ES2238834T3 - Vidrio sodocalcico verde. - Google Patents
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Abstract
Vidrio sodocálcico de color verde compuesto por constituyentes principales formadores de vidrio y por agentes colorantes, caracterizado porque comprende los porcentajes en peso de los agentes colorantes siguientes: **(Tabla-Cuadro)** y vanadio o cromo en los porcentajes en peso siguientes: **(Tabla-Cuadro)** y presenta bajo el iluminante A y para un espesor de vidrio de 4 mm, una transmisión luminosa (TLA4) comprendida entre 40 y 70%, una selectividad (SE4) superior o igual a 1, 50 y una transmisión de radiación ultravioleta (TUV4) inferior a 20%.
Description
Vidrio sodocálcico verde.
La presente invención trata de un vidrio
sodocálcico de color verde compuesto por constituyentes
principales, formadores del vidrio y agentes colorantes.
La expresión "vidrio sodocálcico" se utiliza
aquí en un sentido amplio y hace referencia a cualquier vidrio que
contenga los constituyentes siguientes (porcentajes en peso):
Este tipo de vidrio encuentra un uso muy amplio
en el ámbito de tos cristales para la construcción o el automóvil,
por ejemplo. Se fabrica habitualmente en forma de cinta por el
procedimiento de estirado o de flotado. Una cinta de este tipo
puede ser troquelada en forma de hojas que pueden ser
inmediatamente alabeadas o sufrir un tratamiento de reforzamiento de
sus propiedades mecánicas, por ejemplo, un temple térmico.
Cuando se habla de las propiedades ópticas de una
hoja de vidrio, es necesario en general comparar estas propiedades
con un iluminante estándar. En la presente descripción, se utilizan
dos iluminantes estándar. El iluminante C y el iluminante A
definidos por la Comisión Internacional de Iluminación (C.I.E.). El
iluminante C representa la luz central del día con una temperatura
de color de 6700 K. Este iluminante es sobre todo útil para evaluar
las propiedades ópticas de los cristales destinados a la
construcción. El iluminante A representa la radiación de un
radiador de Pianck a una temperatura de unos 2856 K. Este iluminante
simula la luz emitida por los faros de un coche y está destinado
especialmente para evaluar las propiedades ópticas de los cristales
destinados al automóvil. La Comisión Internacional de la Iluminación
ha publicado también un documento titulado "Colorimetria.
Recomendaciones Oficiales de la C.I.E." (mayo 1970) que describe
una teoría según la cual las coordenadas colorimétricas para la luz
de cada longitud de onda del espectro visible están definidas con
objeto de poder ser representadas sobre un diagrama con dos ejes
ortogonales x e y, llamado diagrama tricromático C.I.E. Este
diagrama tricromático muestra el lugar representativo de la luz de
cada longitud de onda (expresada en nanómetros) del espectro
visible. Este lugar se llama "spectrum locus" y la luz
cuyas coordenadas se sitúan sobre este spectrum locus, se
dice que posee el 100% de pureza de excitación para la longitud de
onda apropiada. El spectrum locus está cerrado por una línea
llamada línea de los púrpuras en la que coinciden los puntos del
spectrum locus cuyas coordenadas corresponden a las
longitudes de onda 380 nm (violeta) y 780 nm (rojo). La superficie
comprendida entre el spectrum locus y la línea de los
púrpuras es la disponible para las coordenadas tricromáticas de
toda luz visible. Las coordenadas de la luz emitida por el
iluminante C, por ejemplo, corresponden a x = 0,3101 e y = 0,3162.
Este punto C está considerado como representante de la luz blanca y
por ello tiene una pureza de excitación igual a cero para cualquier
longitud de onda. Se pueden trazar líneas desde el punto C hacia el
spectrum locus en cualquier longitud de onda deseada y
cualquier punto situado sobre estas líneas puede ser definido no
sólo por sus coordenadas x e y, sino también en función de la
longitud de onda correspondiente a la línea sobre la cual se
encuentra, y de su distancia desde el punto C comparada con la
longitud total de la línea de longitud de onda. Por lo tanto, el
tono de la luz transmitida por una hoja de vidrio coloreada puede
ser descrito por su longitud de onda dominante y su pureza de
excitación expresada en tanto por
ciento.
ciento.
De hecho, las coordenadas C.I.E. de luz
transmitida por una hoja de vidrio coloreado dependerán no sólo de
la composición del vidrio sino también de su espesor. En la
presente descripción, así como en las reivindicaciones, todos los
valores de la pureza de excitación P, de la longitud de onda
dominante \lambda_{D} de la luz transmitida y del factor de
transmisión luminosa del vidrio (TLC5) se calculan a partir de
transmisiones específicas internas espectrales (TSI_{\lambda}) de
una hoja de vidrio de 5 mm de espesor. La transmisión específica
interna espectral de una hoja de vidrio se rige únicamente por la
absorción del vidrio y puede ser expresada por la ley de
Beer-Lambert:
TSI_{\lambda} = e^{-E.A \lambda} donde
A_{\lambda} es el coeficiente de absorción del vidrio (en
cm^{-1}) a la longitud de onda considerada y E, el espesor del
vidrio (en cm). En una primera aproximación, TSI_{\lambda} puede
también representarse por la fórmula
(I_{3} +
R_{2}) / (I_{1} -
R_{1})
donde I_{1} es la intensidad de
la luz visible que incide en una primera cara de la hoja de vidrio,
R_{1} es la intensidad de la luz visible reflejada por esta cara,
I_{3} es la intensidad de la luz visible transmitida a partir de
la segunda cara de la hoja de vidrio y R_{2} es la intensidad de
la luz visible reflejada hacia el interior de la hoja por esta
segunda
cara.
En la siguiente descripción, así como en las
reivindicaciones, se utiliza además:
- -
- la transmisión luminosa total por el iluminante A (TLA) medida para un espesor de 4 mm (TLA4). Esta transmisión total es el resultado de la integración entre las longitudes de onda de 380 y 780 nm de la expresión: \sumT_{\lambda}.E_{\lambda}. S_{\lambda} / \sum E_{\lambda}. S_{\lambda} en la cual T_{\lambda} es la transmisión de la longitud de onda {\lambda}, E_{\lambda} es la distribución espectral del iluminante A y S_{\lambda} es la sensibilidad del ojo humano normal en función de la longitud de onda {\lambda}.
- -
- la transmisión energética total (TE) medida para un espesor de 4 mm (TE4). Esta transmisión total es el resultado de la integración entre las longitudes de onda 300 y 2150 nm de la expresión: \sum T_{\lambda}. E_{\lambda} / \sum E_{\lambda} en la cual E_{\lambda} es la distribución energética espectral del sol a 30º por encima del horizonte.
- -
- la selectividad (SE) medida por la relación entre la transmisión luminosa total por el iluminante A y la transmisión energética total (TLA/TE).
- -
- la transmisión total en el ultravioleta, medida para un espesor de 4 mm (TUV4). Esta transmisión total es el resultado de la integración entre 280 y 380 nm de la expresión \sumT_{\lambda}.U_{\lambda}/ \sum U_{\lambda} en la cual U_{\lambda} es la distribución espectral de la radiación ultravioleta cuando atraviesa la atmósfera, determinada en la norma DIN 67507.
La presente invención trata en particular de los
vidrios verdes. Los vidrios verdes son generalmente elegidos por
sus propiedades protectoras con respecto a la radiación solar y su
empleo en la construcción es bien conocido. Los vidrios verdes se
utilizan en arquitectura así como para acristalar parcialmente
algunos vehículos o compartimientos de tren.
La presente invención trata de un vidrio verde
altamente selectivo, especialmente apropiado para su uso en forma
de cristales de automóvil y en particular en los cristales
laterales anteriores y posteriores y en la luna trasera. En
efecto, es muy importante en el ámbito de la automoción que los
cristales de los coches ofrezcan una transmisión luminosa
suficiente y que presenten una transmisión energética lo más débil
posible a fin de evitar cualquier recalentamiento del habitáculo
cuando el tiempo es soleado.
Los vidrios de alta selectividad imponen
generalmente una fuerte absorción de la radiación infrarroja, lo
que los hace difíciles de fabricar en los hornos de las fábricas de
vidrio tradicionales.
La invención aporta un vidrio de color verde
sodocálcico compuesto por constituyentes principales formadores de
vidrio y por agentes colorantes, tal como se define en la
reivindicación 1.
La combinación de estas propiedades ópticas es
particularmente ventajosa en que ella ofrece, al asegurar una buena
transmisión a través del vidrio, un valor elevado de selectividad y
un débil valor de transmisión en el ultravioleta. Ello permite
evitar al mismo tiempo el calentamiento interior de los volúmenes
delimitados por cristales según la invención así como la
antiestética pérdida de color de los objetos situados en el interior
de estos volúmenes, bajo el efecto de la radiación solar
ultravioleta.
Preferentemente, el vidrio según la invención
posee una selectividad (SE4) superior o igual a 1.55, mejor dicho,
incluso superior a 1.6. Semejantes valores de selectividad permiten
optimizar la eficacia de filtración térmica de un cristal para una
transmisión luminosa dada y, en consecuencia, mejorar el confort de
los espacios acristalados al limitar su recalentamiento durante una
fuerte exposición al sol.
Es relevante la obtención de este resultado
cuando el vidrio presenta un débil límite superior del contenido en
peso de FeO. Este valor del contenido de FeO significa que el
vidrio puede ser fabricado por medio de un horno tradicional, que
puede ser de gran capacidad. La utilización de un horno de este
tipo es más económica en comparación a la de los pequeños hornos
eléctricos a los que se debe recurrir habitualmente en la
fabricación de vidrios altamente selectivos. En efecto, en tales
casos los elevados contenidos en FeO lo hacen difícil de fundir y,
a veces, se necesita utilizar hornos eléctricos de escasa
capacidad.
De hecho, el hierro está presente en la mayor
parte de los vidrios existentes en el mercado, ya sea como
impureza, o bien introducido deliberadamente como agente colorante.
La presencia de Fe^{3+} confiere al vidrio una ligera absorción de
la luz visible de débil longitud de onda (410 y 440 nm) y una muy
fuerte banda de absorción en ultravioleta (banda de absorción
centrada en 380 nm), mientras que la presencia de iones Fe^{2+}
provoca una fuerte absorción en el infrarrojo (banda de absorción
centrada en 1050 nm). Los iones férricos dan al vidrio una ligera
coloración amarilla, mientras que los iones ferrosos dan una
coloración azul verdosa más acentuada. Todas las demás
consideraciones quedan igual, los iones Fe^{2+} son los
responsables de la absorción en el ámbito de los infrarrojos y los
que condicionan, pues, el TE. El valor de TE disminuye, lo que hace
aumentar el de SE cuando la concentración en Fe^{2+} aumenta. Al
favorecer la presencia de iones Fe^{2+} con respecto a los iones
Fe^{3+}, se obtiene pues una elevada selectividad.
Preferentemente, el vidrio según la invención
ofrece un TL superior al 50%, mejor dicho, incluso superior a 55%.
De esta forma, el vidrio asegura una transmisión luminosa que
satisface ampliamente los límites inferiores recomendados por
razones de seguridad en la parte posterior de los vehículos.
De forma ventajosa, la longitud de onda dominante
del vidrio según la invención es inferior a 550 nm, preferentemente
a 520 nm. Los vidrios verdes matizados que respeten estos límites
superiores se consideran estéticos.
Preferentemente, un vidrio coloreado según la
invención no comprende más de tres agentes colorantes. Ello es
ventajoso en términos de facilidad de control de las propiedades de
la mezcla de los componentes que se deben fundir para realizar el
vidrio en relación a composiciones que comprenden un mayor número
de agentes colorantes cuya homogeneidad es más difícil de
mantener.
El vidrio según la invención comprende como
agente colorante, además del hierro y del cobalto, uno al
menos de los elementos cromo y vanadio. El añadido de cantidades
muy escasas de estos elementos permite ajustar las propiedades
ópticas del vidrio de forma óptima y, en particular, obtener un
vidrio altamente selectivo.
Se puede producir vidrio teniendo una coloración
aproximada similar a la del vidrio según la invención utilizando
sobre todo níquel como agente colorante. Sin embargo, la presencia
de níquel presenta inconvenientes, especialmente cuando el vidrio
debe ser producido con el procedimiento del flotado. En el
procedimiento del vidrio flotado, una cinta de vidrio caliente es
transportada a lo largo de la superficie de un baño de estaño
fundido de forma que sus caras quedan planas y paralelas. Con el
fin de evitar la oxidación del estaño en la superficie del baño, lo
que conduciría a un arrastre de óxido de estaño por la cinta, se
mantiene una atmósfera reductora por encima del baño. Cuando el
vidrio contiene níquel, éste es parcialmente reducido por la
atmósfera que corona el baño de estaño, lo que origina una curvatura
en el vidrio fabricado. Este elemento es igualmente poco propicio
para la obtención de un valor elevado de selectividad del vidrio
que lo contiene, pues no absorbe la luz en el ámbito del
infrarrojo, lo que conduce a un valor de TE importante. Además, el
níquel presente en el vidrio puede formar sulfuro NiS. Este sulfuro
existe bajo diversas formas cristalinas, estables en ámbitos de
temperaturas diferentes, y cuyas transformaciones, en una forma u
otra, crean problemas cuando el vidrio debe ser reforzado mediante
un tratamiento de temple térmico, como es el caso en el ámbito del
automóvil y también
- para ciertos acristalamientos de la construcción (balcones, ventanas,...). El cristal conforme a la invención que no contiene níquel está pues particularmente bien adaptado para ser fabricado por el procedimiento del vidrio flotado así como para un uso arquitectónico o en el ámbito de los vehículos de automoción u otros.
Los efectos de los diferentes agentes colorantes
examinados individualmente, para la elaboración de un vidrio, son
los siguientes (según "El Vidrio" de H. Scholze — traducido
por J. Le Dû — Instituto del Vidrio — París):
- Cobalto: El grupo Co^{II}O_{4} produce una coloración azul intensa.
- Cromo: La presencia del grupo Cr^{III}O_{6} origina bandas de absorción a 650 nm y da un color verde claro. Una oxidación más intensa origina el grupo Cr^{VI}O_{4}, que provoca una banda de absorción muy intensa a 365 nm y da una coloración amarilla.
- Vanadio: Para contenidos crecientes en óxidos alcalinos, el color vira del verde al incoloro, lo que está provocado por la oxidación del grupo V^{III}O_{6} en V^{v}O_{4}.
Las propiedades energéticas y ópticas de un
vidrio que contiene varios agentes colorantes son el resultado pues
de una compleja interacción entre estos. En efecto, estos agentes
colorantes tienen un comportamiento que depende mucho de su estado
redox y, por consiguiente, de la presencia de otros elementos
susceptibles de influir en ese estado.
En formas preferentes, el vidrio según la
invención presenta propiedades ópticas que se sitúan en las gamas
definidas a continuación:
55% < TLA4
<
70%
30% < TE4
<
45%
6% < TUV4
<
20%
490 nm <
\lambda_{D} < 520
nm
2% < P <
10%
La gama de transmisión luminosa así definida hace
que el cristal según la invención sea particularmente útil para
atenuar el deslumbramiento por la luz de los faros de los
automóviles cuando se utiliza en los cristales laterales traseros o
como luna trasera de los vehículos. La gama de transmisión
energética correspondiente asegura al cristal su alta selectividad.
Bajo la forma de cristales laterales delanteros de vehículos, el
vidrio según la invención debe presentar un TL superior o igual a
70%. Se utiliza por lo tanto con un espesor de 3 mm para satisfacer
esta exigencia. En cuanto a las gamas de longitudes de onda
dominantes y de pureza de excitación, se corresponden con unos
matices y una intensidad de color particularmente apreciados, en
especial según los cánones en vigor en esta materia en la
actualidad en los ámbitos arquitectónicos y de la automoción.
Estas propiedades se obtienen a partir de los
porcentajes en peso de los agentes colorantes siguientes, siendo
expresada la cantidad total de hierro en la forma
Fe_{2}O_{3}:
La utilización del vanadio como agente colorante
ofrece la ventaja de limitar los costes de producción del vidrio
según la invención en virtud del carácter poco oneroso de este
elemento. Por otro lado, el vanadio es también beneficioso para la
protección del medio ambiente por su naturaleza poco contaminante y
para la obtención del débil valor de transmisión de la radiación
ultravioleta del vidrio según la invención. El vanadio presenta
igualmente una fuerte absorción en el ámbito de la radiación
infrarroja, lo que propicia la obtención de un vidrio que presenta
una débil transmisión energética y una alta selectividad.
Es también posible obtener las mismas gamas de
propiedades ópticas a partir de la presencia en el vidrio de los
porcentajes en peso de los agentes colorantes siguientes:
La combinación de estos agentes colorantes y, en
particular, la utilización del cromo no es contraria a la
preservación de las paredes refractarias del horno de fabricación
del vidrio con respecto a las cuales no presentan riesgos de
corrosión.
Según unas formas especialmente preferentes, el
vidrio según la invención presenta propiedades ópticas situadas en
las gamas siguientes:
63% < TLA4
<
67%
37% < TE4
<
41%
11% < TUV4
<
18%
500 nm <
\lambda_{D} < 505
nm
4% < P <
6%
\newpage
El vidrio que presenta propiedades ópticas
comprendidas en las gamas más limitadas definidas anteriormente
tiene muchas cualidades técnicas ya que reúne propiedades de
transmisión energética y luminosa óptimas para ser utilizado como
cristal lateral trasero y luna trasera de un vehículo. Con un
espesor de 3 mm se puede utilizar igualmente en forma de cristales
laterales delanteros de un vehículo. En su utilización en
arquitectura, combina sus cualidades estéticas con una importante
economía de energía ligada a una menor demanda de sistemas de
acondicionamiento de aire.
Tales propiedades se obtienen a partir de los
porcentajes en peso de los agentes colorantes siguientes, siendo la
cantidad total de hierro expresada en forma de Fe_{2}O_{3}:
Es posible también obtener las mismas gamas de
propiedades ópticas a partir de la presencia en el vidrio de
porcentajes en peso de los agentes colorantes siguientes:
Preferentemente, el vidrio según la invención
presenta un porcentaje en peso de FeO inferior a 0,25. Esto lo hace
particularmente fácil para fundir en un horno tradicional de
fundición con respecto a vidrios que presentan proporciones de FeO
mucho más elevadas.
El vidrio según la invención se utiliza
preferentemente en forma de hojas con un espesor de 3 ó 4 mm para
los cristales laterales traseros y la luna trasera de vehículos y
espesores de más de 4 mm en la construcción.
El vidrio según la invención posee también
preferentemente una transmisión luminosa total bajo el iluminante C
para un espesor de 5 mm (TLC5) comprendido entre 50 y 70%, lo que
hace que sea apropiado para evitar el deslumbramiento por la luz
del sol cuando es utilizado en la construcción.
El vidrio según la invención puede ser revestido
con una capa de óxidos metálicos para reducir su calentamiento
debido a la radiación solar y, en consecuencia, el del habitáculo
de un vehículo que utiliza un vidrio de este tipo como
acristalamiento.
Los vidrios según la invención pueden ser
fabricados mediante los procedimientos tradicionales. Como materias
primas, se pueden utilizar materias naturales, vidrio reciclado,
escorias, o una combinación de estas materias. Los colorantes no se
añaden necesariamente en la forma indicada, pero esta manera de dar
las cantidades utilizadas de agentes colorantes, con equivalentes
en las formas indicadas, responde a la práctica corriente. En la
práctica, el hierro es añadido en forma de polvos, el cobalto es
añadido en forma de sulfato hidratado, como CoSO_{4}.7H_{2}O o
CoSO_{4}.6H_{2}O, el cromo es añadido en forma de bicromato,
como K_{2}Cr_{2}O_{7}. En cuanto al vanadio, se introduce en
forma de óxido o de vanadato de sodio.
Hay otros elementos presentes a veces como
impurezas en las materias primas utilizadas para fabricar el vidrio
según la invención (por ejemplo, el óxido de manganeso en una
proporción del orden de 100 a 300 ppm), ya sea en las materias
naturales, en el vidrio reciclado o en las escorias, pero cuando la
presencia de estas impurezas no confiere al vidrio propiedades fuera
de los limites definidos con anterioridad, estos vidrios se
consideran conformes a la presente invención.
La presente invención ilustrará mediante ejemplos
específicos acerca de sus propiedades ópticas y composiciones
siguientes.
Ejemplos 1 al
74
La tabla I muestra a título indicativo la
composición básica del vidrio así como los constituyentes de la
carga vitrificable que se debe fundir para producir los vidrios
según la invención. La mezcla vitrificable puede, en caso
necesario, contener un agente reductor como el coque, el grafito o
la escoria, o un agente oxidante como el nitrato. En este caso, las
proporciones de los otros materiales se adaptan con el fin de que
la composición del vidrio permanezca igual.
Las tablas IIa y IIb muestran las propiedades
ópticas y las proporciones en peso de los agentes colorantes de un
vidrio que comprende respectivamente ya el vanadio, ya el cromo
entre sus agentes colorantes. Estas proporciones se determinan por
fluorescencia X del vidrio y se convierten en la especie molecular
indicada.
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\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
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\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Claims (14)
1. Vidrio sodocálcico de color verde compuesto
por constituyentes principales formadores de vidrio y por agentes
colorantes, caracterizado porque comprende los porcentajes
en peso de los agentes colorantes siguientes:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
y vanadio o cromo en los
porcentajes en peso
siguientes:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
y presenta bajo el iluminante A y
para un espesor de vidrio de 4 mm, una transmisión luminosa (TLA4)
comprendida entre 40 y 70%, una selectividad (SE4) superior o igual
a 1,50 y una transmisión de radiación ultravioleta (TUV4) inferior
a
20%.
2. Vidrio coloreado según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque presenta
una selectividad (SE4) superior o igual a 1,55, preferentemente
superior a 1,60.
3. Vidrio coloreado según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque presenta
una transmisión luminosa superior a 50%, preferentemente superior a
55%.
4. Vidrio coloreado según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque presenta
una longitud de onda dominante (\lambda_{D}) inferior a 550 nm,
preferentemente inferior a 520 nm, calculada a partir de la
transmisión específica interna espectral de un vidrio de un espesor
de 5 mm.
5. Vidrio coloreado según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque no
comprende más de tres agentes colorantes.
6. Vidrio coloreado según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque presenta
las propiedades ópticas siguientes:
55% < TLA4
<
70%
30% < TE4
<
45%
6% < TUV4
<
20%
490 nm <
\lambda_{D} < 520
nm
2% < P <
10%
7. Vidrio coloreado según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque presenta
las propiedades ópticas siguientes:
63% < TLA4
<
67%
37% < TE4
<
41%
11% < TUV4
<
18%
500 nm <
\lambda_{D} < 505
nm
4% < P <
6%
8. Vidrio coloreado según la reivindicación 7,
caracterizado porque comprende los porcentajes en peso de
los agentes colorantes siguientes, siendo expresada la cantidad
total de hierro en forma de Fe_{2}O_{3}:
9. Vidrio coloreado según la reivindicación 7
caracterizado porque comprende los porcentajes en peso de
los agentes colorantes siguientes, siendo expresada la cantidad
total de hierro en forma de Fe_{2}O_{3}:
10. Vidrio coloreado según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque su
porcentaje en peso de FeO es inferior a 0,25.
11. Vidrio coloreado según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque para un
espesor de 5 mm, presenta una transmisión luminosa bajo el
iluminante C (TLC5) comprendida entre 50 y 70%.
12. Vidrio coloreado según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque está
revestido con una capa de óxidos metálicos.
13. Vidrio coloreado según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se
presenta en forma de hoja.
14. Vidrio coloreado según la reivindicación 13,
caracterizado porque forma un cristal para automóviles.
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