DE69611938T2 - Ultraviolette strahlen absorbierendes braunes glas - Google Patents
Ultraviolette strahlen absorbierendes braunes glasInfo
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Description
- Die Erfindung betrifft braune Gläser, die UV-Strahlung absorbieren. Braune ophthalmische Sonnenbrillen sind seit einer Anzahl von Jahren im Handel erhältlich.
- In letzter Zeit entwickelte sich ein allgemeines Bewußtsein im Hinblick auf die Notwendigkeit, sich selbst vor UV-Strahlung zu schützen. Dies wird insbesondere durch das Anliegen ausgedrückt, das Filtern dieser Strahlung durch Gläser, die zum Sonnenschutz der Augen vorgesehen sind, zu verbessern. Es existieren bereits im Handel erhältliche Gläser, die diese Funktion erfüllen und diese basieren im wesentlichen auf der Fähigkeit von Eisenoxid, ultraviolette Strahlung zu absorbieren, wenn es in oxidierter Form vorliegt, d. h. in der "Ferri"-Form.
- Jedoch ist die industrielle Herstellung eines braunen Glases, das Eisenoxid enthält, und bei dem das Eisen in der Fe³&spplus;-Form vorliegt, durch die Tatsache kompliziert, daß es notwendig ist, Oxidations-Bedingungen während der Herstellung des Glases aufrecht zu erhalten.
- Überdies sind die UV-Absorptionseigenschaften der Gläser, die Eisenoxid als UV-Strahlungsabsorptionsmittel enthalten, nicht völlig zufriedenstellend, insbesondere hinsichtlich des Ausmaßes des Wellenlängenbereiches, der absorbiert wird.
- Es existiert konsequenterweise ein Bedarf nach braunen Gläsern, die UV-Strahlung mit verbesserter Leistung absorbieren und die einfacher herzustellen sind. Die Erfindung hat zum Ziel, diesen Bedarf zu erfüllen.
- Die Erfindung betrifft insbesondere braune Gläser, die UV-Strahlung absorbieren, die durch die Tatsache gekennzeichnet sind, daß sie die folgende Zusammensetzung, ausgedrückt in Gew.-% auf Oxidbasis aufweisen:
- Die erfindungsgemäßen Gläser absorbieren bei einer Dicke von 2 mm praktisch die gesamte UV-Strahlung bis zu einer Wellenlänge von 380 nm und sogar 400 nm im Falle der bevorzugten Gläser.
- Die Farbe der erfindungsgemäßen Gläser kann durch einen empfindlichen Zusatz herkömmlicher farbiger Oxide, wie beispielsweise NiO, CoO und anderer, zu den Basis-Farboxiden, wie Fe&sub2;C&sub3; und MnO sehr genau eingestellt werden. Es ist insbesondere möglich, Gläser zu erzeugen, die bei einer Dicke von 2 mm eine Lichtdurchlässigkeit im sichtbaren Bereich von weniger als 22% aufweisen, wie es für Anwendungen bei der Herstellung von Sonnenbrillen erforderlich ist, und eine Farbgebung, die innerhalb eines Polygons ABCD enthalten ist, die im Diagramm der einzigen Figur dargestellt ist und die durch die folgenden Farbkoordinaten definiert sind:
- Überdies ist das Spektrum der Lichtdurchlässigkeit im sichtbaren Bereich derartig, daß die Standards zur Erkennung von Verkehrszeichen bzw. -signalen erfüllt werden.
- Die erfindungsgemäßen Gläser weisen weiterhin eine gute Beständigkeit gegenüber chemischen Angriffen auf und sind mit den Techniken zum chemischen Härten kompatibel, die zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der Gläser gegenwärtig verwendet werden.
- Bei den erfindungsgemäßen Gläsern muß Aluminium in einem minimalen Gehalt von 2% vorhanden sein, um eine gute chemische Dauerhaftigkeit zu garantieren. Aus diesem Grund muß die Summe von Al&sub2;O&sub3; + SiO&sub2; 65% überschreiten.
- Die Alkalimetall-Oxide erleichtern das Schmelzen des Glases, indem sie seine Viskosität bei einer hohen Temperatur erniedrigen. Überdies machen sie es möglich, eine Behandlung des chemischen Härtens des Glases auszuführen, um ihm eine ausreichende mechanische Beständigkeit für die ins Auge gefaßte Anwendung zu verleihen. Jedoch verschlechtert eine exzessive, massive Einführung von Alkalioxiden die chemische Dauerhaftigkeit des Glases. Wir haben herausgefunden, daß es möglich ist, gutes chemisches Härtungs-Vermögen und geeignete chemische Dauerhaftigkeit zu kombinieren, indem die Na&sub2;O- und K&sub2;O-Konzentrationen im Glas unter 16 bzw. 9% gehalten werden.
- Zinkoxid kann in der Zusammensetzung vorliegen, weil es das chemische Härten des Glases unterstützt. Sein Gehalt liegt vorzugsweise niedriger als 12%, um die Kosten des entsprechenden Ausgangsmaterials zu begrenzen.
- Die optischen Eigenschaften des Glases werden durch die folgenden Elemente bestimmt. Die Absorption von UV-A- Strahlung wird im wesentlichen durch Vanadiumoxid sichergestellt, das in einem minimalen Gehalt von 1% vorliegen muß. Die Lichtdurchlässigkeit im sichtbaren Bereich und die Farbe des Glases werden unter Verwendung von Mangan-, Vanadium- und Eisenoxiden eingestellt, wobei die individuellen Konzentrationen 6, 3, bzw. 1,5% nicht überschreiten, und in einer derartigen Weise, daß ihre Summe größer als 1,5% ist.
- Herkömmliche Farben der Oxide wie beispielsweise NiO, CoO etc. können ebenfalls zur Optimisierung der Farbe zugesetzt werden. Der Gehalt an Kobalt- und Nickeloxid wird normalerweise unterhalb 0,1 bzw. 0,5% gehalten, um einen ausreichenden Durchlässigkeitsgrad des Glases zu erhalten.
- Wenn es erwünscht ist, den Brechungsindex des Glases einzustellen, können Zirkonium-, Titanium-, oder Bariumoxide in herkömmlicher Weise einzeln oder kombiniert verwendet werden. BaO überschreitet 12% nicht, um eine Dichtigkeit aufrechtzuerhalten, die mit der ins Auge gefaßten Anwendung verträglich ist. ZrO&sub2; wird mit einem Gehalt von weniger als 6% eingeführt, um nicht Probleme beim Schmelzen des Glases oder Entglasen zu Erzeugen.
- Wenn es erwünscht ist, kann ein Läutern des Glases unter Verwendung von Asenoxid, Antimonoxid und/oder Fluor durchgeführt werden. Jedoch wird Fluor als das Läuterungsmittel bevorzugt, weil es abgesehen von seiner Läuterungsrolle eine nicht zeitgerechte Schaumbildung des Glasbades zu Beginn des Schmelzens verhindert. Wir haben herausgefunden, daß die erfindungsgemäßen Gläser gegenüber diesem Schaumbildungs-Phänomen sehr empfindlich sind, das durch Hinzufügung eines Anteils einer Fluor-Verbindung, die bis zumindest 0,05% F in der Zusammensetzung beträgt und vorzugsweise zumindest 0,1% F, vollständig in der Charge eliminiert werden kann. Es sollte angemerkt werden, daß der Anteil an F, der der Charge zugesetzt werden soll, im allgemeinen wegen der beim Schmelzen eintretenden Verluste höher als diese Werte sein muß. Es ist abhängig von den Bedingungen möglich, daß der doppelte Anteil an F zugesetzt werden muß, der im Endglas analysiert wird. Die Fluor- Konzentration muß jedoch unterhalb 1% gehalten werden, jenseits welcher Schwelle eine exzessive Korrosion der Werkzeuge zur Bildung des Glases beobachtet wird.
- Die Antimon- und/oder Arsenoxide können zusätzlich zu ihrer Läuterungswirkung aus einem anderen Grund verwendet werden, nämlich wegen ihrer Rolle als Puffer für die Stabilisierung des Oxidations-Reduktionszustandes des Eisens und auf des Mangans und deswegen zur Regulierung der Durchlässigkeit im sichtbaren Bereich und der Farbe des Glases.
- In Tabelle I, sind die Beispiele 1 und 3 erfindungsgemäß. Beispiel 2 liegt außerhalb der Erfindung. Diese Gläser werden durch Schmelzen im Labor gemäß dem nachstehenden Verfahren gewonnen:
- - Herkömmliche Ausgangsmaterialien auf dem Gebiet der Glasherstellungstechnologie werden genau gewogen und zur Mischung eines homogenen, verglasbaren Gemisches gemischt. Als Beispiel können Carbonate als Quellen von Natrium- und Kaliumoxiden verwendet werden.
- - Das Schmelzen wird in Platin-Schmelztiegeln bei einer Temperatur nahe 145() ºC 3 Stunden lang durchgeführt.
- - Das Glas wird dann in Gußformen in Stab-Form gegossen und bei 580ºC eine Stunde lang geglüht, um die Beanspruchungen, die während des schnellen Abkühlens nach dem Schmelzen entstanden, zu entspannen.
- - Nach vollständigem Abkühlen des Glases wird das Glas zu Proben von 2 mm Dicke verarbeitet, deren Eigenschaften gemessen werden.
- Obwohl dieses Verfahren ein Labor-Verfahren ist, ist es für den auf dem Gebiet arbeitenden Experten naheliegend, daß größere Glasmengen ebenfalls unter industriellen Bedingungen geschmolzen werden können.
- Die optischen Eigenschaften, die in Tabelle I dargelegt sind, sind die Durchlässigkeit für sichtbares Licht (Y%), die Farbkoordinaten (x und y), die Wellenlänge, bei der die Durchlässigkeit 1% (UV) ist, das Vermögen, die Standards für die Erkennung von Verkehrszeichen bzw. -signalen zu erfüllen (TSR, beispielsweise der Standard ANSI Z 80.3-1986) und der Brechungsindex (nd).
- Die Beispiele 1 und 3 veranschaulichen die Eigenschaften, die durch die beanspruchten Zusammensetzungen erzielt werden können. Diese Beispiele sind insbesondere durch eine Durchlässigkeit im sichtbaren Bereich gekennzeichnet, die niedrig genug für die Anwendungen bei der Herstellung von Sonnengläsern sind, durch trichromatische Koordinaten innerhalb der im vorhergehenden definierten Grenzen, totale Absorption von UV-Strahlung und Vereinbarkeit mit dem Signalerkennungs-Standard.
- Beispiel 2 ist, obwohl es den vorhergehenden Eigenschaften genügt, beispielhaft für das Schaumbildungs- Phänomen, das während der Studie auftrat, wenn Fluor der Zusammensetzung im Ofen, unter Verwendung einer halbindustriellen Einrichtung, fehlt. Diese Schaumbildung ruft Schmelzschwierigkeiten hervor, die in den meisten Fällen das Vorliegen verschiedener Anteile von Blasen im Glas zur Folge hatten, was das Erzeugnis kommerziell unannehmbar machte. Aus diesen Gründen liegt Beispiel 2 außerhalb des Bereiches von Zusammensetzungen, die in der vorliegenden Erfindung beansprucht werden, bei denen ein minimaler Fluor- Gehalt erforderlich ist. Tabelle I
Claims (4)
1. Braune Gläser, die UV-Stralhlung absorbieren, gekennzeichnet durch nachfolgende
Zusammensetzung, ausgedrückt in Gew.-% auf Oxidbasis:
SiO&sub2; 59-78
Al&sub2;O&sub3; 2-6
B&sub2;O&sub3; 0-3
Na&sub2;O 7-16
K&sub2;O 2-9
CaO 0-7
BaO 0-12
ZnO 0-12
ZrO&sub2; 0-6
TiO&sub2; 0-6
MnO&sub2; 0,25-6
V&sub2;O&sub5; 1-3
Fe&sub2;O&sub3; 0-1,5
NiO 0-0,5
CoO 0-0,1
Sb&sub2;O&sub3; 0-0,7
As&sub2;O&sub3; 0-0,7
F 0,05-1,0
mit MnO&sub2;+Fe&sub2;O&sub3;+V&sub2;O&sub5; > 1,5
Al&sub2;O&sub3;+SiO&sub2; ≥ 65
2. Gläser nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die nachfolgende Zusammensetzung,
ausgedrückt in Gew.-% auf Oxidbasis:
SiO&sub2; 61-68
Al&sub2;O&sub3; 3-5
B&sub2;O&sub3; 0-1,5
Na&sub2;O 10-15
K&sub2;O 2-5
CaO 5-7
BaO 0-10
ZnO 0-10
ZrO&sub2; 0-2
TiO&sub2; 0-3
MnO&sub2; 1-3,5
V&sub2;O&sub5; 1-2,5
Fe&sub2;O&sub3; 0-1
NiO 0,1-0,4
CoO 0,0050-0,0500
Sb&sub2;O&sub3; 0-0,5
As&sub2;O&sub3; 0-0,5
F 0,1-0,75
mit MnO&sub2;+Fe&sub2;O&sub3;+V&sub2;O&sub5; > 2,0
Al&sub2;O&sub3;+SiO&sub2; ≥ 65
3. Gläser nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
ihre Farbkoordinaten in einem Polygon ABCD liegen, daß durch die nachfolgenden
Farbkoordinaten gekennzeichnet ist:
4. Gläser nach Anspruch 1 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
sie bei einer Dicke unter 2 mm eine Lichtdurchlässigkeit im sichtbaren Bereich von unter
22% aufweisen.
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