PT101911B - Vidro de cal sodada cinzento muito escuro - Google Patents

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Description

DESCRIÇÃO
VIDRO DE CAL SODADA CINZENTO MUITO ESCURO
O presente invento diz respeito a uin vidro de cal sodada de côr cinzenta muito escura, composto por constituintes de formação de vidro e agentes corantes.
A expressão vidro de cal sodada é aqui utilizada num sentido vasto e diz respeito a qualquer vidro composto pelos seguintes constituintes (percentagens, em peso):
SiO2 60 a 75%
Na2O 10 a 20%
CaO 0 a 16%
K2O 0 a 10%
MgO 0 a 10%
À12O3 0 a 5%
BaO 0 a 2%
BaO + CaO + MgO 10 a 20%
K2O + Na2O 10 a 20%
Este tipo de vidro é amplamente utilizado no campo da vitrificação para edifícios ou veículos motorizados. E geralmente fabricado na forma de uma tira por um processo de estiramento ou flutuação. Uma tira deste tipo pode ser cortada na forma de chapas que podem a seguir ser tomadas curvas ou sujeitas a tratamento, por exemplo tratamento por calor, com vista a reforçar as
-2propriedades mecânicas.
Quando se fala de propriedades ópticas de uma chapa de vidro, é geralmente necessário relacionar essas propriedades com um aparelho de iluminar padrão. Na presente descrição, são utilizados dois aparelhos de iluminar padrão; Illuminant C e Illuminant A conforme definido pela Intemational Commission on Illumination (C.I.E.). O Illuminant C representa luz do dia média, tendo uma temperatura de côr de 6700 K. Este aparelho de iluminar é especialmente útil para avaliação das propriedades ópticas de vidros destinados a edifícios. O Illuminant A representa a radiação de um irradiador Planck a uma temperatura de cerca de 2856 K. Este aparelho de iluminar representa a luz emitida pelos faróis dianteiros de veículos e é especialmente destinado a avaliar as propriedades ópticas do vidro destinado a veículos motorizados. A Intemational Commission on Illumination também publicou um documento intitulado Colometry, Official Recommendations of the C.I.E. (Maio 1970), que descreve uma teoria segundo a qual as coordenadas colorimétricas para a luz de cada comprimento de onda do espectro visível são definidas de forma a serem representadas num diagrama (conhecido como o diagrama tricromático da C.I.E.) tendo eixos ortogonais x e y. Este diagrama tricromático mostra a posição que representa a luz para cada comprimento de onda (expressa em nanómetros) do espectro visível. Esta posição é designada por local geométrico do espectro e a luz cujas coordenadas estão situadas neste local de espectro é considerada como possuindo um grau de pureza de excitação de 100% para o comprimento de onda adequado. O local geométrico do espectro é fechado por uma linha designada por fronteira púrpura que une os pontos do local geométrico do espectro, cujas coordenadas correspondem a comprimentos de onda de 380 nm (violeta) e 780 nm (vermelho). A área incluída dentro do local geométrico do espectro e a fronteira púrpura é a disponível para as coordenadas tricromáticas de qualquer luz visível. As coordenadas da luz emitida pelo Illuminant C, por exemplo, correspondem a χ = 0,3101 e y = 0,3163. Este ponto C é considerado como representando luz branca e, por causa disso, tem um grau de pureza de excitação igual a zero para qualquer comprimento de onda. Podem-se traçar linhas do ponto C do local geométrico para o espectro a qualquer comprimento de onda desejado e qualquer ponto situado nestas linhas pode ser definido não só pelas suas coordenadas x e y, mas também em função do comprimento de onda correspondente à linha na qual está situado e pela sua distância do ponto C relativamente ao comprimento total da linha de comprimento de onda. A partir daqui, a luz transmitida por uma chapa colorida de vidro pode ser descrita pelo seu comprimento de onda dominante e pelo seu grau de pureza de excitação expresso em percentagem.
De facto, as coordenadas da C.I.E. da luz transmitida por uma chapa de luz colorida dependerão não só da composição do vidro, mas também da sua espessura. Na presente descrição e reivindicações, todos os valores das coordenadas tricromáticas (x, y), do grau de pureza de excitação (P) do comprimento de onda dominante λ|> da luz transmitida, e da transmissibilidade da luz do vidro (TL) são calculados a partir da transmissão intema específica (SITQ de uma chapa de vidro com 5 mm de espessura. A transmissão intema específica de uma chapa de vidro é determinada apenas pela absorção do vidro e pode ser expressa pela lei de Beer-Lambert, SIT>. = e’E/V', em que Αχ é o coeficiente de absorção do vidro (em cm’1) no comprimento de onda em questão e E é a espessura do vidro (em cm). Numa primeira aproximação, SH\ pode também ser representada pela fónnula (I.v.+ Rzx) / (hx- R-ix) em que Ιιχ é a intensidade da luz visível incidente na primeira face da chapa de vidro, Rp. é a intensidade da luz visível reflectida por esta face, Ι é a intensidade da luz visível transmitida pela segunda face da chapa de vidro e R2x é a intensidade da luz visível reflectida para o interior da chapa por esta segunda face.
Na presente descrição e reivindicações, utiliza-se o seguinte:
A transmissão luminosa total para o IHuminant A, medida para uma espessura de 4 mm (TLA4). Esta transmissão total é o resultado de integrar a expressão
ZTz-E;.-Sz/ZErSz entre os comprimentos de onda 380 e 780 nm, em que T>. é a transmissão a comprimento de onda λ, E>. é a distribuição espectral do IHuminant A e é a sensibilidade do olho humano normal em função do comprimento de onda λ.
A transmissão de energia total, medida para uma espessura de 4 mm (TE4). Esta transmissão total é o resultado de integrar a expressão
ΣΤλ·Ελ/ΣΕλ entre os comprimentos de onda 300 e 2150 nm, em que Ελ é a distribuição de energia espectral do sol a 30°C acima do horizonte (distribuição de Moon).
A transmissão total em ultra-violeta, medida para uma espessura de 4 mm (TUVT4). Esta transmissão total é o resultado de integrar a expressão
Στλ·ϋ;./Συλ
-5entre os comprimentos de onda 280 e 380 nm, em que U\ é a distribuição espectral da radiação ultra-violeta tendo passado através da atmosfera, como determinado na norma DIN 67507.
Quando a curva de transmissão de uma substância transparente não varia em função do comprimento de onda visível, esta substância é descrita como gris neutro. No sistema da C.I.E., ela não possui um comprimento de onda dominante e o seu grau de pureza de excitação é zero. Por extensão, um corpo pode ser considerado como cinzento, sendo a curva espectral relativamente plana na região visível, mas apresentado contudo fracas bandas de absorção, permitindo que seja definido um comprimento de onda dominante e um grau de pureza que é baixo mas não zero. O vidro cinzento, de acordo com o presente invento, tem, de preferência, um grau de pureza de excitação inferior a 12% e um comprimento de onda dominante situado entre 460 e 490 nm, correspondendo a uma sombra azulada. O vidro de acordo com o presente invento apresenta um matiz-'cinzento muito escuro correspondendo a uma transmissão luminosa total de Illuminant A, medida para uma espessura de 4 mm (TLA4), inferior a 20%.
Os vidros cinzentos são geralmente escolhidos devido às suas propriedades protectoras contra os raios de sol e é conhecida a sua utilização em edifícios, especialmente em países com muito sol. Os vidros cinzentos são também utilizados em marquises ou varandas e escadarias, bem como para parcial vitrificação em alguns veículos motorizados ou compartimentos de comboios para proteger os seus interiores da vista.
O presente invento diz respeito a um vidro cinzento muito escuro, especialmente adequado para instalação em tectos de veículos, por exemplo como tecto de protecção contra o sol de um automóvel ou um painel completo de tecto.
-6O presente invento apresenta um vidro de cal sodada de côr cinzenta muito escura, composto de constituintes de formação de vidro e agentes corantes, caracterizado por os elementos feiro, cobalto e selénio estarem presentes como agentes corantes nas seguintes proporções (expressas na forma indicada em percentagens, em peso, do vidro):
Fe2O5 1,00 a 1,65%
Co 0,017 a 0,030%
Se 0,001 a 0,010%
sendo as proporções de agentes corantes calculadas de forma a que o vidro tenha uma transmissão luminosa total, medida relativamente ao Illuminant A para uma espessura de vidro de 4 mm (TLA4), inferior a 20%, e uma transmissão de energia total, medida para uma espessura de vidro de 4 mm (TE4), inferior a 20%.
Um tal vidro colorido tem uma aparência cinzenta muito escura e apresenta fracas propriedades de transmissão luminosa e transmissão de energia, que são particularmente adequadas para uso como protecção contra radiação solar, especialmente para tectos de protecção contra o sol de veículos e painéis de tectos ou telhados.
De facto, um vidro de côr cinzenta pode ser produzido utilizando-se níquel como principal agente corante. No entanto, a presença de níquel apresenta algumas desvantagens, especialmente quando o vidro tem de ser produzido pelo processo de flutuação. No processo de flutuação, uma tira de vidro quente é conduzida ao longo da superfície de um banho de estanho fundido, de modo a que as suas faces fiquem planas e paralelas. A fim de evitar a oxidação do estanho na superfície do banho, que poderia levar a arrastamento de óxido de
-Ίestanho por esta tira, é mantida uma atmosfera de redução sobre o banho. Quando o vidro contem níquel, este é parcialmente reduzido pela atmosfera sobre o banho de estanho, dando origem a um obscurecimento do vidro produzido. Para além disso, o níquel presente no vidro pode fonnar sulfureto de niquel NiS. Este sulfureto existe em várias formas cristalinas, que são estáveis dentro de diferentes gamas de temperaturas, criando a transformação de uma para outra problemas quando o vidro tem de ser reforçado por um tratamento de temperar por calor, como é o caso no campo automóvel e também para certas vitrificações em edifícios (varandas, marquises, etc.) O vidro de acordo com o invento, que não contem níquel, é assim particulannente adequado a fabrico pelo processo de flutuação, bem como a utilização em arquitectura ou no campo de veículos motorizados ou outros.
A presença combinada de agentes corantes à base de ferro, selénio e cobalto permite que sejam controladas as propriedades ópticas e de energia do vidro cinzento, de acordo com o invento. Os efeitos de diferentes agentes corantes considerados individualmente para a preparação de um vidro são como segue (conforme descrito no livro de bolso alemão Glas de H. Scholtze, traduzido por J. Le Du - Glass Institute - Paris):
Feno: o ferro está de facto presente na maior parte dos vidros existentes no mercado, quer como impureza ou introduzido deliberadamente como um agente corante. A presença de iões fónicos (Fe3+) confere ao vidro uma ligeira absorção de luz visível tendo um curto comprimento de onda (410 e 440 nm) e uma banda de absorção muito forte nos ultra-violetas (banda de absorção centrada em 380 nm), ao passo que a presença de iões fenosos (Fe2+) provoca uma forte absorção nos infra-vennelhos (banda de absorção centrada em 1050 nm). Os iões fémeos dão ao vidro uma ligeira côr amarela clara, ao passo que os iões feiTosos dão uma coloração verde azulada mais pronunciada.
Selénio: O catião SE4+ não tem praticamente qualquer efeito corante, ao passo que o elemento não carregado Seo dá uma coloração côr de rosa. O anião Se2' forma um cromóforo com iões férricos presentes e, por consequência, dá uma côr vermelha acastanhada ao vidro.
Cobalto: O grupo CoO4 produz uma coloração azul intensa com um comprimento de onda dominante virtualmente oposto ao dado pelo cromóforo de ferro-selénio.
As propriedades ópticas e de energia do vidro contendo os agentes corantes feno e selénio resultam desse modo de uma interacção complexa entre eles, tendo cada um destes agentes corantes um comportamento que depende fortemente do estado redox e, por isso, da presença de outros elementos prováveis de influenciar este estado.
De acordo com uma primeira forma de realização do invento, os agentes corantes estão presentes numa quantidade correspondente às seguintes proporções (expressas 11a fonna indicada como percentagens, em peso, do vidro):
Fe2O3 1,05 a 1,35%
Co 0,0195 a 0,0225%
Se 0,003 a 0,006%
De acordo com uma outra fonna preferida de realização do invento, os agentes corantes estão presentes numa quantidade correspondente às seguintes proporções (expressas na fonna indicada como percentagens, em peso, do vidro):
1,35 a 1,65%
0,0175a 0,0205%
0,0015 a 0,0045%
Fe2Ch
Co Se
A primeira forma preferida do invento permite a pronta formação, dada a limitada quantidade de feno presente na composição, de um vidro com as desejadas caracteristicas ópticas e de energia: transmissão luminosa, medida relativamente a Illuminant A para uma espessura de vidro de 4 mm (TE4), inferior a 20% e transmissão de energia, medida para uma espessura de vidro de 4 mm (TE4) inferior a 20%. A outra forma preferida de realização do invento facilita a formação de um vidro cinzento muito escuro, que tem uma maior selectividade (sendo selectividade definida como a relação de transmissão luminosa para transmissão de energia), em resultado do maior teor em ferro.
A transmissão de energia total de vidro colorido de acordo com o invento, conforme medido para uma espessura de vidro de 4 mm (TE4), é, de preferência, superior a 10%. Isto limita o aquecimento do vidro por absorção de radiação solar no caso de luz solar intensa.
A transmissão de energia total do vidro colorido, conforme medido para uma espessura de vidro de 4 mm (TE4), é, de preferência inferior a 15%. Uma tal transmissão de energia total é particulannente bem adequada às aplicações pretendidas, especialmente painéis de tectos de veículos ou painéis de vitrifícação para edifícios em países quentes.
E desejável que a transmissão luminosa total do vidro, medida relativamente ao Illuminant A para uma espessura de 4 mm (TLA4), seja superior a 12%, de preferência superior a 15%. Tais valores mínimos de transmissão de luz proporcionam uma visão suficiente através do vidro.
-10A presença de agentes corantes à base de feno e selénio dentro dos limites definidos anterionnente pennite que se alcance uma forte absorção na gama de raios ultra-violeta. O vidro de acordo com o invento possui, de preferência, urna transmissão total na gama de ultra-violetas (TUVT4) inferior a 10%, ou mesmo inferior a 5%. Esta propriedade é particulannente vantajosa no campo automóvel. A fraca transmissão de iiradiação ultra-violeta pennite evitar o envelhecimento e descoloração do interior de veículos motorizados.
O vidro colorido pode conter cério, se fôr necessário diminuir ainda mais a transmissão total do vidro na gama de raios ultravioleta (TUVT4).
O grau de pureza de excitação de vidro cinzento muito escuro de acordo com o invento é, de preferência, inferior a 12%. De acordo com o seu comprimento de onda dominante, o vidro cinzento muito escuro de acordo com o invento pode apresentar uma sombra colorida, por exemplo verde ou amarela ou, de preferência, azulada.
Um tal vidro é de preferência usado na forma de placas, por exemplo placas com uma espessura de 4 ou 5 mm, para o fabrico de painéis para o tecto de veículos motorizados, ou tendo espessuras superiores a 4 mm para painéis de edifícios.
O vidro cinzento muito escuro pode levar um revestimento formado por pelo menos um óxido de metal, por exemplo um revestimento composto por óxido de titânio, óxido de estanho, óxido de feno, óxido de cobalto, óxido de crómio, ou uma mistura deles. Um tal vidro revestido apresenta propriedades de uma muito ligeira transmissão de luz e energia. Para além disso, os revestimentos pennitem limitar o aquecimento do vidro em condições de brilho intenso do sol.
O vidro de acordo com o presente invento pode ser fabricado pelos métodos tradicionais. Como matérias primas, pode-se utilizar materiais naturais, vidro reciclado, escória, ou uma sua combinação. Os agentes corantes não são necessariamente adicionados na forma indicada, mas esta maneira de dar as quantidades de agentes corantes adicionados em equivalentes nas formas indicadas, corresponde à prática coirente. Na prática, o ferro é adicionado na forma de mínio de ferro, o cobalto é adicionado na forma de um sulfato hidratado, nomeadamente CoSO^CI-LO ou COSO46H2O, e 0 selénio é adicionado na forma elementar ou na forma de uma selenite, nomeadamente Na2SeO3 ou ZnSeO3. Outros elementos podem estar presentes na forma de impurezas nas matérias primas utilizadas no fabrico de vidro de acordo com 0 invento (por exemplo, óxido de manganês em proporções na ordem de 50 ppm, ou pequenas proporções de vanádio ou crómio), que podem ser originários de materiais naturais, vidro reciclado ou escória, mas quando a presença destas impurezas não confere ao vidro quaisquer propriedades para além dos limites acima definidos, 0 vidro é tido como estando conforme 0 presente invento.
O presente invento é ilustrado pelos seguintes exemplos específicos de composições.
EXEMPLOS I a 15
O Quadro 1 indica a composição base do vidro, bem como os constituintes da fornada vitrificável a ser fundida para produzir vidros de acordo com 0 invento (sendo as quantidades expressas em quilogramas por tonelada de fornada vitrificável). Os Quadro lia, Ilb e IIc indicam os corantes a serem adicionados à fornada (sendo as quantidades expressas em quilogramas para uma tonelada de matérias primas vitrificáveis) e as proporções, em peso, dos agentes corantes no vidro produzido. Estas proporções são determinadas por fluorescência de raios X do vidro e convertidas nas espécies moleculares indicadas. Os Quadros Illa, 111b e IIIc indicam as propriedades ópticas e de energia correspondentes às definições dadas na presente descrição.
O Exemplo 10 refere-se a um vidro de acordo com o Exemplo 6, em que se depositou uma camada de dióxido de titânio com uma espessura entre e 50 nm. Esta camada foi depositada por pirólise de um composto de titânio orgânico no vidro quente.
O Exemplo 1 1 refere-se a um vidro de acordo com o Exemplo 6, em que se depositou uma camada de óxidos de feno, cobalto e crómio. Uma tal camada tem uma espessura de 35 a 45 nm. Ela contem, em proporções, em peso, 62% de óxido de cobalto, 26% de óxido de feno e 12% de óxido de crómio. È possível obter-se facilmente uma tal camada por pirólise de reagentes organometálicos, tais como acetilacetonatos, na tira de vidro, enquanto ela se encontra ainda a uma temperatura muito elevada, à saída de um tanque de flutuação.
QUADRO 1: VIDRO DE BASE
Análise do vidro de base
SiO2
AI2O3
CaO
MgO
Na2O
0,8%
8,8%
4,2%
14,1%
Κ2Ο
0,1%
Constituintes do vidro de base
Areia 571,3
Feldspato 29,6
Calcário 35,7
Dolomite 162,1
Na2CO3 181,1
Sulfato 5,0
Nitrato 15,2
QUADRO lia
Exemplo No:1
Agentes corantes (kg) calculados na forma de:
Fe2O310,48
CoO0,301
Se0,086
Agentes corantes (quantidade, em peso, no vidro) calculados na forma de:
Fe2O3 (%)1,32
Co (ppm)288
Se (ppm)42
2 3 4 5/
10,90 10,31 10,57 9,56
0,251 0,251 0,194 0,209
0,115 0,100 0,078 0,105
1,37 1,30 1,33 1,21
240 240 186 200
56 49 38 51
-14QUADRO Ilb
Exemplo No: 6 7 8 9 10
Agentes corantes (kg)
calculados na fonna de:
Fe2O3 9,73 10,90 10,48 10,9 9,73
CoO 0,217 0,212 0,240 0,191 0,217
Se 0,068 0,074 0,078 0,082 0,068
Agentes corantes (quantidade, em peso, no vidro) calcula-
dos na fonna de:
Fe2O3 (%) 1,23 1,35 1,32 1,37 1,23
Co (ppm) 208 203 230 183 208
Se (ppm) 36 38 40 33
QUADRO IIc
Exemplo No:
Agentes corantes (kg) calculados na forma de:
12
Fe2O3
CoO
Se
Agentes corantes (quantidade, em peso, no vidro) calculados na forma de:
Fe2O3 (%)
Co (ppm)
Se (ppm)
9,7312,00
0,2170,199
0,0680,062
1,231,50
208(90
3330
-15QUADRO Illa
Exemplo No: 1 2 3 4 5
Propriedades do vidro
TL (%) 6,8 9,2 7,8 13,1 10,3
TLA4(%) 10,7 13,8 12,2 18,1 15,2
TE4 (%) 15,8 18,8 15,0 19,2 18,3
P (%) H,2 9,6 4,6 9,8 9,7
ÀD (nin) 476,2 581,0 580,6 74,1 578,0
TUVT4 (%) 2,1 1,9 2,4 2,5 2,2
QUADRO IHb
Exemplo No: 6 7 8 9 10
Propriedades do vidro
TL (%) 13,4 10,9 9,1 H,2
TLA4 (%) 17,8 15,4 13,2 16,0 14,1
TE4 (%) 17,4 13,1 H,9 14,4 15,1
P (%) 7,1 2,1 5,3 H,2
ÀD (nm) 486,2 533,4 487,8 570,1
TUVT4 (%) 2,6 2,1 2,3 2,5 1,7
-16QUADRO IIIc
Exemplo No:
12
Propriedades do vidro
TL (%)
H,4
TLA4(%)
9,5 15,8
P (%)
λ D (nm)
513,0
TUVT4 (%) <1 <2
Lisboa, 3 de Setembro de 1996
JORGE CRUZ
Agente Oficial da Propriedade Industria!
RUA VICTOR CORDON, 14 V 1200 LISBOA

Claims (13)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Vidro de cal sodada de côr cinzenta muito escura, composto por constituintes de formação de vidro e agentes corantes, caracterizado por os elementos feno, cobalto e selénio estarem presentes como agentes corantes nas seguintes proporções (expressas 11a forma indicada em percentagens, em peso, do vidro):
    Fe2O3 1,00 a 1,65%
    Co 0,017 a 0,030%
    Se 0,001 a 0,010% sendo as proporções de agentes corantes calculadas de forma a que 0 vidro tenha uma transmissão luminosa total, medida relativamente ao Illuminant/A para uma espessura de vidro de 4 mm (TLA4), inferior a 20%, e uma transmissão de energia total, medida para uma espessura de vidro de 4 mm (TE4), inferior a 20%.
  2. 2. Vidro colorido de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os agentes corantes estarem presentes numa quantidade correspondente às seguintes proporções (expressas na forma indicada como percentagens, em peso, do vidro):
    Fe2O3 1,05 a 1,35%
    Co 0,0195 a 0,0225%
    Se 0,003 a 0,006%
  3. 3.
    Vidro de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os
    -2agentes corantes estarem presentes numa quantidade correspondente às seguintes proporções (expressas na fonna indicada como percentagens, em peso, do vidro):
    Fe2O3 1,35 a 1,65%
    Co 0,0175 a 0,0205%
    Se 0,0015 a 0,0045%
  4. 4. Vidro de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por a transmissão de energia total, medida para uma espessura de 4 mm (TE4), ser superior a 10%.
  5. 5. Vidro de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por a transmissão de energia total, medida para uma espessura de 4 mm (TE4), ser inferior a 15%.
  6. 6. Vidro de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por a transmissão luminosa total, medida relativamente ao Illuminant A para uma espessura de 4 mm (TLA4), ser superior a 12%.
  7. 7. Vidro de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por a transmissão luminosa total, medida relativamente ao Illuminant A para uma espessura de 4 mm (TLA4), ser superior a 15%.
  8. 8. Vidro de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado por conter adicionalmente o elemento cério.
  9. 9. Vidro de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado por a transmissão total na região de raios ultra-violeta, medida para uma espessura de 4 mm (TUVT4), ser inferior a 10%.
  10. 10. Vidro de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por a transmissão total na região de raios ultra-violeta, medida para uma espessura de 4 mm (TUVT4), ser inferior a 5%.
  11. 11. Vidro de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a
    10, caracterizado por o grau de pureza de excitação ser inferior a 12%.
  12. 12. Vidro de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a
    11, caracterizado por ter a fonna de uma chapa.
  13. 13. Vidro de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por lhe ser aplicado um revestimento consistindo pelo menos num óxido de metal.
    Lisboa, 3 de Setembro de 1996
    -4-^z
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