DE69705367T2

DE69705367T2 - Ultraviolett/Infrarot absorbierendes Glas mit niedriger Durchlässigkeit

Info

Publication number: DE69705367T2
Application number: DE1997605367
Authority: DE
Inventors: Isamu Kuroda; Yukihito Nagashima; Hiromitsu Seto; Shigekazu Yoshii
Original assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date: 1996-08-21
Filing date: 1997-08-13
Publication date: 2001-10-11
Anticipated expiration: 2017-08-14
Also published as: DE69705367D1; EP0825156A1; JP3419259B2; EP0825156B1; MY121651A; JPH10114540A

Description

Hintergrund der Erfindung und Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft ein UV- und IR-Strahlung absorbierendes Glas mit einer geringen Durchlässigkeit. Genauer gesagt, die Erfindung betrifft ein UV- und IR- Strahlung absorbierendes Glas mit einer geringen Durchlässigkeit und einer nahezu neutralen Farbe, wie z. B. einem türkisblauen oder einem dunkelgrünen Farbton, so dass es, in Kombination mit einem Glas mit einem grünen Farbton und einer hohen Durchlässigkeit für sichtbares Licht, zur Herstellung von Fensterscheiben für Fahrzeuge oder Gebäude verwendet werden kann, wobei das erfindungsgemäße Glas durch eine geringe bis mittlere Durchlässigkeit für sichtbares Licht, eine geringe Gesamtdurchlässigkeit für Sonnenenergie und eine geringe Durchlässigkeit für UV-Strahlung gekennzeichnet ist, so dass es als Schutzverglasung für ein Fahrzeug verwendet werden kann.
Erst kürzlich wurden verschiedene UV- und IR-Strahlung absorbierende Gläser vorgeschlagen, die zur Herstellung von Windschutzscheiben für Fahrzeuge verwendet werden können, um eine Beschädigung von teuren Materialien im Innenraum der Fahrzeuge in Folge der Sonneneinstrahlung zu verhindern und um ein Aufheizen des Innenraums der Fahrzeuge in Folge der Sonneneinstrahlung zu verhindern. Ein Glas mit einer relativ geringen Durchlässigkeit für sichtbares Licht wird bevorzugt zur Herstellung von Heckscheiben von Fahrzeugen verwendet, um den Schutz der Privatsphäre sicherzustellen. Solche Glassorten umfassen die folgenden Gläser.
Die japanische Patentveröffentlichung Nr. 7-29813 beschreibt z. B. ein dunkelgrau gefärbtes IR-Strahlung absorbierendes Glas, bestehend aus einem Natron-Kalk-Siliciumdioxid-Glas mit Farbstoffen, bestehend aus 1,00 bis 1,7 Gew.-% Fe&sub2;O&sub3; (Gesamteisen), mindestens 0,27 Gew.-% FeO, 0,002 bis 0,005 Gew.-% Se und 0,01 bis 0,02 Gew.-% CoO. Das Glas ist durch eine Lichtdurchlässigkeit von weniger als 32% und eine Gesamtdurchlässigkeit für Sonnen-IR-Strahlung von weniger als 15% gekennzeichnet, gemessen bei einer Glasdicke von 3,9 mm.
Die ungeprüfte veröffentlichte japanische Patentanmeldung Nr. 8-157232 beschreibt ein dunkelgrau gefärbtes Glas, bestehend aus einem Natron-Kalk-Siliciumdioxid-Glas mit Farbstoffen, bestehend aus 0,8 bis 1,4 Gew.-% Fe&sub2;O&sub3; (Gesamteisen), weniger als 0,21 Gew.-% FeO, 0,05 bis 1,0 Gew.-% TiO&sub2;, 0,02 bis 0,05 Gew.-% CoO und 0,0005 bis 0,015 Gew.-% Se.
Anspruch 25 des US-Patents Nr. 5393593 beschreibt ein neutralgrau gefärbtes Glas, bestehend aus einem Basisglas, umfassend 66 bis 75 Gew.-% SiO&sub2;, 10 bis 20 Gew.-% Na&sub2;O, 5 bis 15 Gew.-% CaO, 0 bis 5 Gew.-% MgO, 0 bis 5 Gew.-% Al&sub2;O&sub3; und 0 bis 5 Gew.-% K&sub2;O, und Farbstoffen, bestehend aus 1,00 bis 2,2 Gew.-% Fe&sub2;O&sub3; (Gesamteisen), mindestens 0,20 Gew.-% FeO, 0,0005 bis 0,005 Gew.-% Se und 0,010 bis 0,030 Gew.-% CoO. Das Glas ist durch eine Lichtdurchlässigkeit von weniger als 35% und durch eine Gesamtdurchlässigkeit für Sonnen-IR-Strahlung von weniger als 20% gekennzeichnet, gemessen bei einer Glasdicke von 3,9 mm.
Die japanische Veröffentlichung der PCT Nr. 8-506314 beschreibt ein Natron-Kalk- Siliciumdioxid-Glas mit einem neutralen Farbton, hauptsächlich erhalten durch das Zugeben von Eisen entsprechend der folgenden Bedingung:
FeO (Gew.-%)> 0,007 + (optische Konzentration - 0,036)12,3, wobei das Glas 0,25 bis 1,75 Gew.% Fe&sub2;O&sub3; und mindestens einen Bestandteil enthält, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Se, Co&sub3;O&sub4;, Nd&sub2;O&sub3;, NiO, MnO, V&sub2;O&sub5;, CeO&sub2;, TiO&sub2;, CuO und SnO. Das Glas ist durch eine Lichtdurchlässigkeit von mehr als 32%, eine UV-Durchlässigkeit von weniger als 25%, eine Durchlässigkeit für direkte Sonnenenergie, die mindestens 7% geringer als die Lichtdurchlässigkeit ist, und eine dominante Wellenlänge von bevorzugt weniger als 570 nm gekennzeichnet, gemessen bei einer Glasdicke von 4 mm. Bestimmte Ausführungsformen des Glases können als Schutzverglasungen verwendet werden.
Sowohl das dunkelgrau gefärbte IR-Strahlung absorbierende Glas, das in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 7-29813 beschrieben wird, als auch das dunkelgrau gefärbte Glas, das in der ungeprüften veröffentlichten japanischen Patentanmeldung Nr. 8-157232 beschrieben wird, müssen eine große Menge an Se enthalten, damit die gewünschte Farbe erhalten wird. Solch eine große Menge an Se ist im Hinblick auf den Umweltschutz problematisch, da Se giftig ist und leicht verdampft. Das zuvor genannte dunkelgrau gefärbte Glas enthält, als wesentlichen Bestandteil, 0,05 bis 1,0 Gew.-% TiO&sub2;; die Herstellungskosten für dieses Glas sind hoch, das TiO&sub2; teuer ist.
Das neutralgrau gefärbte Glas, das im US-Patent Nr. 5393593 beschrieben wird, hat den Nachteil, dass es eine große Menge an Se enthält. Die große Menge an FeO ist im Hinblick auf die Absorption von Wärmestrahlung bevorzugt. Andererseits hat FeO die Eigenschaft, Infrarotstrahlung bei einer Wellenlänge im Bereich von 1000 bis 1200 nm selektiv zu absorbieren, so dass es, wenn das Glas in einem herkömmlichen Schmelzofen hergestellt wird, viel Wärmeenergie absorbiert, was dazu führt, dass die Temperatur am Boden des Schmelzofens verringert wird, so dass Probleme bei der Glasherstellung auftreten können.
Obwohl sich das zuvor genannte Glas mit einer geringen Durchlässigkeit für sichtbares Licht hervorragend als Schutzverglasung für ein Fahrzeug, d. h. zum Schutz der Privatsphäre eignet, können Personen, die sich in dem Fahrzeug befinden und die durch das Glas nach außen sehen, Gegenstände, die sich außerhalb des Fahrzeugs befinden, nur schlecht erkennen. Andererseits können bestimmte Gläser mit einer mittleren Durchlässigkeit sowohl zum Schutz der Privatsphäre als auch als Sicherheitsglas verwendet werden. Diese Gläser können innerhalb von Fahrzeugen oder als Fensterscheiben verwendet werden.
Das zuvor genannte Glas enthält eine große Menge an Selen, um die gewünschten optischen Eigenschaften zu erhalten, ohne dass es wesentliche Mengen an Nickel enthält.
Das Glas, das in der japanischen Veröffentlichung der PCT Nr. 8-506314 beschrieben wird und das als Schutzverglasung verwendet werden kann, erhält seine neutrale Farbe durch den Zusatz von Farbstoffen, bestehend aus Nickel, Selen und Cobalt, wie in dieser Beschreibung offenbart. Dieses Glas muss jedoch eine große Menge an Se enthalten, da der Gehalt an Nickel gering ist.
Die US-A-5545596 beschreibt eine Farbglaszusammensetzung, umfassend Basisglasbestandteile, die den Bestandteilen entsprechen, die entsprechend der vorliegenden Erfindung verwendet werden, sowie im wesentlichen die folgenden Farbstoffe: Fe&sub2;O&sub3; (Gesamteisen) in einer Menge im Bereich von 0,5 bis 1,5%, wobei FeO 16 bis 55% des Gesamteisens ausmacht, ausgedrückt als Fe&sub2;O&sub3;, CoO in einer Menge im Bereich von 0,003 bis 0,015%, Cr&sub2;O&sub3; in einer Menge im Bereich von 0,025 bis 0,09% und Se in einer Menge im Bereich von 0 bis 0,0025%.
Die WO-A-9717303 beschreibt eine Natron-Kalk-Siliciumdioxid-Glaszusammensetzung, umfassend, als Farbstoffe, 0,5 bis 2% Fe&sub2;O&sub3;, wobei der Anteil an Eisen(II) im Bereich von 15 bis 50% liegt, mehr als 1,0 bis 3,0% TiO&sub2;, 0,0003 bis 0,02% CoO, 0 bis 0,0008 % Se, 0 bis 0,05% Cr&sub2;O&sub3;, 0 bis 0,05% V&sub2;O&sub5; und 0 bis 0,05% CeO&sub2;.
Die US-A-5308805 beschreibt ein Natron-Kalk-Siliciumdioxid-Glas mit einer Basisglaszusammensetzung und Farbstoffen, im wesentlichen bestehend aus etwa 1,3 bis 2 Gew.-% Fe&sub2;O&sub3; (Gesamteisen), etwa 0,01 bis 0,05 Gew.-% NiO, etwa 0,02 bis 0,04 Gew.-% Co&sub3;O&sub4; und 0,0002 bis 0,003 Gew.-% Se, wobei der Anteil an Eisen(II) im Bereich von 18 bis 30% liegt. Der bevorzugte Gehalt an Se liegt im Bereich von 0,001 bis 0,002 %. Der Gehalt an Se in den Beispielen liegt im Bereich von 0,0014 bis 0,002%.
Die DE-A-196 36 303 beschreibt eine Natron-Kalk-Siliciumdioxid-Glaszusammensetzung, umfassend, als färbende Bestandteile, 0,75 bis 1,80% Fe&sub2;O&sub3;, 0,004 bis 0,018% Co, 0,0003 bis 0,004% Se und 0,001 bis 0,01% Cr&sub2;O&sub3;.

Aufgabe und Zusammenfassung der Erfindung

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein weiteres UV- und IR-Strahlung absorbierendes Glas mit einer geringen Durchlässigkeit bereitzustellen, das sich durch eine nahezu neutrale Farbe, wie z. B. durch eine türkisblaue oder eine dunkelgrüne Farbe, sowie durch eine geringe oder mittlere Durchlässigkeit für sichtbares Licht, eine geringe UV-Durchlässigkeit und eine geringe Gesamtdurchlässigkeit für Sonnenenergie auszeichnet.
Das UV- und IR-Strahlung absorbierende Glas mit einer geringen Durchlässigkeit entsprechend der vorliegenden Erfindung besteht aus einem Basisglas, d. h. den Hauptbestandteilen, umfassend:
65 bis 80 Gew.-% SiO&sub2;,
0 bis 5 Gew.-% Al&sub2;O&sub3;,
0 bis 10 Gew.-% MgO,
5 bis 15 Gew.-% CaO, wobei die Gesamtmenge an MgO und CaO im Bereich von 5 bis 15 Gew.-% liegt,
10 bis 18 Gew.-% Na&sub2;O,
0 bis 5 Gew.-% K&sub2;O, wobei die Gesamtmenge an Na&sub2;O und K&sub2;O im Bereich von 10 bis 20 Gew.-% liegt, und
0 bis 5 Gew.-% 8203,
und einem Farbstoff, umfassend:
1,2 bis 2,2 Gew.-% Gesamteisenoxid (G-Fe&sub2;O&sub3;), bezogen auf Fe&sub2;O&sub3;,
0,001 bis 0,03 Gew.-% CoO und
0,0001 bis 0,0008% Se und/oder 0,003 bis 0,2% NiO,
mit der Maßgabe, dass Gläser mit mehr als 1,0 bis 3,0% TiO&sub2; ausgenommen sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Fig. 1 ist ein Diagramm, das die Veränderungen der Farbtöne während des Verstärkungsprozesses in einigen der Beispiele zeigt.

Bevorzugte Ausführungsformen

Im Folgenden wird das erfindungsgemäße UV- und IR-Strahlung absorbierende Glas mit einer geringen Durchlässigkeit genau beschrieben. Die Mengenangaben der Bestandteile sind in Gewichtsprozent (Gew.-%) angegeben.
Der Bestandteil SiO&sub2; (Siliciumdioxid) ist ein Hauptbestandteil des Glases, der das Glasgerüst bildet. Ein Gehalt an SiO&sub2; von weniger als 65% verringert die Haltbarkeit des Glases, während ein Gehalt an SiO&sub2; von mehr als 80% dazu führt, dass die Schmelztemperatur des Glases zu hoch wird.
Der Bestandteil Al&sub2;O&sub3; verbessert die Haltbarkeit des Glases. Ein Gehalt an Al&sub2;O&sub3; von mehr als 5% führt dazu, dass die Schmelztemperatur des Glases zu hoch wird. Al&sub2;O&sub3; wird bevorzugt in einer Menge im Bereich von 0,1% bis 2% verwendet.
Die Bestandteile MgO und CaO verbessern die Haltbarkeit des Glases und werden verwendet, um die Entglasungstemperatur und die Viskosität des Glases bei der Herstellung einzustellen. Ein Gehalt an MgO von mehr als 10% führt zu einer Erhöhung der Entglasungstemperatur. Ein Gehalt an CaO von weniger als 5% oder von mehr als 15 % führt zu einer Erhöhung der Entglasungstemperatur des Glases. Die Haltbarkeit des Glases wird verringert, wenn die Gesamtmenge an MgO und CaO weniger als 5% beträgt, während die Entglasungstemperatur erhöht wird, wenn die Gesamtmenge 15% übersteigt.
Die Bestandteile Na&sub2;O und K&sub2;O unterstützen das Schmelzen des Glases. Das Schmelzen des Glases kann nicht unterstützt werden, wenn der Gehalt an Na&sub2;O unterhalb von 10% liegt oder wenn die Gesamtmenge an Na&sub2;O und K&sub2;O unterhalb von 10% liegt, während die Haltbarkeit des Glases verringert wird, wenn der Gehalt an Na&sub2;O 18% übersteigt oder wenn die Gesamtmenge an Na&sub2;O und K&sub2;O 20% übersteigt. K&sub2;O ist teuer und wird deshalb bevorzugt in einer Menge von nicht mehr als 5% verwendet.
Der Bestandteil B&sub2;O&sub3; verbessert die Haltbarkeit des Glases und wird verwendet, um das Schmelzen des Glases zu unterstützen und um die UV-Absorption des Glases zu erhöhen. B&sub2;O&sub3; sollte in einer Menge von weniger als 5% verwendet werden, da die Durchlässigkeit des Glases für sichtbares Licht verringert wird, da sich das Glas gelb verfärbt und ein Verdampfen von 8203 zu Problemen während der Herstellung führt, wenn der Gehalt an B&sub2;O&sub3; 5% übersteigt.
Das Eisenoxid liegt in dem Glas in Form von Fe&sub2;O&sub3; und in Form von FeO vor. Der Bestandteil Fe&sub2;O&sub3; erhöht die UV-Absorption des Glases, und der Bestandteil FeO erhöht die Absorption von Wärmestrahlung.
Wenn die Gesamtmenge an Eisenoxid, bezogen auf Fe&sub2;O&sub3; (G-Fe&sub2;O&sub3;), unterhalb von 1,2% liegt, kann das Glas nicht genügend UV- und IR-Strahlung absorbieren, so dass die gewünschten optischen Eigenschaften nicht erhalten werden. Wenn andererseits der Gehalt an G-Fe&sub2;O&sub3; 2,2% übersteigt, besteht die Gefahr, dass die Temperatur in der Nähe der Haube des Glasschmelzofens in Folge der Absorption von Wärmestrahlung durch Eisen(II)oxid auf eine Temperatur ansteigt, bei der das feuerfeste Schmelzofenmaterial beschädigt werden kann. Weiterhin wird die Zeit, die erforderlich ist, um die Glaszusammensetzung in dem Schmelzofen zu modifizieren oder auszutauschen, verlängert, wenn der Gehalt an G-Fe&sub2;O&sub3; 2,2% übersteigt. G-Fe&sub2;O&sub3; wird bevorzugt in einer Menge von 1,2% oder darüber und weniger als 1,8% (besonders bevorzugt in einer Menge im Bereich von 1,25% bis 1,35%) oder in einer Menge im Bereich von 1,8% bis 2,2% verwendet.
Eine Menge an G-Fe&sub2;O&sub3; von 1,2% oder darüber und weniger als 1,8% führt zu einer geringeren Belastung des Schmelzofens, da die Glaszusammensetzung in dem Schmelzofen schnell modifiziert bzw. durch eine andere Glaszusammensetzung ersetzt werden kann. In diesem Fall ist es möglich, dass die gewünschte UV-Absorption des Glases nicht erhalten wird, wenn lediglich Eisen verwendet wird. Die UV-Absorption des Glases kann jedoch erhöht werden, wenn z. B. CeO&sub2; oder TiO&sub2; in den Mengen zugegeben werden, die in dieser Anmeldung angegeben sind.
Die zuvor genannten Vorteile ergeben sich insbesondere bei einem Gehalt an G-Fe&sub2;O&sub3; im Bereich von 1,25% bis 1,35%; in diesem Fall kann die gewünschte UV-Absorption des Glases allein durch die Zugabe von Eisen erhalten werden.
Ein Gehalt an G-Fe&sub2;O&sub3; im Bereich von 1,8% bis 2,2% führt dazu, dass die Zeit, die erforderlich ist, um die Glaszusammensetzung in dem Schmelzofen zu modifizieren bzw. auszutauschen, verlängert wird, und der Schmelzofen wird stärker belastet. In diesem Fall kann jedoch ein Glas mit der gewünschten UV-Absorption kostengünstig hergestellt werden.
Der Bestandteil Fe&sub2;O&sub3; erhöht insbesondere dann die UV-Absorption des Glases, wenn das Glas durch Abschrecken mit Druckluft verstärkt wird. Genauer gesagt, die gewünschte UV-Absorption des erfindungsgemäßen Glases kann erhalten werden, ohne dass teure UV-Absorber, wie z. B. CeO&sub2; oder TiO&sub2;, verwendet werden. Wenn der Gehalt an G-Fe&sub2;O&sub3; innerhalb des zuvor angegebenen Bereichs liegt, kann der gewünschte Farbton des Glases nach der Verfärbung in Folge des Verstärkungsprozesses durch Abschrecken mit Druckluft erhalten werden.
Das Verhältnis (bezogen auf das Gewicht) FeO/G-Fe&sub2;O&sub3; liegt bevorzugt im Bereich von 10% bis 40%. Wenn das Verhältnis unterhalb von 10% liegt, kann das Glas nicht genügend Wärme absorbieren, da der Gehalt an FeO zu gering ist.
Wenn das Verhältnis FeO/G-Fe&sub2;O&sub3; 40% übersteigt, wird die Durchlässigkeit des Glases für sichtbares Licht verringert und das Glas verfärbt sich blau. Zusätzlich können Nickelsulfid-Teilchen in Folge der großen Menge an Fe²&spplus;-Ionen, die reduzierend wirken, in dem geschmolzenen Glas auftreten. Wenn das Verhältnis FeO/G-Fe&sub2;O&sub3; 40% übersteigt, treten ebenfalls Trübungen auf, die durch Anreicherungen von Siliciumdioxid hervorgerufen werden. Wenn das Verhältnis FeO/G-Fe&sub2;O&sub3; im Bereich von 10% bis 40% liegt, ist das Glas durch eine nahezu neutrale grüne Farbe, eine hohe UV-Absorption und eine hohe Absorption für Wärmestrahlung gekennzeichnet. Die zuvor genannten Mengen an FeO sind auf Fe&sub2;O&sub3; bezogen.
Der Bestandteil CoO wird verwendet, um dem Glas, zusammen mit Se und/oder NiO und Fe&sub2;O&sub3;, eine nahezu neutrale Farbe, wie z. B. einen türkisblauen oder dunkelgrünen Farbton, zu verleihen und um die Durchlässigkeit des Glases für sichtbares Licht einzustellen. Ein Gehalt an CoO von weniger als 0,001% führt dazu, dass der gewünschte Farbton nicht erhalten werden kann und dass die Durchlässigkeit für sichtbares Licht zu hoch wird. Ein Gehalt an CoO von mehr als 0,03% verfärbt das Glas blau und verringert die Durchlässigkeit für sichtbares Licht.
Der Bestandteil Se verleiht dem Glas einen rosa Farbton und verringert den spektralen Farbanteil in Kombination mit der Komplementärfarbe von CoO. Wenn NiO zugegeben wird, ist eine Zugabe von Se nicht unbedingt erforderlich. Ein Gehalt an Se von mehr als 0,0008% verringert die Durchlässigkeit des Glases für sichtbares Licht. Wenn Se verwendet wird, liegt der Gehalt an Se bevorzugt im Bereich von 0,0001% bis 0,0008% und besonders bevorzugt im Bereich von 0,0001 bis 0,0004%. Wie zuvor beschrieben wurde, kann der gewünschte Farbton des erfindungsgemäßen Glases unter Verwendung einer deutlich geringeren Menge an Se erhalten werden, als bei herkömmlichen Gläsern erforderlich ist, oder ohne die Verwendung von Se. Die in dem Glas verbleibende Menge an Se kann erhöht werden, wenn der Gehalt an G-Fe&sub2;O&sub3; und das Verhältnis FeO/G-Fe&sub2;O&sub3; innerhalb der zuvor angegebenen Bereiche liegen.
Der Bestandteil NiO wird verwendet, um die Durchlässigkeit des Glases für sichtbares Licht einzustellen und, wie im Fall von CoO, um den spektralen Farbanteil zu verringern. Wenn Se zugegeben wird, ist die Zugabe von NiO nicht unbedingt erforderlich. Wenn NiO in einer Menge von mehr als 0,2% zugegeben wird, können sich Nickelsulfid- Ablagerungen in dem erhaltenen Produkt bilden und die Durchlässigkeit des Glases für sichtbares Licht wird verringert. Zusätzlich kann der erhaltene Farbton zu grün werden. Wenn NiO verwendet wird, wird NiO bevorzugt in einer Menge von 0,003% oder darüber und weniger als 0,05%, wenn ein Glas mit einer mittleren Durchlässigkeit für sichtbares Licht erhalten werden soll, oder in einer Menge im Bereich von 0,05% bis 0,2%, wenn ein Glas mit einer geringen Durchlässigkeit für sichtbares Licht erhalten werden soll, zugegeben.
Wenn der Gehalt an NiO in dem Glas zu hoch ist, besteht die Gefahr, dass NiO koaguliert und Nickelsulfid-Ablagerungen bildet. Wenn der Gehalt an NiO jedoch in dem zuvor angegebenen Bereich liegt, kann der gewünschte Farbton des Glases erhalten werden, ohne dass Nickelsulfid-Ablagerungen gebildet werden.
Es ist bekannt, dass die Koordinationszahl von NiO in Abhängigkeit von der Abkühlungsgeschwindigkeit des Glases variiert; dies wirkt sich auf die Farbe des Glases aus. Abhängig von den Abkühlungsbedingungen kann Ni²&spplus; in dem Oxid mit 6 oder 4 koordinierenden Atomen auftreten, was sich auf die optische Absorption auswirkt. Die Absorption von Ni²&spplus; mit 6 koordinierenden Atomen liegt bei etwa 430 nm und führt zu einem gelben Farbton des Glases, während die Absorption von Ni²&spplus; mit 4 koordinierenden Atomen im Bereich von 500 bis 640 nm liegt. Der spektrale Farbanteil kann verringert werden, um den gewünschten Farbton zu erhalten, wenn Ni²&spplus; mit 4 koordinierenden Atomen vorliegt. Windschutzscheiben für Personenkraftwagen werden gewöhnlich durch Abschrecken mit Druckluft verstärkt, damit das Glas als Sicherheitsglas verwendet werden kann. Der Verstärkungsprozess durch Abschrecken mit Druckluft beeinflusst ebenfalls die Farbe, die durch NiO hervorgerufen wird. Entsprechend der vorliegenden Erfindung kann der gewünschte Farbton des Glases erhalten werden, ohne dass Se zugegeben wird, wenn das Glas im Verstärkungsprozess durch Abschrecken mit Druckluft verfärbt wird.
Der Bestandteil CeO&sub2; wird verwendet, um die UV-Absorption des Glases zu erhöhen, wobei das Cer in Form von Ce³&spplus;-Ionen oder in Form von Ce&sup4;&spplus;-Ionen in dem Glas vorliegt. Insbesondere Ce³&spplus;-Ionen führen zu einer hohen UV-Absorption, während die Absorption von sichtbarem Licht gering ist. Erfindungsgemäß wird Cer(III)oxid als CeO&sub2; angegeben und ist in der Gesamtmenge an CeO&sub2; enthalten.
Der Bestandteil TiO&sub2; wird verwendet, um die UV-Absorption des Glases, insbesondere in Kombination mit FeO, zu erhöhen. TiO&sub2; kann zugegeben werden, um die UV-Absorption des Glases zu erhöhen, wobei TiO&sub2; in solch einer Menge verwendet wird, so dass die nahezu neutrale Farbe, wie z. B. der türkisblaue oder dunkelgrüne Farbton, erhalten wird, oder um dem Glas einen gelben Farbton zu verleihen, so dass die gewünschte Farbe erhalten wird. Da CeO&sub2; und TiO&sub2; teuer sind, ist es bevorzugt, dass diese Bestandteile in einer Menge von nicht mehr als 2% zugegeben werden.
Ein Bestandteil oder mehrere Bestandteile, ausgewählt aus MnO, V&sub2;O&sub5;, MoO&sub3;, CuO, Cr&sub2;O&sub3; und dgl. können als Farbstoff zugegeben werden, und SnO&sub2; kann in einer Menge im Bereich von 0% bis 1% als Reduktionsmittel zugegeben werden, so dass eine mittlere Durchlässigkeit und eine nahezu neutrale Farbe, wie z. B. ein türkisblauer oder dunkelgrüner Farbton des Glases, erhalten werden. Weiterhin kann ZnO in einer Menge im Bereich von 0% bis 1% zugegeben werden, um die Bildung von Nickelsulfid-Ablagerungen zu verhindern.
Die Gesamtdurchlässigkeit des erfindungsgemäßen Glases für Sonnenenergie (TG) ist bevorzugt kleiner als die Durchlässigkeit für sichtbares Licht (YA), bestimmt unter Verwendung des C.I.E.-Standardbeleuchtungsmittels "A". Es ist bevorzugt, dass der YA- Wert im Bereich von 23 bis 50% und der TG-Wert im Bereich von 7 bis 35% liegt, gemessen bei einer Glasdicke von 4 mm. Es ist besonders bevorzugt, dass der YA-Wert im Bereich von 25 bis 40% und der TG-Wert im Bereich von 20 bis 35% liegt. Es ist bevorzugt, dass die Farbmesszahlen der Glasfarbe, dargestellt durch a* und b* im L*a*b*-Farbsystem, jeweils die Bedingungen -9 < a* < -6 und -3 < b* < 3 erfüllen.
Erfindungsgemäß ist es bevorzugt, dass der YA-Wert des Glases im Bereich von 10% bis 25% und der TG-Wert des Glases im Bereich von 10% bis 35% liegt, wenn die Dicke des Glases im Bereich von 3,1 bis 5 mm liegt. In diesem Fall ist es bevorzugt, dass die Farbmesszahlen der Glasfarbe, dargestellt durch a* und b* im L*a*b*-Farb- System, jeweils die Bedingungen -T < a* < -2 und -3 < b* < 7 erfüllen.
Die dominanten Wellenlängen der Erfindungsgemäßen Gläser liegen bevorzugt im Bereich von 480 bis 580 nm und der spektrale Farbanteil der erfindungsgemäßen Gläser liegt bevorzugt unterhalb von 11%, wenn die Messungen unter Verwendung des C.I.E.- Standardbeleuchtungsmittels "C" in einem Wellenlängenbereich von 380 bis 770 nm durchgeführt werden.
Das erfindungsgemäße Glas ist bevorzugt durch eine UV-Durchlässigkeit, bestimmt entsprechend ISO 9050, von weniger als 6% gekennzeichnet.

Beispiele

Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden genauer anhand von Beispielen beschrieben.

Beispiele 1 bis 33

Ein Glasrohmaterial wurde hergestellt, indem mindestens ein Bestandteil, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Eisen(III)oxid, Titanoxid, Ceroxid, Cobaltoxid, metallischem Selen und Nickeloxid, sowie ein kohlenstoffhaltiges Reduktionsmittel (genauer gesagt Kokspulver usw.) in einer Menge von etwa 0,01 Gewichtsteilen pro 100 Teilen des Glasrohmaterials in eine Standard-Natron-Kalk-Siliciumdioxid-Glaszusammensetzung gegeben wurden und das Gemisch gründlich durchmischt wurde. Das auf diese Weise hergestellte Glasrohmaterial wurde 4 Stunden lang in einem elektrischen Schmelzofen bei einer Temperatur von 1500ºC erwärmt und geschmolzen. Das geschmolzene Glas wurde auf eine Edelstahlplatte gegossen und über einen Zeitraum von 16 Stunden auf Raumtemperatur abgekühlt, wobei eine Glasplatte mit einer Dicke von 6 mm erhalten wurde. Die Glasplatte wurde dann poliert, um die Glasdicke auf 4 mm zu reduzieren und um eine Probe herzustellen. Dann wurden für jede Probe die Durchlässigkeit für sichtbares Licht unter Verwendung des C.I.E.-Beleuchtungsmittels A (YA), die Gesamtdurchlässigkeit für Sonnenenergie (TG), die UV-Durchlässigkeit entsprechend ISO 9050 (TUV), die dominante Wellenlänge, gemessen unter Verwendung des Beleuchtungsmittels C (DW) und der spektrale Farbanteil (Pe) bestimmt. Vor der Messung der optischen Eigenschaften wurden einige der Proben wieder erwärmt und dann mit Druckluft abgeschreckt, um die Proben zu verstärken.
Die Basisglaszusammensetzungen der Proben, der Gehalt an G-Fe&sub2;O&sub3;, das Verhältnis FeO (bezogen auf Fe&sub2;O&sub3;)/G-Fe&sub2;O&sub3;, der Gehalt an CoO, der Gehalt an Se, der Gehalt an NiO, der Gehalt an CeO&sub2; und der Gehalt an TiO&sub2; sind in den Tabellen 1 bis 4 angegeben. Die Zahlenangaben in den Tabellen sind, mit Ausnahme des Gehalts an CoO, des Gehalts an Se und des Gehalts an NiO, die in ppm angegeben sind, in Gew.-% angegeben. Die Prozentangaben für den Gehalt an SiO&sub2; wurden auf ganze Prozente auf- oder abgerundet. Die optischen Eigenschaften der jeweiligen Proben sind ebenfalls in den Tabellen 1 bis 4 angegeben.
Die Proben der Beispiele 1 bis 19 waren durch eine Lichtdurchlässigkeit für sichtbares Licht (YA) im Bereich von 23% bis 50%, durch eine Gesamtdurchlässigkeit für Sonnenenergie (TG) im Bereich von 7% bis 30% und durch eine UV-Durchlässigkeit (TUV) von weniger als 6% gekennzeichnet. Sie waren ebenfalls durch eine dominante Wellenlänge (DW), gemessen unter Verwendung des Beleuchtungsmittels C, im Bereich von 480 bis 525 nm sowie durch einen spektralen Farbanteil von weniger als 11% gekennzeichnet.
Die Gläser der Beispiele 2 bis 6, 110 und 11 zeigten, im Vergleich mit dem Glas von Beispiel 1, gleiche oder verbesserte Eigenschaften, obwohl sie kein NiO enthielten.
Die Gläser der Beispiele 7 bis 9 und 12 bis 16 zeigten, im Vergleich mit dem Glas von Beispiel 1, gleiche oder verbesserte Eigenschaften, obwohl sie kein Se enthielten.
Bei den Gläsern der Beispiele 2 bis 9 konnte die Belastung des Schmelzofens beim Schmelzen in Folge des geringen Gehalts an G-Fe&sub2;O&sub3; verringert werden.
Die Gläser der Beispiele 10 bis 16 waren durch eine verbesserte UV-Absorption und eine verbesserte IR-Absorption gekennzeichnet, da sie eine große Menge an G-Fe&sub2;O&sub3; enthielten.
Um die UV-Absorption zu erhöhen, wurden relativ große Mengen an TiO&sub2; zu den Gläsern der Beispiele 17 und 18 gegeben, und CeO&sub2; wurde zu dem Glas von Beispiel 19 gegeben. Die Gläser dieser Beispiele waren durch eine hohe UV-Absorption gekennzeichnet, während die Durchlässigkeit für sichtbares Licht und die Gesamtdurchlässigkeit für Sonnen-UV-Strahlung erhalten blieben.
Die Gläser der Beispiele 6, 7 und 14 waren durch eine hohe Durchlässigkeit für sichtbares Licht, eine hohe IR-Absorption und eine hohe UV-Absorption gekennzeichnet, so dass sie als Fensterscheiben für Fahrzeuge verwendet werden können, um eine Be- Schädigung von Materialien im Innenraum der Fahrzeuge in Folge der Sonneneinstrahlung zu verhindern und um ein Aufheizen des Innenraums der Fahrzeuge in Folge der Sonneneinstrahlung zu verhindern. Diese Gläser können deshalb als Schutzverglasungen mit einer Durchlässigkeit für sichtbares Licht, wie z. B. als Heckscheiben für Fahrzeuge, als Fensterscheiben für Gebäude und dgl., verwendet werden.
Die UV-Absorption und die IR-Absorption der Gläser der Beispiele 20 bis 27 sind relativ gering. Diese Proben enthalten kleinere Mengen an G-Fe&sub2;O&sub3;, und das Verhältnis FeO/G-Fe&sub2;O&sub3; ist relativ gering, so dass die Gläser leicht hergestellt werden können.
Die Gläser der Beispiele 21 bis 27 zeigten, im Vergleich mit den Gläsern der anderen Beispiele, gleiche oder verbesserte Eigenschaften, obwohl sie kein Se enthielten.
Das Glas des Beispiels 23 ist durch eine mittlere Durchlässigkeit für sichtbares Licht und durch eine geringe IR/UV-Durchlässigkeit gekennzeichnet.
Die Gläser der Beispiele 24, 26 und 27 sind durch eine geringe Durchlässigkeit für sichtbares Licht und durch eine geringe IR/UV-Durchlässigkeit gekennzeichnet.
In der Tabelle 4 sind Ergebnisse der Messungen der optischen Eigenschaften zusammengestellt, die vor und nach einem Verstärkungsprozess durch Abschrecken mit Druckluft erhalten wurden.
Die Gläser der Beispiele 28 bis 30 waren durch eine mittlere Durchlässigkeit für sichtbares Licht, eine geringe IR/UV-Durchlässigkeit und durch eine nahezu neutrale Farbe, wie z. B. einen türkisblauen oder dunkelgrünen Farbton, gekennzeichnet. Die UV-Durchlässigkeit veränderte sich durch den Verstärkungsprozess um etwa 1,5%.
Die Gläser der Beispiele 31 bis 33 waren durch eine geringe Durchlässigkeit für sichtbares Licht und durch eine geringe IR/UV-Durchlässigkeit gekennzeichnet. Die UV-Durchlässigkeit veränderte sich durch den Verstärkungsprozess um etwa 2%.
Die Gläser der Beispiele 28 bis 33 waren nach dem Verstärkungsprozess durch einen bevorzugten Farbton, d. h. durch eine nahezu neutrale graue Farbe, gekennzeichnet. Fig. 1 ist ein a*/b*-Farbdiagramm, das zeigt, wie sich die Farbtöne der Gläser der zuvor angegebenen Beispiele während des Verstärkungsprozesses verändern.
Aus dem Diagramm ist ersichtlich, dass sich alle a*/b*-Punkte während des Verstärkungsprozesses in Richtung des Nullpunktes verschieben, so dass die Farben näher an den gewünschten Farbtönen, d. h. näher an nahezu neutralen Farben mit einem verringerten spektralen Farbanteil, liegen.
Wenn die Glaszusammensetzungen der zuvor angegebenen Beispiele als Windschutzscheiben für Fahrzeuge oder als Fensterscheiben für Gebäude verwendet werden, können in den Fahrzeugen oder Gebäuden befindliche Materialien vor einer Beschädigung in Folge der Sonneneinstrahlung geschützt werden, und die Gläser können als Schutzverglasung verwendet werden.

Vergleichsbeispiele 1 bis 4

In Tabelle 5 sind die Glasbestandteile und die optischen Eigenschaften der Gläser der Vergleichsbeispiele angegeben, die in der gleichen Weise wie die Gläser der Beispiele 1 bis 33 hergestellt wurden, mit der Ausnahme, dass andere Glaszusammensetzungen verwendet wurden.
Die Gläser der Vergleichsbeispiele 1 bis 4 enthielten Bestandteile in Mengen, die außerhalb der erfindungsgemäßen Bereiche lagen. Das Glas des Vergleichsbeispiels 1 enthielt NiO als Farbstoff in einer Menge, die außerhalb des beanspruchten Bereichs lag, und das Glas des Vergleichsbeispiels 2 enthielt G-Fe&sub2;O&sub3; in einer Menge, die außerhalb des beanspruchten Bereichs lag. Das Glas des Vergleichsbeispiels 3 enthielt die gleichen Bestandteile wie das Glas, das in dem Beispiel der zuvor genannten ungeprüften veröffentlichten japanischen Patentanmeldung Nr. 8-157232 beschrieben wird, und das Glas des Vergleichsbeispiels 4 enthielt die gleichen Bestandteile wie das Glas, das in dem Beispiel des zuvor genannten US-Patents Nr. 5393593 beschrieben wird. Die optischen Eigenschaften des Glases entsprechend Vergleichsbeispiel 3 wurden auf ein Glas mit einer Glasdicke von 5 mm umgerechnet, und die optischen Eigenschaften des Glases entsprechend Vergleichsbeispiel 4 wurden auf ein Glas mit einer Glasdicke von 3,9 mm umgerechnet.
Die Ergebnisse in Tabelle 5 zeigen, dass die Gläser der Vergleichsbeispiele 1 und 2, verglichen mit den Gläsern der erfindungsgemäßen Beispiele, keine nahezu neutrale Farbe, wie z. B. einen türkisblauen oder dunkelgrünen Farbton, besitzen und nicht durch eine geringe oder mittlere Durchlässigkeit für sichtbares Licht, eine geringe IR-Durchlässigkeit und eine geringe UV-Durchlässigkeit gekennzeichnet sind. Die Herstellungskosten für die Gläser der Vergleichsbeispiele 3 und 4 sind hoch und die Herstellung ist im Hinblick auf den Umweltschutz problematisch, da diese Gläser große Mengen an Se enthalten, das teuer und giftig ist.
Wie zuvor beschrieben wurde, kann entsprechend der vorliegenden Erfindung ein UV- und IR-Strahlung absorbierenden Glas mit einer geringen Durchlässigkeit bereitgestellt werden, das sich durch eine geringe oder mittlere Durchlässigkeit für sichtbares Licht, eine geringe Gesamtdurchlässigkeit für Sonnenenergie, eine geringe UV-Durchlässigkeit und eine nahezu neutrale Farbe, wie z. B. einen türkisblauen oder dunkelgrünen Farbton, auszeichnet.
Das erfindungsgemäße UV- und IR-Strahlung absorbierende Glas mit einer geringen Durchlässigkeit, das sich durch eine nahezu neutrale Farbe, wie z. B. einen türkisblauen oder dunkelgrünen Farbton, auszeichnet, kann verwendet werden, um eine Beschädigung oder Verfärbung von Materialien in Folge von Sonneneinstrahlung zu verhindern; das erfindungsgemäße Glas kann als Schutzverglasung eingesetzt werden, wenn es als Heckscheibe für ein Fahrzeug, als Fensterscheibe für ein Gebäude oder dgl. verwendet wird. Tabelle 1 Tabelle 2 Tabelle 3 Tabelle 4 Tabelle 5

Claims

1. UV- und IR-Strahlung absorbierendes Glas mit einer geringen Durchlässigkeit, bestehend aus einem Basisglas, umfassend:

0 bis 5 Gew.-% Al&sub2;O&sub3;,

0 bis 10 Gew.-% MgO,

5 bis 15 Gew.-% CaO, wobei die Gesamtmenge an MgO und CaO im Bereich von 5 bis 15 Gew.-% liegt,

10 bis 18 Gew.-% Na&sub2;O,

0 bis 5 Gew.-% K&sub2;O, wobei die Gesamtmenge an Na&sub2;O und K&sub2;O im Bereich von 10 bis 20 Gew.-% liegt, und

0 bis 5 Gew.-% B&sub2;O&sub3;,

und Farbstoffen, umfassend:

1, 2 bis 2,2 Gew.-% Gesamteisenoxid (G-Fe&sub2;O&sub3;), bezogen auf Fe&sub2;O&sub3;,

0,001 bis 0,03 Gew.-% CoO und

0,0001 bis 0,0008% Se und/oder 0,003 bis 0,2% NiO,

mit der Maßgabe, dass Gläser mit mehr als 1,0 bis 3,0% TiO&sub2; ausgenommen sind.

2. UV- und IR-Strahlung absorbierendes Glas mit einer geringen Durchlässigkeit nach Anspruch 1, wobei der Gehalt an G-Fe&sub2;O&sub3; gleich oder größer als 1,2 Gew.-% und kleiner als 1,8 Gew.-% ist.

3. UV- und IR-Strahlung absorbierendes Glas mit einer geringen Durchlässigkeit nach Anspruch 1, wobei dar Gehalt an G-Fe&sub2;O&sub3; im Bereich von 1,8 Gew.-% bis 2,2 Gew.-% liegt.

4. UV- und IR-Strahlung absorbierendes Glas mit einer geringen Durchlässigkeit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Gehalt an CoO im Bereich von 0,001 Gew.-% bis 0,018 Gew.-% liegt.

5. UV- und IR-Strahlung absorbierendes Glas mit einer geringen Durchlässigkeit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Gehalt an Se im Bereich von 0,0001 Gew.-% bis 0,0004 Gew.-% liegt.

6. UV- und IR-Strahlung absorbierendes Glas mit einer geringen Durchlässigkeit nach einem der Ansprüche 11 bis 5, wobei der Gehalt an NiO gleich oder größer als 0,003 Gew.-% und kleiner als 0,05 Gew.-% ist.

7. UV- und IR-Strahlung absorbierendes Glas mit einer geringen Durchlässigkeit nach Anspruch 6, wobei der Gehalt an NiO im Bereich von 0,05 Gew.-% bis 0,2 Gew.-% liegt.

8. UV- und IR-Strahlung absorbierendes Glas mit einer geringen Durchlässigkeit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Farbstoff weiterhin CeO&sub2; in einer Menge von nicht mehr als 2,0 Gew.-% umfasst.

9. UV- und IR-Strahlung absorbierendes Glas mit einer geringen Durchlässigkeit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Gehalt an FeO, bezogen auf Fe&sub2;O&sub3;, im Bereich von 15 bis 40% des Gesamteisenoxids liegt.

10. UV- und IR-Strahlung absorbierendes Glas mit einer geringen Durchlässigkeit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Gesamtdurchlässigkeit des Glases für Sonnenenergie (TG) kleiner als die Durchlässigkeit für sichtbares Licht (YA) ist, bestimmt unter Verwendung des C.I.E.-Beleuchtungsmittels A, und wobei der YA- Wert im Bereich von 23% bis 50% und der TG-Wert im Bereich von 7% bis 35% liegt, bezogen auf eine Glasdicke von 4,0 mm.

11. UV- und IR-Strahlung absorbierendes Glas mit einer geringen Durchlässigkeit nach Anspruch 10, wobei der YA-Wert im Bereich von 25% bis 40% und der TG- Wert im Bereich von 20% bis 35% liegt.

12. UV- und IR-Strahlung absorbierendes Glas mit einer geringen Durchlässigkeit nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Farbmesszahlen der Glasfarbe, dargestellt durch a* und b* im L*a*b*-Farbsystem, jeweils die Bedingungen -9 < a* < -6 und -3 < b* < 3 erfüllen.

13. UV- und IR-Strahlung absorbierendes Glas mit einer geringen Durchlässigkeit nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der YA-Wert des Glases im Bereich von 10% bis 25% und der TG-Wert des Glases im Bereich von 10% bis 35% liegt, bezogen auf eine Glasdicke im Bereich von 3,1 mm bis 5 mm.

14. UV- und IR-Strahlung absorbierendes Glas mit einer geringen Durchlässigkeit nach Anspruch 13, wobei die Farbmesszahlen der Glasfarbe, dargestellt durch a* und b* im L*a*b*-Farbsystem, jeweils die Bedingungen -7 < a* < -2 und -3 < b* < 7 erfüllen.

15. UV- und IR-Strahlung absorbierendes Glas mit einer geringen Durchlässigkeit nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die UV-Durchlässigkeit des Glases, bestimmt entsprechend ISO, nicht größer als 6% ist.

16. UV- und IR-Strahlung absorbierendes Glas mit einer geringen Durchlässigkeit nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die dominante Wellenlänge des Glases im Bereich von 480 bis 525 nm liegt, gemessen bei einer Glasdicke von 4 mm unter Verwendung des Beleuchtungsmittels C.

17. UV- und IR-Strahlung absorbierendes Glas mit einer geringen Durchlässigkeit nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei der spektrale Farbanteil des Glases unterhalb von 11% liegt, gemessen bei einer Glasdicke von 4 mm unter Verwendung des Beleuchtungsmittels C.