ЗЕЛЕНОЕ СТЕКЛО, ПОГЛОЩАЮЩЕЕ ИНФРАКРАСНОЕ И УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ

ЗЕЛЕНОЕ СТЕКЛО, ПОГЛОЩАЮЩЕЕ ИНФРАКРАСНОЕ И УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ


RU (11) 2094402 (13) C1

(51) 6 C03C4/02, C03C3/087 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 17.10.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(14) Дата публикации: 1997.10.27 
(21) Регистрационный номер заявки: 93005314/03 
(22) Дата подачи заявки: 1993.04.16 
(31) Номер конвенционной заявки: 870415 
(32) Дата подачи конвенционной заявки: 1992.04.17 
(33) Страна приоритета: US 
(45) Опубликовано: 1997.10.27 
(56) Аналоги изобретения: Патент США N 4792536, кл.C 03C 3/087, 1989. Патент США N 5077133, кл.C 03C 3/087, 1991. 
(71) Имя заявителя: Гардиан Индастриз Корп. (US) 
(72) Имя изобретателя: Стивен Пол Беквит[US]; Вильям Майкл Янкович[US] 
(73) Имя патентообладателя: Гардиан Индастриз Корп. (US) 

(54) ЗЕЛЕНОЕ СТЕКЛО, ПОГЛОЩАЮЩЕЕ ИНФРАКРАСНОЕ И УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ 
Натриево-кальциево-силикатное зеленое стекло склонное скорее к желтой, чем к голубой области спектра, обладающее высоким коэффициентом пропускания видимого света, низкими коэффициентами пропускания инфракрасного и ультрафиолетового излучений, а также низким совокупным коэффициентом пропускания солнечного излучения получают манипулированием восстановления железа (в виде Fe2O3) до FeO и процентным содержанием этих двух окислов для достижения указанных характеристик без применения CeO2 или других добавок, поглощающих ультрафиолетовое излучение и с помощью обычного устройства плавления и осветления стекла. Зеленое стекло содержит в мас.%: оксид кремния 71 - 74 БФ SiO2, оксид кальция 8 - 10 БФ CaO, оксид магния 3 - 5 БФ MgO, оксид натрия 12 - 20 БФ Na2O, оксид алюминия 0,1 - 0,3 БФ Al2O3, оксид железа 0,2 -0,24 БФ FeO, оксид серы 0,2 - 0,25 БФ SO3 оксидов железа 0,7 - 0,95 БФ FeO + Fe2O3; причем процент восстановленного FeO от общего количества оксидов железа составляет 25 - 29%, а отношение FeO/FeO + Fe2O3 = 0,24 - 0,27. Зеленое стекло может содержать до 0,1 мас.% K2O. 3 з. п. ф-лы, 1 табл. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к зеленому стеклу, обладающему высоким коэффициентом пропускания видимого света и низкими коэффициентами пропускания, ультрафиолетового и инфракрасного излучения. Более конкретно это изобретение относится к таким композициях стекла, которые имеют уникальные применения в качестве автомобильных стекол, включая лобовые стекла, а также для использования в архитектуре и строительстве.
Уже давно известно, что натриево-кальциево-силикатным стеклом может придаваться зеленый цвет путем добавления в шихту различного количества железа. Общее содержание железа общепринято выражать в виде весового процентного содержания Fe2O3, хотя железо может быть в стекле в различных валентных состояниях. Однако также хорошо известно, что остаточное количество железа в общем содержании железа в окиси и закиси железа может иметь значительное отличие в оттенке получаемого зеленого цвета, также как и в других свойствах стекла. Вообще говоря, например, по мере того как концентрация FeO увеличивается относительно Fe2O3 цвет стекла смещается от желто-зеленого к темно-зеленому или сине-зеленому с меньшим коэффициентом пропускания видимого света.
Другие характеристики стекла изменяются по мере смещения концентрации FeO относительно Fe2O3 (т.е. содержания двухвалентного железа относительно трехвалентного). Например, также известно что железо в двухвалентном состоянии (FeO) является поглотителем инфракрасного излучения в стекле. К сожалению, по мере увеличения содержания FeO за счет Fe2O3 уменьшается поглощение ультрафиолетового излучения, поскольку Fe2O3 является поглотителем ультрафиолетового излучения. Кроме того, были дополнительные сообщения, что при некоторых относительно больших концентрациях FeO, предназначенных для поручения требуемого высокого поглощены инфракрасного излучения, проникновение тепла в стекломассу сильно ограничивается и для получения гомогенного стекла приходится использовать специальное устройство для плавления и осветления.
В патентах США NN 4792536 и 5077133, а также в ссылках к ним, содержится информация, известная специалисту, сведущему в данной области техники в отношении получения железосодержащих натриево-кальциево-силикатных зеленых стекол, имеющих относительно высокий коэффициент пропускания видимого света и низкие коэффициенты пропускания ультрафиолетового и инфракрасного излучений.
Стекла в предпочтительных вариантах воплощения изобретения в обоих этих патентах являются результатом в каждом случае оригинального поиска баланса содержания двухвалентного и трехвалентного железа путем изменения степени окисления для смещения их соотношения с целью достижения некоторых уровней поглощения инфракрасного излучения по выбору изобретателя при поддержании требуемого уровня величины коэффициента пропускания видимого света. Затем для получения требуемого уровня поглощения ультрафиолетового излучения и таким образом, соответствующих уровней совокупность коэффициента пропускания солнечного излучения, в обоих патентах указывается на добавление к композиции окисла церия (CeO2). В патенте США N 4792536 описаны некоторые другие добавки, поглощающие ультрафиолетовые излучения, которые могут быть использованы вместо CeO2, например, TiO2, Y2O5, и MoO3, С другой стороны в патенте США N 5077133 утверждается, что в практике их изобретения использование CeO2 является решающим, но предполагается, что некоторое количество CeO2 может быть дополнено TiO2 в смеси с ней.
Все эти добавки, поглощающие ультрафиолетовое излучение являются дорогими, особенно CeO2. Кроме того, в композиции они создают свои собственные проблемы. Например, сообщается, что добавки (другие, чем CeO2) оказывают вредное влияние на коэффициент пропускания видимого света. Кроме того, с другой стороны, будучи дорогой и оказывающей свое собственное вредное влияние на коэффициент пропускания видимого света, CeO2 сдерживает восстановление Fe2O3 до FeO (т.е. трехвалентного железа до двухвалентного).
Другой проблемой, относящейся к производству приемлемых зеленых стекол, как сообщается в патенте США N 4792036, является то, что присутствие серы в стекле сдерживает восстановление Fe2O3 до FeO. К сожалению сера, например в виде сульфата натрия является недорогим и ценным осветляющим агентом для натриево-кальциево-силикатных стекол, особенно тех, которые получены с помощью обычного флоат-процесса в виде плоского стекла для архитектурно-строительных и/или автомобильных целей, вследствие его замедляющего воздействия на восстановление Fe2O3 до FeO в патенте США N 4792536, количество серы (SO3) в композиции стекла сильно ограничивается. Затем для достижения конечных целей совокупное содержание железа в этом патенте сводится до минимальной величины, предпочтительно до приблизительно 0,45 0,65 мас. общего состава стекла (для предохранения коэффициента пропускания видимого света), а стекло получают в восстановительных условиях, чтобы создать из этого умеренного количества железа более чем 33% а наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 50 мас. совокупного содержания железа в двухвалентном состоянии (как FeO). Указывается, что при этом коэффициенты пропускания инфракрасного излучения достигают не более 15%

В соответствии с примерами, представленными в патенте США N 4792536, когда стекла восстанавливают до требуемого уровни с целью получения этого коэффициента пропускания инфракрасного излучения и вследствие низкого совокупного содержания железа, коэффициент пропускания ультрафиолетового излучения увеличивается вследствие малого количества оставшегося трехвалентного железа. Это, в свою очередь, вызывает необходимость добавок, например CeO2 и т. д. для обеспечения поглощения ультрафиолетового излучения. Таким образом, в большинстве примеров коэффициент пропускания видимого света еще редко приближается к 70% желательного, а иногда необходимого уровня коэффициента пропускания видимого света для автомобильных стекол. Например, из композиций стекла запатентованного изобретения приведенных в таблицах этого патента, в котором не используется специальных добавок, поглощающих ультрафиолетовое излучение (например CeO2), только композиция 14 имеет коэффициент пропускания видимого света 70% или более. (В примере 11 это достигается, но указано, что оно недостаточно восстановлено и в нем используется 1,0% окисла церия). Поскольку в композиции 14 не используется CeO2 или какие-либо другие упомянутые выше окислы, поглощающие ультрафиолетовое излучения, т.е. TiO2, MoO3 или Y2O5), коэффициент пропускания ультрафиолетового излучения даже при толщине стекла равной 5 мм очень высок и составляет 51,3% Эта последняя величина делает эти стекла неприемлемыми для некоторых автомобильных применений. Кроме того, в некоторых случаях наклон в сторону сине-зеленого цвета также делает многие из этих композиций нежелательным для некоторых технических условий заказчика.
Поэтому, из сказанного выше очевидно, что в технике существует потребность в композиции стекла, обладающего коэффициентом пропускания и цветом, как у стекла, описанного в патенте США N 5077133, без применения специальных добавок, поглощающих ультрафиолетовое излучение, например CeO2, считающихся до сих пор на прежнем уровне техники необходимыми для достижения соответствующего поглощения ультрафиолетового излучения.
Техническим результатом изобретения является удовлетворение этой и других потребностей техники, которая станет более очевидной для квалифицированного специалиста в процессе изучения следующего описания.
Вообще говоря, это изобретение удовлетворяет описание выше потребности техники с помощью стекла зеленого цвета, поглощающего инфракрасное и ультрафиолетовое излучения, содержащего, в основном, в мас. 71 74 SiO2, примерно 12 20 Na2O, 8 10 CaO, 3 5 MgO, 0,1 0,30 Al2O3, 0 0,1 K2O, 0,20 0,25 SO3, 0,7 0,95 совокупного железа, выраженного как Fe2O3, 0,19 0,24 двухвалентного железа, выраженного как FeO (предпочтительно 0,2 0,24 мас.), и обладающего при толщинах примерно 3,7 4,8 мм коэффициентом пропускания видимого света примерно более 70% коэффициентом пропускания ультрафиолетового излучения, менее примерно 38% и совокупным коэффициентом пропускания солнечного излучения менее примерно 44,5%

В некоторых дополнительных предпочтительных вариантах воплощения описанные выше стекла получают в восстановительной среде так, чтобы отношение FeO к совокупному содержанию железа, (выраженному в виде Fe2O3). рассчитанному о помощью метода, описанного в патенте США N 4792536, составляло приблизительно 0,24 0,27, а процент восстановления до FeO, рассчитанный с помощью метода, описанного в патенте США N 5077133, составлял приблизительно 25 29%

Метод расчета процента восстановления совокупного железа в патенте США N 5077133 описывается в столбце 4 строки 28 44 того патента. Это описание и метод включены в эту работу ссылкой также как метод расчета отношения FeO к совокупному железу патента США N 4792536. Если нет специального указания, то это означает, что процент восстановления совокупного железа до FeO подучен с помощью формулы оптической плотности и технологии плотности и технологии патента США N 5077133, а отношение FeO к совокупному железу рассчитано с помощью метода указанного выше патента США N 4792536.
Во всех вариантах воплощения представленных с помощью этого изобретения, в композиции стекла отсутствует какое-либо эффективное количество CeO2, TiO2, MoO3 или Y2O5 достаточное для значительного поглощения ультрафиолетового излучения (т.е. в шихте могут существовать только следы этих соединений в виде загрязнений, составляющие обычно менее 0,1 мас. например, TiO2 примерно 0,02 мас.). Фактически, определенной целью и отличием изобретения является неиспользование таких добавок. Выражение "состоящее, в основном, из" здесь используется для обозначения этой цели и отличия композиций стекла настоящего изобретения.
Понятно, что коэффициенты пропускания инфракрасного и ультрафиолетового излучений и совокупный коэффициент пропускания, на которые ссылаются как в указанных выше патентах, так и в этой работе, являются коэффициентами пропускания солнечного излучения. Определение этих коэффициентов пропускания солнечного излучения, описанное в этом изобретении (за исключением коэффициента пропускания видимого света), для точности осуществляется расчетным путем с помощью методики обычного интегрирования по параболическому закону Симпсона. Эта методика описывается в некоторых фундаментальных работах. Коэффициент пропускания инфракрасного излучения может быть либо специально определен с помощью закона Симпсона, либо рассчитан по известной формуле:

TSET 0,44 LTA + 0,53 TSIR + 0,03 TSUV,

в которой TSET совокупный коэффициент пропускания солнечного излучения, LTA коэффициент пропускания освещения или видимого света, TSIR - коэффициент пропускания инфракрасного излучения и TSUV коэффициент пропускания ультрафиолетового излучения. При толщине примерно равной 3,7 4,8 мм предпочтительные стекла настоящего изобретения обычно имеют величину коэффициента пропускания инфракрасного излучения примерно 18 21% определенную с помощью этой формулы или экспериментально. Что касается коэффициентов пропускания, то коэффициент пропускания видимого света измеряется с помощью светильника А (380 770 нм) совокупный коэффициент пропускания солнечного излучения измеряется по закону Симпсона (300 2100 нм), коэффициент пропускания ультрафиолетового излучения измеряется по закону Симпсона (300 400 нм), а коэффициент пропускания инфракрасного излучения измеряется по закону Симпсона или рассчитывается, как показано выше (600 2100 нм).
Стекла, рассматриваемые в этом изобретении, могут быть подучены из стандартных шихтовых ингредиентов, хорошо известных в технике. Затем эти шихтовые ингредиенты могут быть расплавлены и осветлены с помощью обычного оборудования и технологии.
Для целей изобретения предпочтительной операцией формирования стекла является стандартная операция получения флоат-стекла для листового стекла в соответствии с известной технологией проведения флоат-процесса. Однако понятно, что изобретение не ограничивается только этой или любой другой операцией получения листового материала. Имеются примеры того, что с помощью стекол изобретения могут быть подучены круглые, полые или другие формы стекла.
В практике применения изобретения не было необходимости в создании особой восстановительной среды помимо среды, получаемой обычно при работе с описанным выше устройством по обычной методике. Это имеет место вследствие того, что восстановление железа до FeO регулируется с помощью восстанавливающих и окисляющих ингредиентов в шихте, например, путем использования углерода и Na2SO4, соответственно. В этом отношении было установлено, что в практике изобретения довольно важно достичь содержания SO3 в окончательном стекле в пределах некоторого довольно узкого диапазона примерно 0,20 0,25 мас. для того, чтобы были достигнуты описанные здесь свойства пропускания солнечного излучения и цвет. Этот довольно узкий диапазон содержания SO3 достигается регулированием условий окисления в стекле по мере его формирования, что дает увеличение этих желательных характеристик.
Приемлемые материалы шихты, используемые в практике изобретения, включают песок, кальцинированную соду, доломит, известняк, сульфат натрия, имеющуюся в продаже окись железа и углерод. Окись железа является обычным материалов, в основном, полностью состоящим из Fe2O3. Конкретные составы стекол приведены в таблице.
Описанная выше композиция стекла N 2 имеет величину отношения к совокупному железу (в виде Fe2O3) равную 0,2475 и процент восстановления Fe2O3 (совокупное железо) до FeO, (рассчитанную с помощью методики патента США N 5077133) равную 27%

В то время как оба стекла, описанные выше, образуют два предпочтительных варианта воплощения настоящего изобретения, они являются типовыми представителями применимости настоящего изобретения к довольно узко определенному типу натриево-кальциево-силикатного стекла, которое в предпочтительном варианте может иметь следующий состав:

Материал мас.
Na2O 12 20

MgO 3 5

Al2O3 0,1 0,3

SO3 0,2 0,25

K2O 0 0,1

CaO 8 10

Fe2O3 + FeO 0,7 0,95

SiO3 71,0 74,0

FeO 0,19 0,24

Предпочтительно 0,2 0,24

FeO (совокупное железо в виде Fe2O3) 0,24 0,27

Процент восстановленного FeO от общего количества оксидов железа 25 - 29% 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


1. Зеленое стекло, поглощающее инфракрасное и ультрафиолетовое излучение, включающее SiO2, CaO, MgO, Na2O, Al2O3, Fe2O3, FeO, отличающееся тем, что дополнительно содержит SO3 при следующем соотношении компонентов, мас.
SiO2 71 74

CaO 8 10

MgO 3 5

Na2O 12 20

Al2O3 0,1 0,3

FeO+Fe2O3 (общее содержание оксидов железа, вычисленное как Fe2O3) 0,7 0,95

FeO 0,20 0,24

SO3 0,2 0,25

причем количество Fe2О3, восстановленного до FeO, составляет 25 29% а FeO (FeO+Fe2O3) 0,24 0,27%

2. Стекло по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит до 0,1 мас. K2O.
3. Стекло по п.2, отличающееся тем, что оно имеет следующий состав, мас.
SiO2 72,42

CaO 8,72

MgO 3,90

Na2O 13,76

Al2O3 0,15

FeO+Fe2O3 (общее количество оксидов железа, вычисленное как Fe2O3) 0,78

FeO 0,20

SO3 0,23

K2O 0,04

4. Стекло по п.2, отличающееся тем, что оно имеет следующий состав, мас.
SiO2 72,411

CaO 8,70

MgO 3,91

Na2O 13,67

Al2O3 0,17

FeO+Fe2O3 (общее количество оксидов железа, вычисленное как Fe2O3) 0,889

FeO 0,22

SO3 0,21

K2O 0,04


ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян

Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к стекольной промышленности: стекольные составы и композиции, обработка стекла, оборудование для производства и разработки новых стекольных составов и композиций, приспособления и механизмы для обработки и производства стекла, специальные стекла и др.



Стекло. Стекольные составы и композиции. Обработка стекла




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "и" означает, что будут найдены только те страницы, где встречается каждое из ключевых слов. Например, при запросе "закалка стекла" будет найдено словосочетание "закалка стекла". При использовании режима "или" результатом поиска будут все страницы, где встречается хотя бы одно ключевое слово ("закалка" или "стекла").

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+закалка -стекла".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "состав" будут найдены слова "составы", "составом" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу "состав!".


Рейтинг@Mail.ru