BR112012030648B1

BR112012030648B1 - Composição de vidro escuro para controle solar

Info

Publication number: BR112012030648B1
Application number: BR112012030648-0A
Authority: BR
Inventors: José Guadalupe Cid Aguilar; Roberto Marcos Cabrera Llanos; Miguel Angel Kiyama Rodriguez
Original assignee: Vidrio Plano De Mexico, S.A. De C.V.
Priority date: 2010-06-01
Filing date: 2011-06-01
Publication date: 2024-02-27
Also published as: US20110297900A1; WO2011152698A2; US8318054B2; CO6640267A2; MX2012013935A; WO2011152698A3; CA2801244C; BR112012030648A2; MX345667B; CA2801244A1

Abstract

COMPOSIÇÃO DE VIDRO ESCURO PARA CONTROLE SOLAR. A presente invenção provê uma composição de vidro colorido verde escuro tendo uma composição de vidro de soda-cal- sílica, em que os compostos de coloração compreendem, em percentagem em peso: 0,71 a 1,50% de ferro total expresso com Fe2O3, a partir de 22 a 30 % de relação ferro férrico e a partir de 0,15 a 0,50% de expresso como FeO; a partir de 0,10 a 0,20% de SO3, sem afetar as propriedades de refinação e capacidade do SO3 para eliminar as bolhas; cerca de 0 a 1,0% em peso de TIO2; cerca de 0,00004 a 0,03% em peso de Cr2O3, e, também 0,0004 a 0,015 % em peso de CuO.

Description

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO. A. Campo da Invenção

[001]A presente invenção refere-se a uma composição de vidro e um método para a produção comercial de um vidro verde escuro, principalmente para uso na indústria automotiva, tais como para-brisas, luzes laterais e vidros traseiros, que inclui uma composição básica de viro de soda-cal-sílica, e consiste essencialmente em percentagem em peso: 0,71 a 1,50% de ferro total expresso como Fe2O3, 22 a 30% de Fe2+ e de 0,15 a 0,50% de FeO, expresso como Fe2O3, a partir de cerca de 0,10 a cerca de 0,20% de SO3, a partir cerca de 0 a cerca de 1,0 % em peso de TiO2, a partir de cerca de 0,0004 a cerca de 0,03 % em peso de Cr2O3, e de cerca de 0,0004 a cerca de 0,015 de CuO% em peso.

[002]O vidro verde escuro tendo um uma transmissão de luz "A" iluminante (TLA) superior a 65%, uma transmitância de energia solar total (TS) de menos do que ou igual a 60%, e uma transmitância de radiação ultravioleta solar (TUV) de menos de 46%, um comprimento de onda dominante de 490 nm a 600, e pureza de excitação inferior a 7, para a espessura de 3,5 mm.

B. Descrição da Técnica Relacionada

[003]Várias patentes têm sido desenvolvidas para a obtenção de vidro verde, para fins "automotivos", possuindo uma transmissão de luz superior a 70, a qual se encontra com as exigências da Federal Motor Vehicle Safety Padrão dos EUA. Para a indústria da construção, não há restrição e os valores menores podem ser obtidos, assim como espessuras entre 1,6 mm e 12.

[004]Os vidros descritos em quase todas as patentes anteriores que se referem a um tipo de vidro verde para fins automotivos, baseiam-se em três componentes básicos: óxido de ferro, óxido de titânio e óxido de cromo Do mesmo modo, é altamente desejável que o vidro tenha as propriedades de absorção necessárias para absorver luz solar infravermelha prejudicial (IV) e ultravioleta (UV), de modo a reduzir o aquecimento excessivo no interior dos veículos em dias de sol, e para proteger o interior da veículo da degradação causada pela radiação ultravioleta.

[005]Além disso, é bem conhecido que as características de transmissão do vidro de diferentes comprimentos de onda podem ser controlada pela adição de vários agentes corantes absorventes na batelada de vidro inicial. Consequentemente, para aplicações em veículos, tem sido desejável a utilização de corantes para a produção de um vidro que é capaz de filtrar uma grande parte dos raios nocivos ultravioleta do sol, inferior a 39% (medida no comprimento de onda de À 300-400 nm e e massa de ar 2 ou menos do que 35% na mesma faixa de comprimento de onda com massa de ar igual a 1,5), mas que permite maior quantidade visível possível (dos raios luminosos) até 70% ou mais. Em conjunto com a formulação típica de um vidro de soda-cal- sílica, constitui a composição básica do vidro.

[006]É esse o caso dos vidros da Pat US No. 6.030.911 de Scheffler-Hudlet, et al., emitida em 29 de fevereiro de 2000, que tem um valor redox de vidro de 0,202 a 0,237% de FeO; outra Pat US. No. 6.350.712 de Cabrera, emitida em 26 de fevereiro de 2002, em que o óxido de ferro, óxido de titânio e óxido de cromo são usados como componentes principais. O composto de óxido de titânio está presente em uma quantidade de 0,0 a 0,30 % em peso e cerca de 0,01 a 0,03% em peso de óxido de cromo.

[007]Várias patentes têm sido desenvolvidas para a obtenção de vidros coloridos, utilizando uma composição de base de vidro padrão de soda-lima. Para uso automotivo, é altamente desejável que o vidro tenha um nível elevado ou a percentagem de transmissão de luz visível, de modo a fornecer ao condutor uma boa visibilidade do seu ambiente, cumprindo as normas de segurança de automóveis. Assim, é altamente desejável que o vidro tenha as propriedades de absorção necessárias para manter ou absorver luz solar infravermelha (IR) e ultravioleta (UV) prejudicial, de modo a controlar o acúmulo de calor no interior dos veículos, o que irá resultar em uma redução no consumo de energia necessária para o equipamento de ar condicionado automotivo e para os próprios veículos.

[008]Além disso, é bem conhecido que as características de transmissão do vidro de diferentes comprimentos de onda podem ser controladas pela adição de vários agentes de coloração na composição inicial da batelada de vidro. Consequentemente, para aplicações em automóveis, tem sido desejável a utilização de corantes para a produção de um vidro que é capaz de filtrar uma grande parte dos raios ultravioletas nocivos do sol, inferior a 39% (medida no comprimento de onda de 300-400 nm ), mas com a maior quantidade visível possível (dos raios luminosos) até 70% ou mais.

[009]O ferro está geralmente presente no vidro como um óxido de ferro, dando ao vidro uma cor verde claro. A despeito disso, no interior da composição do vidro, a quantidade total de ferro presente encontra-se incluindo tanto o óxido de ferro Fe2O3 quanto o óxido ferroso FeO uma vez que, mesmo quando o óxido de ferro puro é usado nas matérias-primas básicas durante o processo de fusão de vidro, uma porção do óxido de ferro é reduzida e é transformada em óxido ferroso.

[0010]Normalmente, a quantidade total de ferro no vidro e a sua quantidade de óxidos ferrosos são expressas como sendo baseadas em Fe2O3. Também é normal nesta indústria expressar a quantidade de óxido ferroso ou férrico como uma percentagem do total de ferro, a saber:

[0011]Os óxidos de ferro (ferroso e férrico) conferem diferentes propriedades ópticas ao vidro, a quantidade total de ferro presente e o seu equilíbrio como férrico ou ferroso têm um impacto direto sobre a cor, transmissão de luz e absorção de radiação infravermelha e ultravioleta. O óxido férrico absorve a energia ultravioleta (baixo nível de transmissão), e ao mesmo tempo ele tem um elevado nível de transmissão de luz e de transmissão de energia infravermelha e ele possui uma cor amarela-es- verdeada tênue.

[0012]Em contraste, a energia infravermelha de absorvedores de óxido ferroso (baixo nível de transmissão), possui um elevado nível de transmissão ultravioleta, e um nível mais baixo de transmissão de luz e possui uma cor azul mais intensa.

[0013]Portanto, quanto maior a quantidade de Fe2O3 presente no vidro, maior será a absorção de radiação ultravioleta, e a transmissão de luz é aumentada, mas, conforme o teor de FeO é aumentado como resultado da redução química de Fe2O3, a absorção da radiação infravermelha aumenta, mas a absorção da radiação ultravioleta é reduzida e a transmissão de luz é também (indesejável) diminuída.

[0014]Por outro lado, quanto maior a concentração de FeO em relação a Fe2O3, resulta em uma mudança na cor do vidro. A mudança para uma concentração mais elevada de FeO relativamente ao Fe2O3 provoca uma mudança de cor do vidro de um amarelo ou amarelo-verde para um verde-azul mais escuro por vezes indesejável, uma vez que reduz a transmissão de luz do vidro.

[0015]Portanto, a fim de fabricar um vidro com propriedades determinadas e cor, deve-se ter a proporção correta de Fe2O3 e FeO, tendo em conta que o que é aumentado no lado ferroso, irá diminuir no lado férrico, e, consequentemente, é necessário chegar a um compromisso de propriedades uma vez que a melhoria (baixando) do valor de uma propriedade agravará (subida) o valor das outras propriedades.

[0016]A fim de aumentar a absorção da radiação infravermelha e ultravioleta, sem sacrificar a transmissão do espectro visível, é necessário reduzir o teor total de ferro o qual é altamente reduzido de férrico para ferroso, para menos de 0,70% de ferro total expresso como Fe2O3.

[0017]Dependendo do estado de redução do vidro, as mudanças de coloração, como segue: baixo ferroso (12%)-amarelo alta de transmissão de luz (alto férrico) amarelo- verde verde-amarelo verde (desejável) verde-azul azul-verde azul alto ferroso (75%) - âmbar - baixa transmissão de luz (baixo férrico)

[0018]Além disso, sabe-se que os óxidos titânio, molibdênio, e o cério, principalmente de cério, também são corantes, e quando são utilizados em combinação com o Fe2O3, é possível obter uma redução adicional da transmissão de luz ultravioleta para um ponto em que o pedido para transmissão de visibilidade é alcançado. No entanto, sofre da desvantagem de o seu custo elevado, o que faz com que a formulação seja muito caro, e tem uma tendência para oxidar o ferro Fe2O3.

[0019]Além disso, embora a utilização de CeO2, em quantidades de 0,1 a 0,5% proporcione absorção da radiação ultravioleta, ele tem a desvantagem de que ele tende a modificar a cor verde mais desejável, a uma tonalidade amarelada inaceitável.

[0020]A fim de controlar a redução da formulação de vidro, estanho metálico, cloretos estânicos e, principalmente, o carvão, têm sido empregados como agentes redutores, e foram introduzidos na carga. O carvão é utilizado em um estado finamente dividido, em uma quantidade de 0,01 a 0,06%, de preferência de 0,025% da quantidade total da batelada.

[0021]A fim de manter um valor ferroso constante e conservar a cor verde do vidro, a quantidade de carvão necessária para se opor ao efeito de oxidação provocado pela introdução de 1% de óxido de cério em um vidro típico com um baixo teor de ferro, está dentro da faixa de 0,9 kg por tonelada de vidro. De acordo com a opinião de alguns pesquisadores na área, este nível de carvão interfere com a ação de umi- dificação da sílica da torta salina e, portanto, isto resulta na formação de escórias de sílica no forno de fusão.

[0022]De igual modo, a fim de manter o valor ferroso constante, assim contrariando o efeito de oxidação, de uma quantidade constante de óxido de cério é adicionada conforme o teor de ferro no vidro aumenta. Por exemplo, até 0,80% de ferro total adicionado, é previsto que a mesma quantidade de carvão deveria ser adicionada, devido ao fato do nível de óxido de cério ser constante ou que o carvão requerido deve ser muito maior devido à fato de que o equilíbrio do valor ferroso diminuiria com a maior adição de ferro.

[0023]Muitos trabalhos têm sido publicados sobre as composições de vidro colorido com características de radiação infravermelha e ultravioleta absorventes. W. A. Weyl nos livro Coloured Glasses,Society of Glass Technology, reimpresso em 1992, descreve diversas teorias de cor nos vidros relacionadas com os pontos de vista atuais da estrutura e constituição de vidro. A utilização de cromo e seus compostos para vidros coloridos é descrita no referido livro. Na indústria do vidro o cromo é adicionado à matéria-prima para obtenção de uma cor verde esmeralda que é típica de Cr3+. O cromo pode estar presente como Cr6+ como Cr4O2 para obter uma cor ligeiramente amarela e como Cr2+ através do qual o verde esmeralda é obtido.

[0024]C. R. Bamford, no livro Colour Generation and Control in Glass, Glass Science and Technology, Elsevier Science Publishing Co., Amsterdan, 1977; descreve os princípios, os métodos e as aplicações sobre a coloração de vidro. Neste livro, o autor considera que três elementos governam a cor da luz transmitida através de um vidro, a saber: a cor da luz incidente, a interação do vidro com aquela luz, e a interação da luz transmitida com o olho do observador. Os procedimentos exigem dados de transmissão espectral do vidro na espessura do vidro relevante e o ângulo relevante de visão.

[0025]K. M. Fyles no documento Modern Automotive Glasses, Glass Technology, vol 37, fevereiro, 1996, pp 2-6, considera que o ferro é o corante mais importante em vidros automotivos modernos, uma vez que ele é o único componente mais barato disponível, que absorve a radiação ultravioleta prejudicial (ferro férrico) e também absorve uma grande proporção do infravermelho (ferro ferroso).

[0026]Werner Vogel no livro Chemistry of Glass; The American Ceramic Society, Inc. 1985, consideram que, em geral, o vidro incolor apresentar uma absorção na região de UV para vidros de base. Por exemplo, os vidros com uma transmissão mais longa no UV são os vidros de fosfato, vidros de sílica, vidros de boro, vidros de ger- mânio, etc.

[0027]Gordon F. Brewster et al., no artigo "The color of iron-containing glasses of varying composition", Journal of the Society of Glass Technology, Nova Iorque, EUA, Abril, 1950, pp 332-406, é relacionado como as mudanças de cores causadas por variações sistemáticas da composição em vidros de silicato contendo ferro de si- licato e livres de sílica avaliados em termos de cor visual, transmissão espectral e cromaticidade.

[0028]Outros documentos também descrevem a importância do equilíbrio entre os óxidos ferrosos e férricos em vidros, tais como o escrito por N. E. Densem; The equilibrium between ferrous and ferric oxides in glasses; Journal of the Society of Glass Technology, Glasgow, England, May 1937, pp. 374-389"; "J. C. Hostetter and H. S. Roberts, "Note on the dissociation of Ferric Oxide dissolved in glass and its relation to the color of iron-bearing glasses”; Journal of the American Ceramic Society, USA, September, 1921, pp. 927-938.

[0029]Finalmente, o documento " Effects of Titanium Dioxide in Glass" by M. D. Beals, The Glass Industry, September, 1963, pp 495-531, descreve o interesse que tem sido demonstrado o dióxido de titânio como constituinte de vidros. Os efeitos produzidos pela utilização de dióxido de titânio incluíram as observações que TiO2 aumenta grandemente o índice de refração, aumenta a absorção de luz na região do ultravioleta, e que reduz a viscosidade e tensão superficial. A partir dos dados sobre a utilização de dióxido de titânio em esmaltes, eles observaram que o TiO2 aumenta a durabilidade química e atua como um fluxo. Em geral, os vidros claros contendo dióxido de titânio podem ser encontrados em todos os sistemas comuns de formação de vidro (boratos, silicatos, e fosfatos). As várias regiões de formação de vidro para sistemas que contêm o dióxido de titânio não são agrupados em qualquer lugar, uma vez que a organização da discussão é com base em maiores propriedades e usos de vidros contendo dióxido de titânio do que a sua constituição por si só.

[0030]Por outro lado, alguns outros vidros divulgados em outras patentes que foram desenvolvidas para a obtenção de vidros coloridos, utilizando um padrão de composição de base de vidro de soda-cal, tal como aquele mencionado na utilização de parágrafos a seguir, diferentes elementos metálicos como o titânio, o cromo que conferem as características ao produto final, que permitem um TLA > 70%, a fim de ser utilizado nas indústrias de automóveis.

[0031]A Pat. US No. 4.792.536 por Pecoraro, et al., reivindica um vidro transparente de absorção de infravermelho tendo, pelo menos, 0,45 por cento em peso de ferro expresso como Fe2O3, formando um vidro em um produto de vidro plano. As condições de oxidação-redução são controladas em uma etapa do processo de produção e nas etapas subsequentes, de modo a produzir um vidro que tem, pelo menos, 35% do ferro no estado ferroso expresso como FeO e que, quando formado em um produto de vidro plano de espessura adequada apresenta a combinação de transmissão luminosa de pelo menos 65% e

[0032]Patente US. No. 5.077.133 por Cheng, reivindica um vidro que tem uma transmitância de infravermelhos final não superior a 15%. A composição que compreende 0,51% a 0,96% de Fe2O3, 0,15% a 0,33% de FeO e 0,2% a 1,4% de CeO2, em que a percentagem em peso de FeO representa uma percentagem de redução do ferro total, expresso como Fe2O3, a partir de 23 % a 29%, de modo que o vidro tem um comprimento de onda de iluminação de C, de 498 a 525 nanômetros (nm) e uma pureza de cor de 2% a 4%

[0033]A fim de obter este último, Patente US No. 5.112.778 também de Cheng, indica que a reação redox é equilibrada entre os óxidos férrico e ferroso, o óxido de cério e o carvão em um vidro de soda-cal-sílica, altera para um estado de uma maior redução, quando o teor de ferro total é aumentado até um teor 0,05% para um teor de 0,8%, o motivo pelo qual o valor ferroso aumenta em vez de diminuir, uma situação que era esperada. Por conseguinte, a fim de alterar o estado de redução de modo a obter o mesmo valor ferroso encontrado na menor concentração de ferro total, a quantidade de carvão adicionada ao forno de fusão, que tem um teor total de ferro, deve ser reduzida, uma instrução que é contrária aos ensinamentos da técnica anterior, isto é, será necessário menos carvão para um elevado teor de ferro total na formulação do vidro de soda-cal-sílica.

[0034]A principal desvantagem dos vidros descritos nas patentes de Cheng é, como já foi mencionado, eles incluem, necessariamente, o CeO2 como um agente para controlar a redução para a formulação, principalmente o Fe2O3. Outra desvantagem do uso de óxido de cério como componente obrigatório é o elevado custo como uma matéria-prima.

[0035]Finalmente, um outro ingrediente conhecido presente no vidro de soda- cal-sílica é o trióxido sulfúrico (SO3). Sulfato de sódio (Na2SO4), é adicionado à batelada de matéria-prima do vidro, como um agente de refinação a uma temperatura elevada, que é usado principalmente como um agente de eliminação de bolhas, e promove o transporte de massa, os ataques de sílica livre à superfície do vidro e diminui o número de inclusões sólidas.

[0036]Por outro lado, o sulfato de sódio tem propriedades oxidantes, que é a razão pela qual quantidades normalmente pequenas de carbono são adicionadas à mistura, a fim de evitar a oxidação e ao mesmo tempo baixar a temperatura de reação.

[0037]Durante a fabricação do vidro, o Na2SO4, que é o maior contribuinte de enxofre no vidro, converte-se em SO3, que controla a conversão do Fe2O3 em FeO. No entanto, o SO3 presente no vidro final não afeta a capacidade do vidro para transmitir luz visível.

[0038]A quantidade de SO3 dissolvido no vidro diminui se ele tiver: 1. Uma menor quantidade (proporção a proporção) do sulfato de sódio. 2. Maiores propriedades de fusão 3. Maior tempo de derretimento. 4. Um ambiente de forno que tem uma maior ação de oxidação. 5. Maior redução do ferro em óxido ferroso (maior Fe2+; menor Fe3+) chegando a um mínimo de 70-75% do Fe2+.

[0039]Portanto, a quantidade e os efeitos do SO3 na batelada de vidro tem de ser equilibrados, em conformidade com a quantidade de carbono presente na batelada de vidro.

[0040]Além disso, é do conhecimento comum que um SO3 na batelada de vidro deve estar dentro de certas quantidades críticas porque quantidades inferiores de SO3 da batelada de vidro irá afetar as propriedades de refinação, ou seja, a capa-cidade para eliminar as bolhas no forno de fusão.

[0041]É sobre estas bases que a Pat US No. 5.214.008 por Beckwith e Pat US 5.240.886 por Gulotta que reivindicam, respectivamente, um vidro verde que tem a propriedade de absorção de radiação ultravioleta, a qual contém 0,7% a 0,95% de ferro total, cerca de 0,19% a 0,24% de FeO e cerca de 0,20 a 0,25% de SO3 (na ausência de CeO2), e um vidro verde de absorvância de radiação ultravioleta com um teor de ferro total maior do que 0,85%, um teor de CeO2 menor do que 0,5%, e uma relação para o FeO / ferro total de menos do que 0,275%. A patente de Gulotta descreve que o vidro reduz a quantidade de óxido de cério dispendioso necessário para se obter a baixa transmitância de ultravioleta, a saber, não superior a 31% (300 a 390 nanômetros), a uma espessura de referência de 3,9 milímetros.

[0042]Em ambas as patentes de Beckwith e Gulotta, o presente FeO em relação ao FeO/Fe2O3 total, é encontrado para ser ferroso e não é transformado para o tipo férrico, como é feito pelos inventores da presente invenção. Bem como a patente de Gulotta descreve que o vidro reduz a quantidade de cério dispendioso necessário para se obter a baixa transmitância de ultravioleta, viz., não mais do que 31 por cento (300 a 390 nanômetros), a uma espessura de referência de 3,9 milímetros.

[0043]Outro exemplo de uma composição de vidro colorido é divulgada na Patente US No. 5.308.805 por Baker, et al., a qual descreve uma vidro de soda-lima- sílico de baixa transmitância (não mais de 25 de transmitância luminosa) geralmente verde-cinza, neutro, que tem uma transmitância de energia solar reduzida, a qual contém 1,3% a 2% de Fe2O3 (ferro total) 0,01% a 0,05% de NiO, 0,02% a 0,04% de CoO, e de 0,0002% a 0,003% de Se. 1,3% a 2% de Fe2O3. O vidro tem um valor ferroso na faixa de 18 a 30.

[0044]Na Pat US No. 5.776.845 por Boulos, et al., descreve-se uma composição de vidro verde de soda-cal-sílica tendo excelente capacidade de absorção de ultravioleta, ao mesmo tempo tendo uma transmitância de luz relativamente alta. Os corantes da composição de vidro consistem essencialmente em: mais de 0,5% a 1,5% de óxido de ferro total como Fe2O3; em que a proporção em peso de Fe2+/ Fe3+ é inferior a 0,35%; 0,10 % em peso a 2,00% em peso de composto de manganês como MnO2; e, opcionalmente, qualquer um de: até 1,00 % em peso de óxido de titânio como TiO2, até 1,00 % em peso de óxido de cério como CeO2; até 1,00 % em peso de óxido de vanádio como V2O5, e até 0,20 % em peso de óxido de cromo como Cr2O3, a composição de vidro tendo, 4,0 mm de espessura; 55 a 80% de transmitância de luz usando Iluminante A com transmitância ultravioleta inferior a 46%, medida ao longo da faixa de 300 a 400 nanômetros.

[0045]A Pat. US No. 5.830.812 por Shelestak, et al., descreve um vidro de cor verde, utilizando uma composição de base de vidro padrão de soda-cal-sílica e, adicionalmente, ferro, cério, cromo e, opcionalmente, o titânio como radiação infravermelha e materiais absorventes de radiação ultravioleta e colorantes. Preferivelmente, o vidro tem uma cor verde caracterizado por um comprimento de onda dominante na faixa de cerca de 500 a 565 nanômetros, com uma pureza de excitação de não mais do que cerca de 5% e inclui cerca de 0,50 a 1,0 % em peso de ferro total, cerca de 0,26 a 0,65 % em peso de Fe2O3, cerca de 0,05 a 3% em peso de CeO2; cerca de 2 % em peso de TiO2, e cerca de 20 a 650 ppm de Cr2O3. A proporção de redox para o vidro é mantida entre cerca de 0,20 a 0,55 e de preferência entre 0,20 e 0,30. As composições de vidro descritas na presente invenção têm um LTA de pelo menos cerca de 65%, de preferência pelo menos 70%, um TSUV não mais do que 38%, de preferência não mais do que 35%, um TSIR não maior do que cerca de 35%, de preferência não maior do que cerca de 30%, e um TSET que não é maior do que cerca de 60%, de preferência, não maior do que cerca de 45%.

[0046]A patente de Shelestak usa os óxidos de titânio e, principalmente cério, como agentes corantes, e quando eles são utilizados em combinação com o Fe2O3, é possível obter uma redução adicional da transmissão de luz ultravioleta para um ponto em que o pedido para transmissão de visibilidade é alcançado. No entanto, sofre da desvantagem de o seu custo elevado, o que faz com que a formulação se torne muito cara, e tenha uma tendência para oxidar o ferro em Fe2O3.

[0047]Além disso, embora a utilização de CeO2, em quantidades de 0,05 a 3,0%, proporcione a absorção de radiação ultravioleta, ele tem a desvantagem de que ele tende a modificar a cor verde mais desejável, para uma tonalidade amarelada inaceitável.

[0048]A fim de converter a FeO para o óxido de ferro, expresso como férrico, é necessário multiplicar o mesmo pelo fator de 1,111358.

[0049]Além disso, como pode ser claramente apreciado a partir das patentes acima referidas, a fim de expressar as características de transmissão de luz visível de um vidro, é necessário ter em conta os seguintes três elementos principais: 1. A espessura na qual ela é medida, uma vez que a transmissão de UV, luz visível e infravermelho declinam em relação direta com o aumento da espessura do vidro. 2. Os comprimentos de onda das diferentes zonas, por exemplo, a transmissão de UV é considerada como sendo de 300 a 400 nm (ISO 13837 convenção A); de 300 a 390 nm de acordo com Pat. US EUA de PPG No. 5.240.866; de 282,5 a 377,5 nm em ISO 9050 (1990), bem como se os incrementos fossem de 2,5, 5 ou 10 nm. Por conseguinte, haverá valores diferentes ao medir a transmissão ultravioleta para o mesmo produto. 3. O padrão usado em relação à energia solar, deve ser estabelecido de antemão, por exemplo: "CIE PUBL:" 40, e a massa de ar, Perry & Moon Massa de Ar = 1, Massa se Ar = 2, ou Massa de Ar = 1,5 tal como utilizado no padrão recente ISO 13837.

[0050]Deve ser mencionado que a adição de Na2SO4 como uma fonte de SO3 no vidro, já é bem conhecida, e que algumas patentes US, tais como as Patentes US. Números 2.755.212 e 4.792.536 já foi mencionado o teor de SO3 em quantidades de 0,29% e 0,02%, respectivamente, a faixa de SO3 como foi entre 0,20% e 0,25%, no vidro da Pat US No. 5.214.008 é considerada crítica e é uma limitação do âmbito desta patente.

[0051]Além disso, a patente US 7.094.716 por Boulos adicionou adicionalmente a ambos de cério e óxidos de titânio, o componente de MnO2, a fim de fornecer uma absorção ultravioleta mais vantajosa e um modo para ajustar a cor ao vidro.

[0052]Por outro lado, é bem sabido pelos versados na técnica, que a adição ou substituição de um ou mais corantes por outros corantes, ou pela mudança da quantidade relativa proporcional na composição de vidro, afeta não só a cor do produto, como por exemplo o comprimento de onda dominante da cor ou a pureza de excitação, mas também a transmissão luminosa, a absorção de calor e propriedades adicionais, tais como a transmissão da radiação ultravioleta e infravermelha.

[0053]Tem sido conhecido que cobre desempenhou um papel importante na produção de vidro colorido, cerâmica e pigmentos. Foi reconhecido, por exemplo, a coloração da cerâmica Persa pela sua tonalidade conferida pelo cobre. Especial interesse para os artistas de cerâmica são o azul-turquesa e, especialmente, o azul escuro egípcio e persa (Woldemar A. Weil; Colored Glasses, Society of Glass Technology, Grã-Bretanha, p 154-167, 1976).

[0054]O cobre tem sido utilizado nas composições de vidro, e não apenas naquelas tipo soda-cal-sílica, mas também em outras tais como aquelas que contêm, por exemplo, borossilicato. Portanto, a cor desenvolvida depende de vários fatores, tais como os mencionados: a base de óxido do vidro, a concentração de corantes e também o seu estado de oxidação.

[0055]Para o caso do vidro acima mencionado como uma base, o cobre sob a forma de óxido confere uma coloração azul de um tom esverdeado, especificamente turquesa, no entanto, no vidro; o cobre pode estar no seu estado monovalente, que não transmite cor. Assim, a coloração azul esverdeada depende não só da quantidade de cobre presente, mas no equilíbrio iônico entre os estados cuprosos e cúpricos. O máximo de absorção do óxido de cobre está em uma banda centrada a 780 nm e um pico secundário fraco máximo está presente em cerca de 450 nm, que desaparece no teor de soda elevado (cerca de 40% em peso). (C. R. Bamford, Colour Generation and Control in Glass, Glass Science and Technology, Elsevier Scientific Publishing Company, p. 48-50, Amsterdam, 1977).

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0056]De acordo com a presente invenção, é provida uma composição de vidro de soda-cal-sílica que utiliza óxido férrico e ferroso, óxido de titânio, óxido de cromo e óxido de cobre para produzir um vidro adequado para uso na indústria automotiva, com uma espessura de cerca de 1,6 a 12 mm e de preferência de 1,6 a cerca de 5,0 mm.

[0057]Contrariamente ao esperado pelas pessoas com conhecimentos no campo, os inventores da presente invenção descobriram, surpreendentemente, que, para um teor de 0,71% a 1,50% de ferro total expresso como Fe2O3, de 22 a 30% de razão ferroso-férrico e 0,15 a 0,50% de expresso como FeO; um teor crítico de 0,10% a 0,20% de SO3, que é menor que o geralmente previsto no campo e que não afeta as propriedades de refinação e capacidade do SO3 de eliminar bolhas.

[0058]Tem sido verificado que, para a produção industrial é possível adicionar CuO, em concentrações menores a 120 ppm, para uma espessura de vidro de 4,0 mm e inferior a 100 ppm, para uma espessura de vidro de 6,0 mm.

[0059]O vidro também pode ser fabricado com uma espessura de cerca de 3,5 milímetros a cerca de 4 mm. Se as concentrações mais elevadas de CuO são apresentadas dentro da câmara de flutuação, um processo de redução na atmosfera pode ser dado, apresentando uma coloração vermelha na superfície do vidro. Este efeito relacionado com o tempo de residência e com a velocidade de avanço da faixa de vidro pode ser intenso e observável sobre a superfície de vidro.

[0060]É, portanto, o principal objetivo da presente invenção proporcionar uma composição de vidro verde escuro para controle solar, que pode ser fabricada de uma espessura de cerca de 3,5 milímetros a cerca de 4 milímetros, com uma transmissão de luz, utilizando "A" de pelo menos 70%, uma transmitância de radiação ultravioleta (TUV) reduzida de não mais do que 46%, e mais preferivelmente não superior a 35%, utilizando uma massa de ar igual a 1,5 de 300 a 400 nm padrão ISO 13837 convenção A, uma transmitância térmica de energia solar direta (TS) de não mais do que cerca 60%, de preferência, não superior a cerca de 45% ISO 13837, um comprimento de onda dominante de cerca de 490 a 600 nm, com uma pureza de menos de 7%, e, uma tonalidade de cor, tal como definido pelo CIELAB, nas faixas a* a partir de -14,49 a - 5,07, de preferência entre -11 a -7, b* de 8,88 a 0, de preferência entre 0 e 3,5, e com um valor de L* superior a 82.

[0061]Do mesmo modo um outro objetivo principal da presente invenção é o fornecimento de uma composição de vidro verde escuro para controle solar de natureza anteriormente mencionada, que tem um teor de 0,71 a 1,50% de ferro total expresso como Fe2O3, de 22 a 30% de Fe2+ e 0,15 a 0,50% de FeO, expresso como Fe2O3; uma quantidade crítica de 0,10 a 0,20% de SO3, sem afetar as propriedades de refinação e capacidade do SO3 de eliminar as bolhas; a partir de cerca de 0 a 1,0 % em peso de TiO2, a partir de cerca de 0,0004 a 0,03 % em peso Cr2O3, e, também a partir de 0,0004 a 0,015 % em peso de CuO e, opcionalmente, contém óxido de cério inferior a 0,8%. O vidro verde escuro com uma transmissão de luz iluminante "A" (TLA) superior a 70%, uma transmitância de energia solar total (TS) de menos do que ou igual a 60%, e uma transmitância de radiação ultravioleta solar (TUV) de menos de 46%, um comprimento de onda dominante de 490 nm a 600, e a pureza de excitação de menos de 7.

[0062]Além disso, ainda um outro objetivo principal da presente invenção para proporcionar uma composição de vidro verde escuro para controle solar, que reduz a espessura de uma folha de vidro mantendo as suas propriedades desejáveis de transmissão de luz visível e de absorção de radiação infravermelha e ultravioleta.

[0063]Um outro objetivo da presente invenção para proporcionar uma composição de vidro verde escuro para controle solar, cuja produção é mais econômica, devido à ausência de óxido de cério opcional e para o seu teor de SO3 crítico baixo, mantendo as suas propriedades desejáveis de transmissão de luz visível e de absorção da radiação infravermelha e ultravioleta.

[0064]Estes e outros objetivos e vantagens da composição de vidro verde escuro para controle solar da presente invenção irão tornar-se evidentes para pessoas com conhecimentos no campo, a partir da seguinte descrição detalhada da invenção, em relação a uma modalidade especifica.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0065]A invenção será agora descrito em relação a uma modalidade específica, em que as quantidades dos componentes principais, que são críticas para a obtenção de uma composição de vidro verde escuro de controle solar, com as propriedades desejadas de transmissão de visibilidade e a absorção de radiação infravermelha e ultravioleta são estabelecidas.

[0066]A composição típica de um vidro de soda-cal-sílica usada na indústria automotiva, e formada pelo assim chamado processo de flutuação de vidro, é caracterizada pela formulação que se segue com base na percentagem em peso em relação ao peso total do vidro:

[0067]A composição de vidro de controle solar da presente invenção baseia- se na composição acima descrita, à qual os compostos de coloração que se seguem foram adicionados: Componentes em peso de 0,71 a 1,50% de ferro total expresso como Fe2O3; 22 a 30% de razão ferroso-férrico e 0,15 a 0,50% de expresso como FeO, uma quantidade crítica de 0,10 a 0,20% de SO3, sem afetar as propriedades de refinação e capacidade do SO3 para eliminar as bolhas; cerca de 0 a 1,0 % em peso de TiO2; cerca de 0,0004 a 0,03 % em peso de Cr2O3, e, também 0,0004 a 0,015 % em peso de CuO e, opcionalmente, contém óxido de cério menos de 0,8% para melhorar a absorção de UV, a despeito do custo adicional que pode representar a composição do vidro.

[0068]Quando os compostos de corantes foram adicionados à composição de base, uma folha de vidro com uma espessura de cerca de 3,5 milímetros a cerca de 4 milímetros foi fabricada, resultante com uma transmissão de luz (TLA) usando "A" de pelo menos 70%, uma transmitância de radiação ultravioleta reduzida inferior a 46%, utilizando uma massa de ar é igual a 1,5 de 300 a 400 nm ISO 13837 padrão de convenção A, uma transmitância térmica de energia solar direta de pelo menos 60%, um comprimento de onda dominante de cerca de 490 a 600 nm, com uma pureza de menos de 7%, e uma tonalidade de cor, tal como definido no CIELAB, nas faixas a* (verde-vermelho) de -14,49 a -5,07, de preferência de -11 a -7, b* (azul-amarela) de +8,88 a 0, de preferência de 0 a 3,5, e tendo um valor de L* superior a 82.

[0069]É comum na indústria do vidro fazer referência ao teor de ferro total na com-posição de vidro, ou na mistura de fusão de vidro, tal como o ferro total expresso como Fe2O3.

[0070]Quando uma batelada de vidro é fundida, uma parte da mesma quantidade de ferro total é reduzida a FeO, enquanto o restante é mantido como Fe2O3. O equilíbrio entre os estados de oxidação de ferroso e férrico na mistura derretida é o resultado de um equilíbrio entre o estado final de oxidação-redução, que é uma mistura entre o uso de agentes de redução ou oxidação na mistura de alimentação e as características de combustão, por exemplo, a relação ar-gás usado no forno a fim de fundir a batelada. A redução dos produtos não só FeO, mas também o oxigênio, diminuindo o peso combinado dos dois compostos de ferro no vidro resultante.

[0071]Consequentemente, o peso combinado do FeO e Fe2O3 contido na composição de vidro resultante irá ser menor, menos do que aquele alimentado durante a fusão, e menos do que o total do ferro inicial usado expresso como Fe2O3. Por essa razão, entende-se que o ferro total é o ferro expresso como Fe2O3, tal como é aqui utilizado, assim significando a quantidade de ferro alimentado na mistura antes da sua redução. E deve ser entendido que o valor de redução do estado ferroso é definido como o peso do óxido ferroso (FeO), expresso como Fe2O3, em vidro no produto, dividido pela percentagem em peso de ferro total expresso sob a forma de percentagem de redução.

[0072]As propriedades físicas, tais como a transmissão de luz correspondem a variáveis calculadas com base em padrões internacionalmente aceitos. De modo que, a transmissão de luz é avaliada usando o "A" iluminante e Observador padrão de 2 graus também conhecido como de 1931 [C.I.E. Publication, 15,2, ASTM E-308 (1990)]. A faixa de comprimento de onda utilizada para esses fins é de 380 a 780 nm, integrando os valores em forma numérica, com intervalos de 10 nm. A transmissão de energia solar representa o calor que o vidro atinge de forma direta, avaliando-o a partir de 300 nm a 2500 nm, com intervalos de 50 nm, a forma numérica de cálculo usa como valores padrão reconhecidos aqueles relatados por Parry Moon em " Proposed Standard Solar Radiation Curves for Engineer Use", Franklin Institute, vol. 230, p. 604, table II, 1940.

[0073]O cálculo da transmissão da radiação ultravioleta (UV), envolve apenas a participação da radiação UV solar, de modo que ela seja avaliada na faixa de 300 a 400 nm de comprimento de onda utilizando intervalos de 10 nm e uma massa de ar igual a 1,5 padrão de convenção A ISO 13837.

[0074]A quantidade de calor solar que é transmitida através do vidro também pode ser calculada pela contribuição de energia térmica com a qual participa cada uma das regiões em que o espectro solar tem influência, que é a partir da região ultravioleta de 300 nm, para região infravermelha próxima de 2500 nm, que é de 3% para UV, 44% para o visível e de 53% para o IR, no entanto, os valores da transmissão de energia solar direta, na presente invenção, são calculados com base em uma integração numérica tendo em conta toda a faixa do espectro solar de 300 a 2500 nm, com intervalos de 50 nm, e utilizando os valores da radiação solar relatados no padrão ISO 13837.

[0075]As especificações para a determinação da cor, tal como o comprimento de onda dominante e a pureza de excitação foram derivados dos valores tristímulus (X, Y, Z), que foram adotados pela Comissão Internacional de Iluminação (C.I.E.), como resultado direto de experimentos envolvendo muitos observadores. Estas especificações podem ser determinadas pelo cálculo dos três coeficientes cromáticos X, Y, Z dos valores triestímulos, que correspondem às cores vermelho, verde e azul, respectivamente. Os três valores cromáticos foram colocados em gráfico no diagrama de cromaticidade e comparados com as coordenadas do "D65" iluminante, considerado como padrão de iluminação. A comparação fornece a informação, a fim de determinar a excitação de pureza da cor e o seu comprimento de onda dominante. O comprimento de onda dominante define o comprimento de onda da cor e o seu valor situa-se na faixa do visível, dos 380 a 780 nm, enquanto que para a pureza de excitação, quanto menos o valor é, mais próximo tende a ser uma cor neutra. Uma compreensão mais profunda dos temas pode ser obtida no "Handbook of Colorimetry" published by the "Massachussets Institute of Technology", of Arthur C. Hardy, issued in 1936.

[0076]As variáveis de cor L*, a* y b* do sistema de cor CIELAB 1976, são também calculadas através dos valores de triestímulo.

[0077]A seguir são exemplos específicos de composição de soda-cal-sílica de acordo com a presente invenção, tendo propriedades físicas correspondentes de transmitâncias de radiação visível, ultravioleta e infravermelha, para um vidro tendo uma espessura de 4 mm. TABELA 2

[0078]Para produção industrial é confiável adicionar CuO em menor concen- tração a 120 ppm para uma espessura de vidro de 4,0 mm e menos do que 100 ppm para uma espessura de vidro de 6,0 mm. TABELA 3

[0079]A partir do acima, uma composição de vidro verde escuro foi descrita e será evidente para os versados na técnica que muitas outras características ou melhoramentos podem ser realizados, os quais podem ser considerados dentro do escopo determinado pelas reivindicações seguintes:

Claims

1. Composição de vidro colorido de verde escuro CARACTERIZADA pelo fato de que compreende uma composição de vidro base e uma parte de modificação, em peso, que consiste essencialmente em: de 0,71 a 1,50% de ferro total expresso como Fe2O3; de 22 a 30% de razão de ferroso-férrico e de 0,15 a 0,50% expresso como FeO; de 0,10 a 0,20% de SO3; de 0 a 1,0% em peso de TiO2; de 0,0004 a 0,03% de Cr2O3; e de 0,0004 a 0,015% de CuO, em que a composição de vidro possui uma transmissão de luz "A" iluminante (TLA) maior do que 65%, uma transmitância de energia solar total (TS) de menos do que ou igual a 60%; uma transmitância de radiação ultravioleta solar (TUV) de menos do que 46%; um comprimento de onda dominante de 490 nm a 600, e uma excitação de pureza de cor inferior a 7%.

2. Composição de vidro colorido, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que menos do que 0,8% de óxido de cério está presente para melhorar a absorção de UV.

3. Composição de vidro colorido, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a composição de vidro possui um transmissão de luz "A" iluminante (TLA) maior do que 65%; uma transmitância de energia solar total (TS) de menos do que ou igual a 60%; uma transmitância de radiação ultravioleta solar (TUV) de menos do que 46%; um comprimento de onda dominante de 490 nm a 600 nm; e uma pureza de excitação inferior a 7%, para um vidro com uma espessura de 3,5 mm.

4. Composição de vidro colorido, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o referido vidro é produzido com uma espessura de 1,6 mm a 12 mm.

5. Composição de vidro colorido, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o referido vidro é produzido com uma espessura de 1,6 mm a 5 mm.

6. Composição de vidro colorido, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o CuO é adicionado em uma concentração inferior a 120 ppm para uma espessura de vidro de 4,0 mm.

7. Composição de vidro colorido, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o CuO é adicionado em uma concentração inferior a 100 ppm, para uma espessura de vidro de 6,0 mm.