KR100383158B1 - 창유리를제조하기위한유리조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유리창을 제작하기에 적합한 실리카-소다-칼슘 유리 조성물에 관한 것이다. 본 발명에 따르는 유리는 중량%로 표현된 다음의 한정량으로 정의되는 구성 성분을 포함한다: SiO269 내지 75%; Al2O30 내지 3%; B2O30 내지 5%; CaO 2 내지 10%; MgO 0 내지 2%; NaO 9 내지 17%; K2O 0 내지 8%; Fe2O3(전체 철) 0.2 내지 4%; Se, CoO, Cr2O3, NiO, CuO 0 내지 0.45%. Fe2O3의 함량이 1.5% 이하인 반면, 철 이외의 착색제의 함량은 0.0002% 이상이고, 불소, 산화아연, 산화지르코늄, 산화세륨, 산화티탄 및 4% 미만의 산화바륨 또한 포함할 수 있으며 알칼리 토류 산화물의 백분율의 총합이 10% 이하로 유지된다.

Description

창유리를 제조하기 위한 유리 조성물
본 발명은 특히 자동차 산업 또는 건축 분야에서 사용할 수 있는 창유리를 제조하기에 적합한 실리카-소다-칼슘 유리 조성물에 관한 것이다.
이러한 분야에 사용되는 창유리는 목적하는 효과와 관련하여 매우 상이한 투과성을 나타낼 수 있다.
적극적으로 추구하는 효과 중의 하나는 가시영역에서의 투과성이 낮든지 또는 높든지 간에, 창유리의 에너지 투과성을 가능한 최대로 감소시키는 것이다. 이러한 효과는 창유리를 구성하는 유리의 적외선 흡수능을 증가시킴으로써 얻을 수 있다. 이러한 효과의 연구는 때때로 자외선 및 특정 색에 대한 낮은 투과성과 같은 다른 효과에 대한 연구와 병행된다.
이러한 효과를 제공할 수 있는 구성 성분이 일반적으로 공지되어 있기는 하나, 고유한 특성, 예를 들어, 매우 한정된 파장 영역 및 비중과 관련된, 소정의 관계를 나타내는 광 투과성 인자와 에너지 투과성 인자를 조합한 연구는 어려운 일이다.
따라서, 가능한한 최대의, 즉 나머지 태양 에너지를 모두 흡수함으로써 스펙트럼의 가시영역에서 발생하는 광 투과도를 유지하기 위하여, 철을 유리 조성물 내로 혼입시키는 것이 공지되어 있다.
철은 유리 안에 산화제2철(Fe2O3)과 산화제1철(FeO)의 형태로 동시에 존재한다.
Fe2O3가 존재하므로 UV 방사선과 스펙트럼의 가시영역에서 단파장을 가진 방사선들을 흡수할 수 있다. 반면에, FeO가 존재하므로, IR에 가까운 방사선과 가시영역에서의 장파장에 해당하는 방사선들을 흡수할 수 있다.
두가지 형태로 산화된 철의 함량이 증가됨에 따라 가시 스펙트럼의 양 말단에서 방사선 흡수가 강화된다면, 이 효과는 광 투과성을 희생시켜 얻어지는 것이다.
최근에는, 광 투과도를 가능한 한 최대한으로 보존하면서도 방사선을 흡수하는 산화철의 장점을 최대로 이용하기 위한 상이한 방법이 제시된 바 있다. 적외선에 가까운 영역에 속하는 방사선을 흡수하는 데 바람직한 당해 방법은 주로 유리 조성물을 개질시키거나 비교적 통상적인 조성을 갖는 많이 환원된 유리를 제조하는 것으로 구성된다.
이들 방법의 첫번째 양태는 일본 특허 제60-215546호에 기재되어 있고, 두번째 양태는 유럽 특허 제297 404호에 기재되어 있다.
상기한 일본 특허문헌에 따르면, 바람직한 투과성과 흡수성을 나타내는 유리는 BaO 4중량% 이상을 함유한다. 충분한 양으로 혼입된 BaO는 결과적으로 FeO에 기인하는 적외선 근처의 흡수띠를 보다 장파장쪽으로 이동시킨다. 이러한 효과는 유리 안에 K2O를 혼입시킴으로써 더욱 강해질 것이다.
그러나, 유리 안으로 BaO를 비교적 증가된 함량으로 혼입시키면 부정적인 결과가 초래된다. 예를 들면, 조성물의 비용이 무시할 수 없는 수준으로 증가하고, 유리의 내가수분해성이 감소된다. BaO의 함량이 높아지면, 불투명화 현상이 더욱 증가되고 균일한 유리를 수득하기가 더욱 어려워진다.
위에서 언급한 유럽 특허 문헌에 기재된 유리는 전체 철 중에서 Fe2O3의 형태로 표현되는 철의 함량이 0.45 내지 0.65%인 통상적인 실리카-소다-칼슘 유리이다. 이러한 유리는 전체 철의 35% 이상, 바람직하게는 50% 이상이 FeO 형태로 존재하는 조건하에서 생산된다. 이렇게 수득된 FeO 함량이 증가하면, 유리의 적외선 영역에서의 흡광이 강화되고 TE인자가 감소된다. 이러한 환원조건하에서 황의 존재하에 유리를 제조하면, 황과 제1철 사이의 반응으로 인해 발색단이 형성됨에 따라 마지막에는 호박색을 나타낸다. 이를 피하기 위해서, 유리화할 수 있는 혼합물 내에서 황산염을 제거할 필요가 있으며, 유리 속의 황 함량이 전혀 없지 않으므로, 제1철의 백분율을 낮춰서 전체 철 함량을 철저하게 제한하여야 한다.
본 발명은, 플로트 유리 기술에 따라 금속조에 의해 표면에서 코팅될 수 있으며 표준 플로트 유리의 단가에 근사하고 주어진 발광체 A하에서의 총 광 투과도 지수(TLA)에서, 동일한 TLA지수를 나타내는 공지된 유리의 총 에너지 투과도 지수보다 작은 총 에너지 투과도 지수(TE)를 갖는 유리 조성물을 목적으로 한다.
본 발명은 비교적 중간 색상을 나타내거나 모든 중간 명암을 통과시킴으로써 청색에서부터 녹색까지의 다양한 색을 나타내는 창유리를 수득할 수 있는 유리 조성물을 목적으로 한다.
본 발명은 표준 플로트 유리에서 통상적으로 관찰되는 산화-환원 조건 하에서 제조될 수 있는 유리 조성물을 목적으로 한다.
이러한 목적은,
포함하고, Fe2O3의 함량이 1.5% 이하인 경우, 철 이외의 착색제의 함량이 0.0002% 이상이고, 또한 불소, 산화아연, 산화지르코늄, 산화세륨, 산화티탄 및 4% 미만의 산화바륨을 포함할 수 있으며, 알칼리 토금속류 산화물의 백분율의 총합이 10% 이하임을 특징으로 하는, 창유리를 제조하기 위한 실리카-소다-칼슘 유리 조성물에의해 성취된다.
본 발명에 따르는 유리에 있어서, 착색제로서 사용되는 Se, CoO, Cr2O3및 NiO의 전체 함량은 0 내지 0.15%중량이다.
본 발명에 따르는 유리는 소정의 유리화할 수 있는 원료 물질로부터 또는 용융로 내에서 재순환된 유리가루로부터 발생되는 불순물을 또한 포함할 수 있다. 이러한 불순물은 마그네슘 또는 바나듐 화합물과 같은 착색제 극소량으로 구성될 수 있다.
본 발명에 따르는 유리 조성물에 들어가는 구성 성분 각각의 함량과 성질은, 이후 기술하겠지만, 플로트 유리 스트립(strip)에서 절단된 판으로 부터 창유리를 제조하는데 요구되는 성질을 모두 나타내고 FeO로 인한 최대 흡수띠를 보다 장파장쪽으로 이동시키는 특성을 나타내는 유리를 제공한다.
본 발명에 따르는 유리는 또한 발광체 C하에서 우세한 파장이 약 560nm 이하임을 특징으로 한다.
본 발명에 따르는 유리에 있어서, 실리카는 다음 이유로 인해 비교적 좁은 범위로 한정된다. 즉, 약 75% 이상에서는, 유리의 점도와 불투명화 경향이 매우 증가하기 때문에, 주석 조에서의 용융과 주조가 훨씬 어려워지고, 69% 미만에서는 유리의 내가수분해성이 급속하게 감소하고 가시 영역에서의 투과성 역시 감소한다.
이러한 유리의 내가수분해성의 감소는 부분적으로나마 Al2O3의 혼입에 의해 보강될 수 있으나, Al2O3로 인해 점도가 높아지고 가시영역에서의 투과성이 감소된다. 따라서, 극히 제한된 양으로만 사용할 수 있다.
알칼리성 산화물 Na2O와 K2O로 인해, 유리를 용이하게 용융시킬 수 있고 상승된 온도에서의 점도를 조절하여, 표준 유리의 점도에 가깝게 유지시킬 수 있다. K2O는 약 8%까지 사용할 수 있다. 이러한 8%를 초과하면 조성물의 단가 증가가 경제적인 단점이다. 그 외에도, 본질적으로, 점도의 증가에 기여할 수 있는 Na2O를 희생시키므로, K2O의 백분율을 증가시킬 수 없다. 그러나, 소정의 조건하에서는, K2O의 존재가 유리의 적외선 영역에서의 흡광을 증가시킨다. Na2O와 K2O의 총량은 바람직하게는 15중량% 이상이다.
알칼리 토금속류 산화물은 본 발명의 유리의 특성을 수득하는 데에 있어서 결정적인 역할을 수행한다.
본 발명에 의해서, MgO의 함량을 2중량%, 바람직하게는 1중량% 미만으로 한정하여 본 발명의 유리에 대해 제한을 가하면, FeO로 인한 흡수띠를 장 파장으로 이동시켜서 가시광선 영역에서의 투과성에 악영향을 미치지 않으면서 적외선 영역에서의 흡광도를 증가시키는 탁월한 효과를 갖게 된다는 사실이 밝혀졌다. 점도에 중요한 역할을 하는 MgO의 제한은 Na2O의 증가에 의해서 부분적으로나마 보강될 수 있다. 따라서, MgO의 함량이 실질적으로 무시할 정도이면, Na2O와 K2O의 총량은 15중량% 이상이다.
CaO는 10%로 한정되어야 한다. 그 이상이면, 유리의 불투명화 경향이 급속하게 증가한다.
특정 유리의 광투과도를 증가시킬 수 있는 BaO를 본 발명에 따르는 조성물 안에 4% 미만의 함량으로 가할 수 있다. 사실상, BaO는 MgO와 CaO에 비해 유리의 점도에 대해 훨씬 약한 영향을 미친다. 본 발명에서, BaO를 증가시키는 일은, 근본적으로 알칼리성 산화물인 MgO와 특히 CaO를 희생시킴으로써 이루어진다. 따라서, BaO의 상당한 증가는 항상 특히 저온에서의 유리의 점도를 증가시키는 데에 기여한다. 또한, BaO의 함량을 증가된 상태로 혼입시키면, 조성물의 단가가 증가하고 유리의 내가수분해성을 감소시키는 경향이 있다. 이런 점을 고려해 볼 때, 앞에서 언급한 일본 특허 문헌에 기재된 것과는 반대로, MgO를 소량 포함하거나, 바람직하게는 전혀 포함하지 않는 유리 내에 소량의 BaO를 혼입시키면 적외선 흡광도를 더욱 높일 수 있다. 본 발명의 유리가 산화바륨을 포함하는 경우, 산화바륨은 바람직하게는 0.5 내지 3.5중량%의 양으로 존재하는 것이 바람직한 것으로 간주된다.
각각의 알칼리 토금속류 산화물의 다양한 함량에 대해 앞에서 정의한 제한 이외에, 바람직한 투과도를 수득하기 위해서는 MgO, CaO 및 BaO의 백분율의 합이 10% 이하가 되도록 제한하는 것이 절대적으로 필요하다.
본 발명에 따르는 유리는 또한 Fe2O3형태로 총괄적으로 표현되는 산화철(철 전체)을 포함한다. 본 발명에 따르는 유리의 FeO의 함량과 동일한 전체 철의 함량은 상기 유리에 대한 바람직한 특성에 대해 상당한 변화를 줄 수 있다.
본 발명에 따르는 유리는 또한 불소를 바람직하게는 0.5 내지 2중량%로 포함할 수 있다. 유리의 용융과 점도에 대한 잘 알려진 불소의 작용 이외에, 이 구성 성분은 적외선의 흡수에 대해 특별한 효과를 나타내며 MgO의 제한과 K2O와 BaO의 혼입으로 부가적인 효과를 나타낸다. 이러한 효과는 적외선 영역에서의 최대 흡수띠의 경미한 이동에 의해, 특히 근가시 적외선 영역 말단에서의 최대 흡수띠의 직선화에 의해 입증된다.
본 발명에 따르는 유리는 또한 산화아연을 포함할 수 있다. 필요하다면, 산화아연은 유리의 점도를 감소시키고 유리의 내가수분해성을 높이는 데 기여하며 불투명화 경향을 감소시킨다. 이러한 이유로 인해서 실리카를 고 함량으로 포함하고/하거나 알루미나를 포함하지 않는 본 발명에 따르는 유리에 ZnO를 혼입시키는 것이 바람직하다. 산화아연도 또한 환원된 유리를 제작하는데 사용될 유리화할 수 있는 혼합물에 가하는 것이 유리할 수 있다. 산화아연으로 인해, 이러한 유형의 유리에서 형성될 수 있는 황화철의 형성으로 인한 호박색의 출현을 피할 수 있다. 따라서, 산화아연은, FeO/Fe2O3(전체)의 비가 약 0.4% 이상인 경우, 0.05% 이상인 비율로 본 발명에 따르는 유리에 혼입될 수 있다. 조성물의 단가가 과다하게 증가하지 않도록, ZnO의 함량은 약 3중량%를 초과하지 않도록 한다.
본 발명에 따르는 유리는 또한 산화지르코늄을 포함할 수 있다. 산화 지르코늄은 유리를 안정화시킬 수 있고 유리의 내약품성, 특히 내가수분해성을 개선시킬 수 있다. 바람직하게는, 산화지르코늄은 알루미나를 1.5중량% 이내의 함량 범위로 소량 포함하거나 또는 전혀 포함하지 않는 본 발명에 따르는 유리에 혼입하는 것이바람직하다.
본 발명에 따르는 유리는 또한 자외선의 흡수를 증가시키기 위하여 산화세륨(Ce2O3)을 포함할 수 있다. 본 발명에 따르는 유리는 Ce2O3을 1.5중량% 이하, 바람직하게는 0.3 내지 0.8중량%의 양으로 포함할 수 있다.
본 발명에 따르는 유리는 또한 산화티탄을 1중량% 이하의 양으로 포함할 수 있다. Ce2O3와 같은 산화물은 자외선의 흡수를 증가시킬 수 있다. 이러한 두가지 산화물이 본 발명에 따르는 유리에 존재하는 경우, TiO2를 혼입시키면 고가의 산화물인 Ce2O3의 양을 감소시킬 수 있다. 일반적으로, 이두가지 산화물의 총합은 1.2중량%를 초과하지 않는다.
본 발명에 따르는 유리는 또한 유리화 가능한 원료 물질 및/또는 유리화 가능한 원료 물질 속으로의 유리가루의 혼입 및/또는 세정제(SO2, Cl, Sb2O3, As2O3)의 사용으로 인한 불순물에 의해 발생되는 다른 구성 성분을 1%이하 포함할 수 있다.
본 발명에 따르는 유리는 또한 바람직한 산화-환원도에 도달할 수 있는 조건하에서 생산할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르는 유리는 산화-환원도가 0.40 미만, 일반적으로는 0.2 내지 0.35인 공지된 세정제(예: 황산 염)를 사용하여 생산할 수 있다. 철을 보다 덜 함유하는 본 발명에 따르는 유리는 또한, 예를 들면, 유럽 특허 제297 404호에 기재된 바와 같은 조건하에서 생산할 수 있으며 산화-환원도를 0.4 또는 0.5 이상 나타낼 수 있다. 즉, 본 발명에 따르는 유리의 산화-환원도는0.8 미만이다.
본 발명에 따르는 유리 조성물에 포함되는 각 구성 성분, 주로 알칼리 토금속류 산화물의 함량과 성질은, 근적외선 영역에서 더 많이 흡광하는 유리를 제공할 수 있게 한다. 이러한 특성은 이 스펙트럼 영역에서의 FeO의 최대 흡수띠가 보다 장파장 쪽으로 이동함에 따른 것이다. 이러한 이동은 종종 FeO의 최대 흡수띠의 세기의 증가 및/또는 증폭을 수반한다. 적외선 영역에서의 이러한 흡광도의 증가는 가시영역에서의 투광도를 조금도 감소시키지 않으며 오히려 가시영역에서의 투광도의 향상을 수반한다.
바람직하게는 다음과 같이 한정된 함량을 갖는 철 이외의 착색제가 단독으로 또는 둘 이상이 배합되어 본 발명에 따르는 유리 조성물에 혼입된다.
Se < 0.008중량%,
CoO < 0.04중량%,
Cr2O3< 0.1중량%,
NiO < 0.07중량%,
CuO < 0.3중량%.
본 발명에 따르는 유리의 이점은 첨부된 표에 기재되고 이후 설명할 유리를 통해 더 잘 이해된다.
착색제와는 별도로, 본 발명에 따르는 유리의 조성(중량%로 표기)은 아래에 기재한 평균조성물 A에 거의 근사한다. 착색제와는 별도로, 대조용으로 주어지는공지된 유리(대조 번호 1)는 아래에 기재한 조성물 B의 조성(중량%로 표기)을 갖는다.
이들 유리는 다양한 산화-환원 조건하에서 생산된다. 실시예 13 내지 실시예 17에서 언급되는 유리는 이론적인 조성으로 이루어진다.
발광체 A하의 총 광투과도 지수(TLA)와 총 에너지 투과도 지수(TE)는 적외선 투과도 지수(TIR)와 마찬가지로 패리 문 메스 2(PARRY MOON MASS 2)법에 따라 측정한다. 자외선 투과도는 표준 ISO 9050법에 따라서 측정한다. 발광체 C하의 여기 순도 지수(Pc)이기도 한 상기한 상이한 투과도 지수값들은, 두께 3.15mm에 해당하는 실시예 3, 4를 제외하고는, 두께 3.85mm에 해당한다.
이와 같은 상이한 실시예들은, 넓은 착색제 범위에서, 본 발명에 따르는 유리가 총 광투과도 지수(TLA)(TLA지수 값을 올릴 수도 있고 내릴수도 있다)보다 작은 총 에너지 투과도 지수(TE)를 나타냄을 보여준다. 본 발명에 따르는 유리의 이러한 우수한 선택성은 대체로 FeO의 특유한 최대 흡수띠가 장파장쪽으로 이동하는 것으로 인한 것이다. 본 발명을 설명하는 실시예는, 본 발명의 유리의 최대 파장(λFeO)이 일반적으로 1090nm초과, 1150nm 이하이므로, 선행 기술의 마그네시아 유리의 최대 파장이 본 발명의 경우보다 훨씬 작음을 보여준다.
본 발명에 따르는 유리는, 특정 유리의 경우, 전극이 구비된 반응로 안에서 생산될 것을 조건으로 하여 통상적인 판유리 생산 기술과 양립할 수 있다. 주석조예서 용융 상태로 유리를 코팅하여 수득한 유리 리본의 두께는 0.8 내지 10mm까지 다양할 수 있다.
유리 리본의 절단에 의해 수득된 창유리는 후속적으로, 특히 자동차에 조립되어야 하는 경우, 파열되는 손상을 입을 수 있다.
창유리를 자동차 앞창 또는 옆창에 적용시키기 위해서는, 선택되는 유리는 처음부터 두께가 일반적으로 3 내지 5mm인 유리 리본으로 절단되어야 한다. 이러한 두께하에서, 본 발명에 따르는 유리는 우수한 열안정성을 보장한다.
다른 창유리의 예에 따라, 본 발명에 따르는 유리로부터 수득한 창유리를 예비적으로 표면처리할 수 있거나, 예를 들면, 내파열성 폴리우레탄계 필름 기제 또는 파손시 클램핑(clamping)을 보장하는 필름과 같은 유기 피복물로 처리할 수 있다. 즉, 에나멜 표면과 같은 표면 물질로 국부적으로 피복할 수 있다.
본 발명에 따르는 창유리는 열분해 기술에 따라 고온에서의 화학적 침착에 의해 또는 화학적 증착(CVD)에 의해 또는 진공 침착에 의해 수득된, 금속 산화물로이루어진 하나 이상의 피복물로 피복할 수 있다.

Claims (17)

  1. 포함하고, Fe2O3의 함량이 1.5% 이하인 경우, 철 이외의 착색제의 함량이 0.0002% 이상이고, 또한 불소, 산화아연, 산화지르코늄, 산화세륨, 산화티탄 및 4% 미만의 산화바륨을 포함할 수 있으며, 알칼리 토금속 산화물의 총함량이 10% 이하임을 특징으로 하는, 창유리를 제조하기 위한 실리카-소다-칼슘 유리 조성물.
  2. 제1항에 있어서, Se, CoO, Cr2O3및 NiO의 총량이 0 내지 0.15중량%의 범위임을 특징으로 하는 유리 조성물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, MgO의 함량이 1중량% 미만임을 특징으로 하는 유리 조성물.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 알칼리성 산화물의 총량이 약 15중량% 이상임을 특징으로 하는 유리 조성물.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, BaO를 0.5 내지 3.5중량% 포함함을 특징으로 하는 유리 조성물.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 불소를 0.5 내지 2중량% 포함함을 특징으로 하는 유리 조성물.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, ZnO를 0.05 내지 3중량% 포함함을 특징으로 하는 유리 조성물.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, ZrO2를 1.5중량% 이하 포함함을 특징으로 하는 유리 조성물.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, Ce2O3을 1.5중량% 이하 포함함을 특징으로 하는 유리 조성물.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, TiO2를 1중량% 이하 포함함을 특징으로 하는 유리 조성물.
  11. 제9항에 있어서, 산화세륨과 산화티탄을 Ce2O3+ TiO2의 총합이 1.2중량% 이하로 되는 비율로 포함함을 특징으로 하는 유리 조성물.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서, 산화철을 FeO/Fe2O3의 비가 0.8 미만으로 되는 비율로 포함함을 특징으로 하는 유리 조성물.
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서, 철 이외의 하나 이상의 착색제를 다음과 같이 한정된 양으로 포함함을 특징으로 하는 유리 조성물.
    Se < 0.008중량%,
    CoO < 0.04중량%,
    Cr2O3< 0.1중량%,
    NiO < 0.07중량%,
    CuO < 0.3중량%.
  14. 제1항에 있어서, 발광체C 하에서의 우세한 파장이 560nm 미만인 유리 조성물.
  15. 화학적 조성이 제1항 내지 제13항 중의 어느 한 항에서 정의한 바와 같고 두께가 0.8 내지 10mm인 유리판을 포함함을 특징으로 하는 창유리.
  16. 제3항에 있어서, MgO 함량이 거의 0%중량임을 특징으로 하는 유리 조성물.
  17. 제9항에 있어서, Ce2O3을 0.3 내지 0.8중량% 포함함을 특징으로 하는 유리 조성물.
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