CN108046587A - 一种强吸收近红外线的节能安全玻璃 - Google Patents
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Abstract
本发明属于玻璃技术领域，提出一种强吸收近红外线的节能安全玻璃。提出的一种强吸收近红外线的节能安全玻璃包括有玻璃主体和着色剂；玻璃主体和着色剂的总重量为100wt%；玻璃主体的原料组成以及在玻璃中的重量比为：60.0‑76.3wt%的SiO2，8.5‑12.0wt%的B2O3、6.8‑14.35wt%的Na2O、1.0‑3.0wt%的Al2O3、0.25‑2.25wt%的CaO；着色剂的组成以及在玻璃中的重量比为：0.40‑0.60wt%的Fe2O3和0.50‑1.00wt%的SnO2。本发明节能环保、生产成本又较低；克服了镀膜玻璃的诸多不足；提高了熔化温度，延长了保温时间。
Description
技术领域
本发明属于玻璃技术领域，具体涉及一种强吸收近红外线的节能安全玻璃。
背景技术
随着我国经济的迅速发展，汽车以及建筑业也迅猛发展，然而重工业排放的有害气体使臭氧层破坏日益严重；导致过量的红外线通过热辐射效应使皮肤温度升高，使得毛细血管扩张充血而直接对皮肤造成红色丘疹、衰老和色素紊乱等不良影响；另夏季汽车以及建筑物等受太阳光近红外线的影响，温度较高，极大的增加了空调负荷，消耗了大量的能源；为了减少这种不必要的能耗，可以通过提高玻璃对红外线能量进行截止来实现，从而实现节能降耗；近几年来采用类似功能的镀膜玻璃，可以起到阻隔一定的红外线辐射热能的作用；但是同时镀膜玻璃存在诸多问题，例如镀膜生产工艺复杂，设备昂贵，生产成本高，膜层易老化脱落，耐候性差等等，因此采用本体掺杂方法研制一种高性能防止红外线的玻璃，仍为重要研究方向。
信义超薄玻璃(东莞)有限公司在中国专利(201010274431.9)中公开了一种吸热防紫外辐射浮法绿玻璃。该玻璃是在普通钠-钙-硅玻璃基础上添加0.7-1.0wt%的总铁(Fe2O3)，0.2-0.3 wt%的FeO，0.1-0.3 wt%的TiO2，0-0.1 wt%的CeO2，0-0.001 wt%的CoO，0-0.0005 wt%的Se，该玻璃在4-5mm厚度下，可见光透射率大于或等于73%，总太阳能透射率小于或等于46%，红外透射率小于或等于26%，紫外透射率小于或等于18%，具有主波长在500-550nm范围内的绿色，其色纯度不超过5%。这种玻璃吸热性能欠佳。
日本板硝子株式会社（NIPPON SHEET GLASS COLTD）研究的能吸收紫外线和近红外线玻璃体系为钠钙二氧化硅碱性玻璃，着色成分0.4-0.58wt%的总铁，其中，FeO占总铁含量的20-30wt%，0.8-1.8wt%的CeO2，0-0.5 wt%的TiO2，以及0.0001-0.002wt%的CoO，该玻璃2mm厚可见光透过率在75-79%，紫外线透射率在20-25%，总太阳能透射率在52-55%之间，具有一定的隔热和防紫外线效果，由于氧化亚铁制造工艺困难和日本稀土氧化铈稀缺，成本太高，无法实行大批量生产。
法国圣戈班玻璃公司申请的用于制造吸收紫外线和红外线的玻璃窗的玻璃组合物（200680011222.7）：65-80wt%的SiO2、0-5wt%的Al2O3、0-5wt%的B2O3、5-15wt%的CaO、0-2wt%的MgO、9-18wt%的Na2O、0-10wt%的K2O、0-5wt%的BaO、0.7-1.6wt%的Fe2O3、0.1-1.2wt%的CeO2、0-1.5wt%的TiO2；氧化还原比小于0.23；该玻璃4mm厚可见光透过率LTA≥70%，红外线透过率为28%，紫外线透过率为18%，太阳光总能量透过率TSET≥48%，由于含铁量太高，玻璃液上下温差近300度，成型工艺困难，无法实行批量生产。
美国专利(US005362689A)公开了一种红外和紫外辐射吸收玻璃，其组成成分为：68-72wt%的SiO2，1.6-3.0wt%的Al2O3，8.5-11.0wt%的CaO，2.0-4.2wt%的MgO，12.0-16.0wt%的Na2O，0.5-3.0wt%的K2O，0.08-0.30wt%的SO3，0.58-0.80wt%的总铁(Fe2O3)，0.10-0.60wt%的CeO2，0.10-0.40wt%的TiO2和5-350PPM的MnO，玻璃中Fe2+/Fe3+值在0.3-0.7 wt%范围内；该玻璃具有不低于67%的可见光透过率，红外线透过率小于21%，总的太阳能透过率在30%-47%范围内，紫外线透过率在7%-15%范围内，主波长范围为505-518nm，色纯度不超过5.5%。该种玻璃可见光透过率较低。
由上述专利可以看出，在大部分的钠-钙-硅玻璃中，通过掺入铁粉Fe2O3来达到吸收红外线的效果；铁在玻璃中一般以三价铁离子(Fe3+)和二价铁离子铁（Fe2+)两种形式存在；Fe2+在近红外，近红外区域均有一个较宽的吸收带，能强烈吸收伤害人眼睛的红外线，Fe3+则具有吸收紫外线的功能。通过调节两者之间的含量及含有比率来调整玻璃的颜色及透光性能。
综上，现有的本体掺杂吸热玻璃还难于同时满足强度高、可见光透过率高以及强吸收红外线的要求。
发明内容
本发明的目的在于克服上述困难，提供一种强吸收近红外线的节能安全玻璃。
本发明为完成上述目的采用如下技术方案：
一种强吸收近红外线的节能安全玻璃，所述的节能安全玻璃采用硼铝硅玻璃体系组分，包括有玻璃主体和着色剂；所述玻璃主体和着色剂的总重量为100wt%；所述玻璃主体的原料组成以及在玻璃中的重量比为：60.0-76.3wt%的SiO2，8.5-12.0wt%的B2O3、6.8-14.35wt%的Na2O、1.0-3.0wt%的Al2O3、0.25-2.25wt%的CaO；所述着色剂的组成以及在玻璃中的重量比为：0.40-0.60wt%的Fe2O3和0.50-1.00wt%的SnO2；其中所述的Fe2O3 为红外线吸收剂；所述的SnO2 为红外线吸收剂和还原剂；所述节能安全玻璃在高温炉内加热至1550℃的熔制温度后保温2.5小时后自然冷却而成；所述节能安全玻璃在6mm厚度下具有不小于73%的可见光透过率，低于30%的近红外线透过率；所述节能安全玻璃的玻璃热膨胀软化点为630℃，膨胀系数为6.15×10-6/℃；所述节能安全玻璃的玻璃表面硬度为605.3HV。
所述玻璃主体的原料组成以及在玻璃中的重量比为：60.0-76.3wt%的SiO2，10.0wt%的B2O3、10.35wt%的Na2O、2.2wt%的Al2O3、1.25wt%的CaO；所述着色剂的组成以及在玻璃中的重量比为：0.52wt%的Fe2O3和0.80wt%的SnO2；
所述玻璃主体的原料组成以及在玻璃中的重量比为：60.0-76.3wt%的SiO2，10.0wt%的B2O3、10.35wt%的Na2O、2.2wt%的Al2O3、1.25wt%的CaO；所述着色剂的组成以及在玻璃中的重量比为：0.60wt%的Fe2O3和1.00wt%的SnO2。
下面说明对节能安全玻璃的组成进行限定的理由，以下所有的百分数均是重量百分数。
SiO2是用于构成玻璃骨架的必要的成分，其含量越增加，一方面，化学耐久性越高，电学性能越好。另一方面，具有提高黏度的倾向，所以，如果过多就难以得到料性长的玻璃。
B2O3是用于提高玻璃结构稳定性、降低玻璃黏度、降低表面张力、提高润湿性、降低膨胀系数的必要成份，其含量越增加，玻璃就会表现出低粘性化，但是也会出现降低玻璃化学稳定的倾向，长时间自然环境使用将会表面出现风化。
Al2O3是极大地改善玻璃化学稳定性的必要成分，降低玻璃析晶倾向，同时其是提高玻璃硬度和机械强度的必要成份。
Na2O是玻璃网络外体氧化物，可以降低玻璃的黏度，使玻璃易于熔融，是玻璃良好的助溶剂，但同时它会增加玻璃的热膨胀系数，降低玻璃的热稳定性、化学稳定性和机械强度，所以不能引入过多，一般不超过18%，引入过少，玻璃的熔化效果就差。
CaO是玻璃网络外体氧化物，在玻璃中的主要作用是稳定剂，即增加玻璃的化学稳定性和机械强度，但含量较高时，使玻璃的结晶倾向增大，而且易使玻璃发脆。
氧化铁Fe2O3是砂岩中含有的一种杂质，它的存在形式有Fe2+和Fe3+两种，Fe2+会使玻璃呈青绿色，Fe3+会使玻璃呈黄绿色，低价铁的着色能力大约为高价铁着色能力的10倍。不管是高价铁还是低价铁都会降低玻璃的透明度，所以玻璃中含铁量增加会降低透明度和光泽度，影响玻璃的质量。Fe2+和Fe3+对紫外线都有强烈的吸收作用，但Fe2+对红外线具有强烈的吸收作用，Fe3+对红外线基本没有吸收作用。
氧化锡SnO2是白色、淡黄色或淡灰色四方、六方或斜方晶系粉末。熔点1630℃，沸点1800℃。对可见光具有良好的通透性，在水溶液中具有优良的化学稳定性，且具有特定的导电性和反射红外线辐射的特性，同时还可以充当还原剂，能将玻璃中大部分的Fe2O3还原为Fe2+。
本发明提出的一种强吸收近红外线的节能安全玻璃，采用硼铝硅玻璃体系组分，铁粉Fe2O3和锡粉SnO2为红外线吸收剂，同时SnO2还充当还原剂，节能环保、生产成本又较低；本发明合理选材直接烧制而成，生产工艺简单，成本不到镀膜玻璃的三分之一，还彻底克服了镀膜玻璃的诸多不足；提高了熔化温度，延长了保温时间，使反应向利于生成Fe2+方向移动；该玻璃具有可见光透过率≥73%、红外线透过率≤30%，并且热学性能膨胀软化点约为630℃，可适用于车窗风挡及建筑窗用玻璃。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，本发明将通过下面的实例进行更详细地阐述，但是本发明不局限于下面的实施例。实施例各成分含量按照表1进行配料。
表1对比样和实施例成分含量表
按照上述方案配方，通过超白硅砂、硼酸、纯碱、氧化铝、氯化钠等引入以上各种基础成分，其中氯化钠作为融化澄清剂，纯度都为99.5%以上，将基础配合料充分混合，放入石英坩埚中，置入高温炉中加热到1550℃，保温2.5小时。将熔化的玻璃液浇铸到预热好的石墨板上，放入到650℃的保温炉中进行退火。经粗磨、抛光后，制得约为6mm厚度的样品。
按上述表格含量成分制得6mm厚的玻璃，采用PE公司紫外可见光近红外分光光度计Lambda950进行测试其光学性能。结果如表2：
表2
本发明的玻璃在6mm厚度下具有380～780nm波长大于73%的可见光透过率，在780～2500nm波长的近红外线的透过率小于30%，优选可以小于15%。
本发明紫外线透过率(Tuv)根据ISO9050-90(E)标准4在280-380nm波长范围内测定；可见光透过率(Tvis)采用CIE标准光源D65在380-780nm波长范围内测定，在CIE标准光源D65按照ASTME308-90中所说的方法测定；总红外线透过率(Tir)是在波长780-2500nm范围内间隔5nm测定的；总的太阳能透过率(Tsol)根据IS09050-90(E)标准表3在其规定的波长范围内测定并采用梯形积分计算而得。
最后，应当指出，以上实施例仅是本发明较有代表性的例子。显然，本发明的技术方案并不限于上述实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员从本发明公开的内容直接导出或联想到的其他变形，均应认为是本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种强吸收近红外线的节能安全玻璃，其特征在于：所述的节能安全玻璃采用硼铝硅玻璃体系组分，包括有玻璃主体和着色剂；所述玻璃主体和着色剂的总重量为100wt%；所述玻璃主体的原料组成以及在玻璃中的重量比为：60.0-76.3wt%的SiO2，8.5-12.0wt%的B2O3、6.8-14.35wt%的Na2O、1.0-3.0wt%的Al2O3、0.25-2.25wt%的CaO；所述着色剂的组成以及在玻璃中的重量比为：0.40-0.60wt%的Fe2O3和0.50-1.00wt%的SnO2；其中所述的Fe2O3 为红外线吸收剂；所述的SnO2 为红外线吸收剂和还原剂；所述节能安全玻璃在高温炉内加热至1550℃的熔制温度后保温2.5小时后自然冷却而成；所述节能安全玻璃在6mm厚度下具有不小于73%的可见光透过率，低于30%的近红外线透过率；所述节能安全玻璃的玻璃热膨胀软化点为630℃，膨胀系数为6.15×10-6/℃；所述节能安全玻璃的玻璃表面硬度为605.3HV。
2.如权利要求1所述的 一种强吸收近红外线的节能安全玻璃，其特征在于：所述玻璃主体的原料组成以及在玻璃中的重量比为： 60.0-76.3wt%的SiO2，10wt%的B2O3、10.35wt%的Na2O、2.2wt%的Al2O3、1.25wt%的CaO；所述着色剂的组成以及在玻璃中的重量比为：0.52wt%的Fe2O3和0.80wt%的SnO2。
3.如权利要求1所述的 一种强吸收近红外线的节能安全玻璃，其特征在于：所述玻璃主体的原料组成以及在玻璃中的重量比为：60.0-76.3wt%的SiO2，10.0wt%的B2O3、10.35wt%的Na2O、2.2wt%的Al2O3、1.25wt%的CaO；所述着色剂的组成以及在玻璃中的重量比为：0.60wt%的Fe2O3和1.00wt%的SnO2。
4.如权利要求1所述的一种强吸收近红外线的节能安全玻璃，其特征在于：所述节能安全玻璃的近红外线透过率低于15%。
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