugabe eines Stabilisa
tors. Das Hybridsol ist somit im Wesentlichen durch eine geeignete Kombination
eines wässrigen Sols mit einem wässrig-alkoholischen Sol bereitstellbar, wobei
jedoch eine einfache Mischung dieser Sol-Komponenten zur Erzielung des Kom
binationseffekts nicht ausreichend ist. Insbesondere ist der vorgesehene Effekt
der gegenseitigen Beeinflussung der Partikelfraktionen in besonderem Maße ab
hängig davon, dass ein geeigneter Zeitpunkt für das Zusammenbringen der ver
gleichsweise großen SiO2-Partikel mit den vergleichsweise kleinen, reaktiven
SiO2-Partikeln gewählt wird.
Zur Einstellung besonders bedarfsangepasster und günstiger Eigenschaften ist
die Teilchengröße der ersten Fraktion von Partikeln des Hybridsols vorzugsweise
etwa 7 nm gewählt. Vorteilhafterweise beträgt die zweite Teilchengröße vorzugs
weise 28 nm bis 30 nm. Das Gewichtsverhältnis der kleinen Partikelfraktion zur
großen Partikelfraktion beträgt im Hybridsol vorteilhafterweise 10 : 1 bis 1 : 5, insbe
sondere 3 : 1 bis 1 : 3, zweckmäßigerweise 2 : 1 bis 1 : 2, bevorzugt 1 : 1. Die Konzen
tration der SiO2-Partikel im Hybridsol liegt zweckmäßigerweise zwischen 0,3 und 4 Gew.-%,
bevorzugt zwischen 1 und 2 Gew.-%.
Als Lösungsmittel können bei der Bereitstellung des Hybridsols niedere aliphati
sche Alkohole, wie beispielsweise Ethanol oder i-Propanol, aber auch Ketone,
vorzugsweise niedere Dialkylketone, wie Aceton oder Methylisobutylketon, Ether,
vorzugsweise niedere Dialkylether, wie Diethylether oder Dibutylether, Tetrahy
drofuran, Amide, Ester, insbesondere Essigsäureethylester, Dimethylformamid,
Amine, insbesondere Triethylamin und deren Gemische zum Einsatz kommen.
In bevorzugten Ausführungsformen werden Alkohole als Lösungsmittel eingesetzt,
insbesondere Ethanol, Methanol, i-Propanol, n-Propanol. Die Menge des einge
setzten Lösungsmittels richtet sich nach Menge und Löslichkeit der als Aus
gangsmaterial eingesetzten Silicium-Verbindungen. Die Konzentration im Hybrid
sol liegt zwischen 5 bis 40 Gew.-%, bevorzugt 15 bis 30 Gew.-%. Als Stabilisato
ren können im Hybridsol Glycolether oder Ether anderer Alkohole mit zwei oder
mehr Hydroxygruppen in einer Konzentration von 10 bis 80, bevorzugt 40 bis 70 Gew.-%,
zum Einsatz kommen. Vorzugsweise ist dabei 1,2-Propylenglycol
monomethylether eingesetzt.
Wie sich nach umfangreichen Versuchen überraschend herausstellte, ist nämlich
bei Verwendung des genannten Hybridsols als Basismaterial für die Beschichtung
des Glases und bei Einhaltung der genannten Parameter während des
Trocknungsschritts auf dem Glas eine Antireflex-Oberflächenbeschichtung er
zeugbar, die einerseits die erwünschten zumindest zwei Partikelfraktionen auf
weist. Andererseits zeigt die so hergestellte Beschichtung zusätzlich zu den guten
optischen und den guten mechanischen Eigenschaften auch eine besondere
strukturelle Beständigkeit und eine besonders hohe Anbindung an das Glassub
strat auch ohne weitere Nachbehandlung, wie sie beispielsweise für eine an die
eigentliche Beschichtung anschließende thermische Vorspannung des Glases
erforderlich sein kann.
Die Verwendung des genannten Hybridsols als Ausgangsmaterial für die Herstel
lung der Antireflex-Oberflächenbeschichtung gewährleistet dabei, dass die Ober
flächenbeschichtung die aufgabenspezifisch und bedarfsgerecht ausgestaltete
Partikelgrößenverteilung mit vorzugsweise zumindest zwei Maxima aufweist. Wie
sich nach umfangreichen Suchen überraschend herausgestellt hat, führt aber ge
rade der nachfolgende Trocknungsschritt unter Einhaltung der genannten Para
meter dazu, dass die Oberflächenbeschichtung eine besonders hohe mechani
sche Stabilität und eine besonders belastbare Anbindung an das Glas-Substrat
aufweist, auch ohne dass hierzu thermische Nachbehandlungsmaßnahmen erfor
derlich wären. Im Gegensatz zur bisherigen Auffassung, dass bei der Anbringung
einer Antireflex-Beschichtung auf Basis von SiO2-Partikeln auf einem Glas-
Substrat zur Vernetzung des Kieselsäurenetzwerks und zur besseren Anbindung
an das Substrat eine thermische Behandlung oder Temperaturbeaufschlagung
zum Zweck der thermischen Verfestigung unbedingt erforderlich ist, ist diese so
mit nunmehr auch ohne einen weiteren thermischen Behandlungsschritt erreich
bar.
Dies kann insbesondere bei der Ausführung eines derartigen beschichteten Gla
ses als Sicherheitsglas durch thermisches Vorspannen genutzt werden. Insbe
sondere da nämlich zur ausreichenden Verfestigung der Oberflächenbeschichtung
nunmehr kein nachfolgender thermischer Behandlungsschritt mehr erforderlich ist,
kann die thermische Vorspannung des Glases zur Herstellung des Sicherheitsgla
ses vorteilhafterweise bereits vor der Beschichtung mit der Antireflex-Oberflächen
beschichtung vorgenommen werden. Dadurch ist insbesondere auch die Verwen
dung sogenannter horizontaler Vorspannverfahren nach dem Durchlaufprinzip
ohne Weiteres möglich. Die bei einer derartigen Behandlung eines bereits be
schichteten Glases üblicherweise auftretenden Rollenabdrücke in der Beschich
tung sind somit bei einer Nachschaltung des Beschichtungsprozesses nach den
thermischen Vorspannprozess sicher vermieden.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch
die zumindest zwei vorherrschenden Teilchengrößen in der Antireflex-Oberflä
chenbeschichtung in der Art eines binären Systems oder einer bimodalen Parti
kelgrößenverteilung eine besondere Flexibilität bei der gezielten Optimierung auf
die divergierende Vorgaben hin erreichbar ist. Durch geeignete Wahl der vorherr
schenden Teilchengrößen kann die Antireflex-Oberflächenbeschichtung insbe
sondere derart eingestellt werden, dass sowohl besonders hochwertige optische
als auch besonders günstige mechanische Eigenschaften, insbesondere im Hin
blick auf hohe Abriebfestigkeit, vorliegen. Das beschichtete Glas wird vorteilhaf
terweise für die Abdeckung von solaren Energiesystemen, insbesondere Sonnen
kollektoren, für Kraftfahrzeugscheiben oder für Fenster- oder Bauverglasungen
verwendet. Insbesondere ist dabei eine Abriebfestigkeit nach DIN EN 1096-2 er
reichbar, bei der mit einem Prüfgewicht von 400 g auch nach 100 Zyklen keinerlei
Beschädigungen der Beschichtung festgestellt werden können. Die Antireflex-
Oberflächenbeschichtung weist zudem ein besonders homogenes Erscheinungs
bild auf, ohne dass sich eine erkennbare Streifenstruktur bildet. Die Antireflex-
Oberflächenbeschichtung ist zudem unter Beibehaltung ihrer besonders guten
optischen Eigenschaften auch für prismiertes Glas anwendbar.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläu
tert. Darin zeigen:
Fig. 1 schematisch ein Glas mit einer Antireflex-Oberflächenbeschichtung,
Fig. 2 in Draufsicht die beschichtete Oberfläche des Glases nach Fig. 1, und
Fig. 3 in einem Diagramm die Teilchengrößenverteilung der Oberflächenbe
schichtung des Glases nach Fig. 1.
Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
Das Glas 1 gemäß Fig. 1 ist zum Einsatz als Abdeckglas für einen Sonnenkollek
tor vorgesehen. Um dabei einen besonders hohen Wirkungsgrad des Sonnenkol
lektors zu ermöglichen, ist das Glas 1 für eine breitbandig besonders hohe Licht
transmission ausgelegt, wobei eine vergleichsweise hohe Transmission für im
Wesentlichen sämtliche Wellenlängen des solaren Spektrums angestrebt ist. Um
dies zu ermöglichen, weist das Glas 1 - zweckmäßigerweise beidseitig - eine po
röse Antireflex-Oberflächenbeschichtung 2 auf Basis von SiO2-Partikeln auf, die
auf ein Glassubstrat 4 aufgebracht ist. Der hohe Transmissionsgrad ist dabei da
durch erreicht, dass der Brechungsindex der Antireflex-Oberflächenbeschichtung
2 möglichst nahe bei der Wurzel des Brechungsindex von Glas, also möglichst
nahe bei n = 1,22 gewählt ist. Des Weiteren ist die Antireflex-Oberflächen
beschichtung 2 derart ausgebildet, dass sie für einen Alltagseinsatz besonders gut
geeignet ist und dazu eine besonders hohe Abriebfestigkeit aufweist.
Diese beiden Kriterien und zudem noch ein optisch homogenes Erscheinungsbild
der Antireflex-Oberflächenbeschichtung 2 sind im Ausführungsbeispiel durch eine
spezifische Ausgestaltung der Antireflex-Oberflächenbeschichtung 2 hinsichtlich
der diese bildenden SiO2-Partikel gewährleistet. Die Antireflex-Oberflächen
beschichtung 2 umfasst nämlich in der Art zweier Subsysteme eine Kombination
aus einer ersten Fraktion von SiO2-Partikeln mit einer zweiten Fraktion von SiO2-
Partikeln, wobei sich beide Fraktionen hinsichtlich ihrer mittleren oder vorherr
schenden Teilchengröße voneinander unterscheiden. Die erste Fraktion umfasst
dabei SiO2-Partikel mit einer mittleren Teilchengröße von etwa 7 nm, wohingegen
die zweite Fraktion SiO2-Partikel mit einer mittleren Teilchengröße von etwa 29 nm
aufweist. Diese Fraktionen sind in der Aufsicht in Fig. 2 zu erkennen. Wie in
Fig. 2, nämlich einer REM-Aufnahme des Glases 1, erkennbar ist, besitzt die Anti
reflex-Oberflächenbeschichtung 2 im Wesentlichen folgende Strukturen:
In der Art einer ersten Fraktion liegt ein supramolekulares Netzwerk 6 aus kleinen SiO2-Partikeln mit einer mittleren Teilchengröße von 5 nm bis 9 nm vor. Einge bettet in dieses supramolekulare Netzwerk 6 sind in der Art einer zweiten Fraktion kugelförmige SiO2-Partikel 8 mit einer mittleren Teilchengröße von 20 nm bis 50 nm. Aus einer Kombination dieser beiden Fraktionen resultiert eine hohe Abrieb festigkeit bei gleichzeitig besonders ästhetischem Erscheinungsbild in der Schicht.
In der Art einer ersten Fraktion liegt ein supramolekulares Netzwerk 6 aus kleinen SiO2-Partikeln mit einer mittleren Teilchengröße von 5 nm bis 9 nm vor. Einge bettet in dieses supramolekulare Netzwerk 6 sind in der Art einer zweiten Fraktion kugelförmige SiO2-Partikel 8 mit einer mittleren Teilchengröße von 20 nm bis 50 nm. Aus einer Kombination dieser beiden Fraktionen resultiert eine hohe Abrieb festigkeit bei gleichzeitig besonders ästhetischem Erscheinungsbild in der Schicht.
Dementsprechend weist die Antireflex-Oberflächenbeschichtung 2 eine Teilchen
größenverteilung auf, wie sie schematisch im Diagramm in Fig. 3 dargestellt ist.
Die Teilchengrößenverteilung weist ein erstes Maximum 10 bei einer auf der Ab
szissenachse angegebenen Teilchengröße G1 von etwa 7 nm und ein zweites
Maximum 12 bei einer Teilchengröße G2 von etwa 29 nm auf. Hierin kommt die
gezielte Kombination der beiden Fraktionen an SiO2-Partikeln besonders zur Gel
tung. Alternativ könnte das Vorhandensein der beiden Partikelfraktionen auch an
hand der Flächenintegrale und der Teilchengrößenverteilung in den in Fig. 2 an
gedeuteten Intervallgrenzen festgestellt werden. Aus dem Höhenverhältnis der
Maxima 10, 12 zueinander ist zudem erkennbar, dass das Verhältnis der auf der
Ordinatenachse angegebenen Anzahl A1 der SiO2-Partikel mit der Teilchengröße
von etwa (7 ± 2) nm - also beim ersten Maximum 10 - zu der Anzahl A2 der SiO2-
Partikel mit der Teilchengröße von etwa (28 ± 8) nm - also beim zweiten Maximum
12 - etwa 60 ist.
Zur Herstellung des Glases 1 wird das Glassubstrat 4 zunächst mit einem spezi
fisch auf die Bereitstellung der zumindest zweikomponentigen Oberflächenbe
schichtung 2 ausgerichteten Hybridsol beschichtet. Das Hybridsol wird seinerseits
nach der folgenden Vorgehensweise hergestellt.
In einer ersten Stufe wird zunächst ein Hydrolysegemisch, welches kleine SiO2-
Partikel mit Durchmessern von 5 nm bis 13 nm enthält, durch hydrolytische Poly
kondensation von Tetraalkoxysilanen gemäß DE 196 42 419 A1 hergestellt. Hier
zu wird eine homogene Mischung aus Wasser und einem Lösungsmittel zuberei
tet. Diesem Gemisch kann gegebenenfalls auch Ammoniak zugegeben werden,
weil dieser als Katalysator für die hydrolytische Polykondensation wirkt und somit
die Reaktionszeiten verkürzt.
Die im Hydrolysegemisch enthaltenen Lösungsmittel können sein niedere aliphati
sche Alkohole, zum Beispiel Ethanol oder i-Propanol, aber auch Ketone, vorzugs
weise niedere Dialkylketone, wie Aceton oder Methylisobutylketon, Ether, vor
zugsweise niedere Dialkylether, wie Diethylether oder Dibutylether, Tetrahydrofu
ran, Amide, Ester, insbesondere Essigsäureethylester, Dimethylformamid, Amine,
insbesondere Triethylamin und deren Gemische. In bevorzugten Ausführungsfor
men des Sols werden Alkohole als Lösungsmittel eingesetzt, bevorzugt Ethanol,
Methanol, i-Propanol oder n-Propanol.
Das Hydrolysegemisch enthält gegebenenfalls basische Kondensationskatalysato
ren, wie zum Beispiel Ammoniak, oder basisch reagierende Polymere, wie zum
Beispiel Polyethylenimine.
Zu dem wässrigen, Lösungsmittel enthaltenden Hydrolysegemisch, das gegebe
nenfalls Ammoniak enthält, wird in einer Portion ein Tetraalkoxysilan gegeben und
unter intensiver Durchmischung die Hydrolyse eingeleitet. Im Hydrolysegemisch
beträgt das Molverhältnis von Tetraalkoxysilan zu Wasser 1 : 25 bis 1 : 2,5 Mol, be
vorzugt 1 : 3 bis 1 : 10 Mol. Die Hydrolyse erfolgt bei Temperaturen von 5 bis 90°C,
bevorzugt 10 bis 30°C. Hierbei bilden sich die kleinen SiO2-Partikel mit Durch
messern von 5 nm bis 13 nm. In der zweiten Stufe der Herstellung des erfin
dungsgemäßen Hybridsols wird ein wässriges Sol aus hoch monodispersen SiO2-
Partikeln zu dem oben beschriebenen Hydrolysegemisch zugegeben.
Die Zeit bis zum Zusatz des wässrigen SiO2-Sols aus hoch monodispersen Parti
keln zum Hydrolysegemisch ist abhängig von der Verwendung von Kondensati
onskatalysatoren für die hydrolytische Kondensation der Siliciumverbindungen.
Die Reaktionszeit beträgt 5 Minuten bis 24 Stunden, vorzugsweise 90 bis 180 Mi
nuten.
Das wässrige SiO2-Sol wird in einer Portion dem Hydrolysegemisch zugesetzt. Die
Herstellung des wässrigen Sols erfolgt nach dem in US 4 775 520 beschriebenen
Verfahren. Hierzu wird das Tetraalkoxysilan in ein wässrig-alkoholisch-ammonia
kalisches Hydrolysegemisch gebracht und intensiv durchmischt. Als geeignete
Tetraalkoxysilane können alle problemlos hydrolysierbaren Kieselsäureorthoester
aliphatischer Alkohole eingesetzt werden. In erster Linie kommen hierbei die Ester
aliphatischer Alkohole mit 1-5 C-Atomen in Betracht, wie etwa von Methanol, Et
hanol, n- oder i-Propanol sowie der isomeren Butanole und Pentanole. Diese kön
nen einzeln, aber auch im Gemisch eingesetzt werden. Bevorzugt sind die Kiesel
säureorthoester die C1-C3-Alkohole, insbesondere Tetraethoxysilan.
Das Gemisch sollte neben aliphatischen Alkoholen einen Gehalt von 0,05 mol/l bis
8 mol/l Ammoniak und von 1 mol/l bis 25 mol/l Wasser enthalten. Als
Alkoholkomponente sind geeignet aliphatische C1-C5-Alkohole, bevorzugt C1-C3-
Alkohole wie Methanol, Ethanol und n- oder i-Propanol. Diese können einzeln,
aber auch im Gemisch miteinander vorliegen.
Die Zugabe des Tetraalkoxysilans zum Hydrolysegemisch erfolgt vorzugsweise in
einer Portion, wobei der Reaktand in reiner Form oder auch in Lösung in einem
der genannten Alkohole vorliegen kann. Zur Erzeugung der SiO2-Teilchen kann
eine Konzentration von Tetraalkoxysilan im Hydrolysegemisch zwischen 0,01 bis
1 mol/l gewählt werden. Nach dem Zusammenbringen der Reaktanden setzt die
Reaktion sofort oder nach wenigen Minuten ein, was sich durch eine alsbaldige
Opaleszenz des Reaktionsgemisches durch die entstehenden Teilchen zeigt.
Nach im allgemeinen nicht mehr als 15-30 Minuten, in ungünstigen Spezialfällen
auch länger, ist die Reaktion abgelaufen. Je nach Wahl der Reaktanden sowie
ihrer Konzentration im Reaktionsgemisch lassen sich Teilchen mit mittlerem
Durchmesser zwischen 20 nm und 50 nm erhalten.
Bevorzugt wird mit Reaktionsgemischen gearbeitet, die 10 mol/l bis 25 mol/l Was
ser, 0,1 mol/l bis 4,5 mol/l Ammoniak, 5 mol/l bis 25 mol/l Alkohol und 0,1 bis 0,5 mol/l
Tetraalkoxysilan enthalten.
Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, die Reaktion zur Erzeugung der Partikel bei
höherer Temperatur durchzuführen. Günstig sind hierbei Temperaturen zwischen
35°C und 80°C, vorzugsweise zwischen 40°C und 70°C. Es zeigte sich, dass
bei erhöhter Temperatur die Teilchengrößenstreuung abnimmt, allerdings auch
die mittlere Teilchengröße. Bei niedrigeren Temperaturen, d. h. um Raumtempe
ratur, erhält man somit bei sonst gleichen Bedingungen größere Teilchen mit grö
ßerer Größenstreuung.
Unter intensiver Durchmischung, beispielsweise durch Rühren, wird das wässrige
SiO2-Sol aus noch monodispersen Partikeln dem Hydrolysegemisch zugesetzt.
Bei Temperaturen von 10°C bis 40°C, vorzugsweise 17°C bis 27°C, wird diese
Durchmischung über einen Zeitraum von 1 Minute bis 24 Stunden, bevorzugt 10
Minuten bis 2 Stunden, fortgeführt.
In einer dritten Stufe des Verfahrens wird dem Gemisch aus Lösungsmittel ent
haltendem und wässrigen Sol ein Stabilisator zugesetzt. Als Stabilisatoren werden
Glycolether oder Ether anderer Alkohole mit zwei oder mehr Hydroxy-Gruppen
eingesetzt. Bevorzugt wird 1,2-Propylenglycol-1-monomethylether verwendet. Die
Zugabe des Stabilisators erfolgt in weniger als 1 Minute. Anschließend wird das
stabilisierte Solgemisch über einen Zeitraum von 1 Minute bis 24 Stunden, bevor
zugt 5 Minuten bis 1 Stunde, intensiv vermischt. Nach einer Filtration durch ein
übliches Filter, vorzugsweise mit 1 bis 5 µm Porenweite, erhält man das ge
wünschte Sol, das als Hybridsol bezeichnet wird.
Insbesondere kann die Herstellung des Hybridsols nach folgenden Beispielen er
folgen:
29,4 g einer wässrigen, 0,08 n Ammoniumhydroxidlösung werden mit 380 g Etha
nol vollständig vermischt und dazu unter weiterem Rühren 50,7 g Tetramethoxy
silan gegeben. Nach einer Rührzeit von 150 Minuten werden 400 g 5%iges wäss
riges SiO2-Sol, welches 25 nm SiO2-Partikel enthält, zugegeben und 60 Minuten
weitergerührt, bis noch 970 g 1,2-Propylenglycol-monomethylether dem Ansatz
hinzugefügt werden. Das so hergestellte Hybridsol wird abschließend durch einen
Glasfaser-Vorfilter filtriert.
25,4 g Polyethylenglykol mit einer mittleren Molekularmasse von 200 g/mol wer
den in einer Mischung aus 29,4 g 0,08 n wässrigem Ammoniumhydroxid und 357 g
Ethanol gelöst. Zu dieser Lösung wird unter Rühren 50,8 g Tetramethoxysilan
gegeben. Nach einer Rührzeit von 125 Minuten werden 400 g 5%iges wässriges
SiO2-Sol, welches 25 nm SiO2-Partikel enthält, zugegeben und 30 Minuten weiter
gerührt, bis noch 1300 g 1,2-Propylenglycol-monomethylether dem Ansatz hinzu
gefügt werden. Das so hergestellte Hybridsol wird abschließend durch einen
Glasfaser-Vorfilter filtriert.
Das solchermaßen erhaltene Hybridsol wird zur Herstellung des Glases 1 auf das
Glassubstrat 4 aufgebracht. Dazu kann das Hybridsol in einer Beschichtungslö
sung vorgehalten sein, in die das Glassubstrat 4 eingetaucht wird. Anstelle einer
derartigen, auch als Dipcoating bezeichneten Tauchbeschichtung kann aber auch
ein Sprühverfahren oder ein Rotationsbeschichtungsverfahren, auch als Spincoa
ting bezeichnet, verwendet werden.
Beispielsweise kann als Glassubstrat 4 eine zuvor mit entmineralisiertem Wasser
gereinigte und anschließend getrocknete Glasscheibe mit den Abmessungen von
etwa 1 Meter mal 1 Meter und einer Dicke von 4 mm in die Beschichtungslösung
eingetaucht werden. Diese wird mit einer konstanten Ziehgeschwindigkeit von 5,5 mm/s
aus der Beschichtungslösung herausgezogen. Das solchermaßen beschich
tete Glassubstrat 4 wird anschließend einem Trocknungsschritt in Luftatmosphäre
unterzogen. Dazu wird das beschichtete Glassubstrat 4 bei einer Temperatur von
etwa 22°C und bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von etwa 60% getrocknet. Die
se Trocknung kann entweder durch einfaches Stehenlassen und Ablüften oder
auch durch Abblasen mit Luft vorgenommen werden. Wie sich herausgestellt hat,
entsteht bereits bei diesem Trocknungsschritt eine abriebfeste Oberflächenbe
schichtung 2 mit sehr guten optischen Eigenschaften und besonderer mechani
scher Stabilität, die in Aufsicht in etwa das in Fig. 2 gezeigte Muster, also insbe
sondere eine Kombination zweier Partikelfraktionen mit deutlich voneinander un
terscheidbarer mittlerer Teilchengröße, aufweist. Insbesondere ist keine weitere
thermische Behandlung des solchermaßen erhaltenen beschichteten Glases 1
erforderlich, etwa um eine ausreichende mechanische Festigkeit oder Abriebbe
ständigkeit zu erhalten.
Das Glas 1 ist als vorgespanntes Sicherheitsglas ausgeführt. Wegen der beson
ders günstigen Eigenschaften der Oberflächenbeschichtung 2, die nämlich gerade
keine nachfolgende weitere thermische Behandlung nach der eigentlichen Be
schichtung erfordert, wird die thermische Vorspannung bereits am unbeschichte
ten Glassubstrat 4 vorgenommen. Die Vorspannung könnte jedoch auch nach der
Beschichtung erfolgen.
Zur Vorspannung wird ein herkömmliches Vorspannverfahren eingesetzt, wobei
vertikale Vorspanntechnik, horizontale Vorspanntechnik im Durchlaufverfahren
oder auch horizontale Vorspanntechnik im Oszillationsverfahren zum Einsatz
kommen kann. In jedem Fall wird das Glassubstrat 4 in einem Ofenbereich auf
eine Temperatur von 700°C erhitzt, wobei Strahlungsheizung und/oder Konvekti
onsheizung genutzt werden kann. Das Glassubstrat 4 verbleibt dabei ausreichend
lange im Ofenbereich, bis der Erweichungspunkt erreicht wird. Bei einer Glasdicke
von 4 mm wird das Glassubstrat 4 beispielsweise für etwa 160 Sekunden auf
mindestens 600°C erhitzt. Anschließend wird das erhitzte Glassubstrat 4 abge
schreckt, wobei das Glassubstrat 4 beispielsweise von beiden Seiten gleichmäßig
mit Luft über regelmäßig angeordnete Luftdüsen abgeblasen wird. Dabei wird das
Glassubstrat 4 auf Temperaturen bis 40°C abgekühlt. Während dieser thermi
schen Vorbehandlung zur Erzielung einer Vorspannung kann das Glassubstrat 4
auch einem Formgebungsprozess unterzogen, beispielsweise gebogen, werden.
Bei nicht bereits beschichtetem Glas 1 wird nach Abschluss des Vorspannverfah
rens das Glassubstrat 4 dann in der beschriebenen Weise mit der Oberflächen
schicht 2 beaufschlagt.
Das solchermaßen hergestellte, thermisch vorgespannte und beschichtete Glas 1
eignet sich in besonderem Maße zum Einsatz als Abdeckung für einen Sonnen
kollektor oder andere optisch sensitive Elemente.
Claims (10)
1. Glas (1), versehen mit einer porösen Antireflex-Oberflächenbeschich
tung (2) auf Basis von SiO2-Partikeln, die zumindest zwei Partikelfraktionen
unterschiedlicher Partikelgröße umfasst, wobei die Oberflächenbeschich
tung (2) eine erste Partikelfraktion mit einer vorherrschenden Partikelgröße
von 3 bis 13 nm und eine zweite Partikelfraktion mit einer vorherrschenden
Partikelgröße von 20 bis 50 nm aufweist.
2. Glas (1) nach Anspruch 1, wobei die Oberflächenbeschichtung (2) eine er
ste Partikelfraktion mit einer vorherrschenden Partikelgröße von etwa 7 nm
und eine zweite Partikelfraktion mit einer vorherrschenden Partikelgröße
von 28 bis 30 nm aufweist.
3. Glas (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Oberflächenbeschichtung (2)
ein Verhältnis der Anzahl der Partikel der ersten Partikelfraktion zur Anzahl
der Partikel der zweiten Partikelfraktion von 600 : 1 bis 12 : 1, vorzugsweise
von 120 : 1 bis 30 : 1, aufweist.
4. Glas (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das als vorgespanntes Sicher
heitsglas ausgeführt ist.
5. Verfahren zur Herstellung eines mit einer porösen Antireflex-
Oberflächenbeschichtung (2) auf Basis von SiO2-Partikeln versehenen Gla
ses (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem
- a) eine Beschichtungslösung, umfassend
ein Hybridsol mit [SiOx(OH)y]n-Partikeln, wobei 0 < y < 4 und 0 < x < 2 ist, und wobei die Partikel eine erste Partikelfraktion mit einer er sten vorherrschenden Partikelgröße von 3 bis 13 nm und eine zweite Partikelfraktion mit einer zweiten vorherrschenden Partikel größe von 20 bis 50 nm umfassen,
5 bis 40 Gew.-% Lösungsmittel und
10 bis 80 Gew.-% Stabilisator
auf einem Glas (1) abgeschieden wird, - b) das beschichtete Glas (1) einem Trocknungsschritt in Luftatmosphä re bei einer Temperatur von 20°C bis 25°C und bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 55% bis 65% unterzogen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der Trocknungsschritt bei einer Tem
peratur von etwa 22°C und bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 60%
durchgeführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, bei dem das Hybridsol durch hydrolyti
sche Polykondensation von Tetraalkoxysilanen in einem wässrigen, ein Lö
sungsmittel enthaltenden Medium, gegebenenfalls mit Ammoniak als Ka
talysator, nachfolgender Zugabe eines wässrigen SiO2-Sols mit einer Parti
kelgröße gleich der zweiten vorherrschenden Partikelgröße, das durch Zu
gabe eines Tetraalkoxysilans in ein wässrig-alkoholisch-ammoniakalisches
Hydrolysegemisch und gegebenenfalls anschließender Abtrennung von
Ammoniak und Alkohol aus der erhaltenen Dispersion durch Wasser
dampfdestillation erhalten wird, und abschließender Zugabe eines Stabili
sators hergestellt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei dem das Hybridsol
[SiOx(OH)y]n-Partikel mit einer ersten vorherrschenden Partikelgröße von
etwa 7 nm und mit einer zweiten vorherrschenden Partikelgröße von 28 bis
30 nm enthält.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, bei dem das Glas (1) vor sei
ner Beschichtung thermisch vorgespannt wird.
10. Verwendung eines mit einer porösen Antireflex-Oberflächenbeschichtung (2)
versehenen Glases (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Abdeckung ei
nes Sonnenkollektors oder einer photovoltaischen Zelle.
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