WO2015052436A1 - Procédé de formation d'une couche de verre colore sur un substrat verrier par pyrolyse a la flamme - Google Patents

Procédé de formation d'une couche de verre colore sur un substrat verrier par pyrolyse a la flamme Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to the production of colored glass articles.
  • Colored glass can, on the other hand, be obtained by thin layers, such as formed by cathodic sputtering, in particular magneto-assisted. However, the color is obtained by interference, and can only be on one side: either in transmission or in reflection, but not both.
  • a colored coating by gel sol For example, a glass substrate may be printed by means of a ground gel solution by screen printing or other technique.
  • the sol gel coating must be dried and cured to exhibit the desired color and mechanical strength. This process is relatively long and can be implemented only outside the production line.
  • the aim of the invention was to obtain colored glass in a simple and practical manner, not particularly requiring the modification of the raw material composition of a glass substrate, which is relatively short in time, and which can be put into work on glass substrate production line.
  • the invention which, accordingly, relates to a method of forming a colored glass layer on a glass substrate by flame pyrolysis of a solution containing at least one precursor of an oxide of cobalt, iron, manganese, chromium, silver, copper, gold or selenium, alone or as a mixture of several of them.
  • the color of the glass thus coated is visible in transmission as in reflection.
  • Flame pyrolysis (flame pyrolysis) requires a simple installation that can easily be integrated on a float, for example.
  • Various colors can be obtained in this way: blue with cobalt oxide, manganese, yellow with chromium oxide, silver oxide, red oxide with copper oxide, violet with manganese oxide, pink and ruby red with a gold oxide, yellow orange to red with a selenium oxide.
  • colors such as green, gray and brown can be obtained, and each color in various shades.
  • precursors in solution are brought to and then decomposed in a burner, into glass nanoparticles which are deposited on said glass substrate at a temperature of between room temperature and 600 ° C .;
  • said precursors consist of organometallic compounds and / or salts
  • said precursors are soluble in alcoholic solution
  • the distance from the burner to the glass substrate is at most equal to 10 mm, preferably to 8 mm and particularly preferably to 6 mm; thus obtaining a layer of colored glass which is dense, as can be characterized by scanning electron microscope; the further away the burner from the substrate, the larger the deposited particles, the formed layer becomes porous until it is in the form of a powder no longer constituting a layer.
  • the distance from the burner to the glass substrate is at least 2 mm.
  • the invention also relates to a glass substrate coated with a colored glass layer obtained by a method as described above, characterized in that the thickness of the colored glass layer is between 50 and 10,000 nm.
  • Flame pyrolysis is formed by a blue glass layer on a soda-lime glass sample of 10 cm ⁇ 10 cm by flame pyrolysis. The above solution is projected onto the sample in the flame through the orifice of a slot-shaped burner 20 cm in length.
  • the burner is moved over the glass sample at a constant distance of 5 mm and at a speed of 3 m / min.
  • the glass sample is at a temperature between 450 and 600 ° C.
  • the thickness of the deposited layer is between 200 and 600 nm.
  • the coated sample is blue in transmission and reflection.
  • Cobalt acetylacetonate contains, in% by mass:
  • Example 1 The conditions of Example 1 are reproduced, but with a flow rate of the precursor solution of 1 ml / min.
  • the distance from the burner to the glass sample is 4 mm.
  • the sample is at a temperature between 500 and 600 ° C.
  • the thickness of the deposited layer is between 50 and 150 nm.
  • the coated sample is blue in transmission and reflection.
  • Example 2 is repeated, further using as CaO precursor calcium methoxyethoxide.
  • composition of the blue glass layer formed by flame pyrolysis is, in% by mass:
  • the formed layer is dense, as can be observed under a scanning electron microscope.

Abstract

L'invention concerne : - un procédé de formation d'une couche de verre coloré sur un substrat verrier par pyrolyse à la flamme d'une solution contenant au moins un précurseur d'un oxyde de cobalt, de fer, de manganèse, de chrome, d'argent, de cuivre, d'or ou de sélénium, seul ou en mélange de plusieurs d'entre eux; et - un substrat verrier revêtu d'une couche de verre coloré obtenu par un tel procédé.

Description

PROCEDE DE FORMATION D'UNE COUCHE DE VERRE COLORE SUR UN SUBSTRAT VERRIER PAR PYROLYSE A LA FLAMME
L'invention a trait à la production d'articles en verre coloré.
La couleur d'un verre lui est donnée par sa composition.
Ainsi, lorsque l'on souhaite passer d'une production de verre incolore ou blanc à celle de verre coloré, ou d'une production de verre coloré à celle de verre d'une autre couleur, on peut tout d'abord penser à changer la composition des matières premières sur une même installation. Cependant, le verre obtenu dans la phase transitoire, avant stabilisation de la nouvelle couleur recherchée, l'est en quantité importante, et doit être jeté.
Du verre coloré peut d'autre part être obtenu par des couches minces, telles que formées par pulvérisation cathodique, notamment assistée par magnétron. Cependant, la couleur est obtenue par interférence, et ne peut donc l'être que d'un côté : soit en transmission, soit en réflexion, mais pas les deux.
Une autre voie consiste à former un revêtement coloré par sol gel. Par exemple, un substrat verrier peut être imprimé au moyen d'une solution sol gel par sérigraphie ou autre technique. Le revêtement sol gel doit être séché et durci pour présenter la couleur et la résistance mécanique désirée. Ce procédé est relativement long et ne peut être mis en œuvre qu'en dehors de la ligne de production.
L'invention a eu pour objectif l'obtention de verre coloré d'une manière simple et pratique, ne nécessitant pas notamment la modification de la composition de matières premières d'un substrat verrier, relativement courte dans le temps, et pouvant être mise en œuvre sur ligne de production du substrat verrier.
Cet objectif est atteint par l'invention qui, en conséquence, a pour objet un procédé de formation d'une couche de verre coloré sur un substrat verrier par pyrolyse à la flamme d'une solution contenant au moins un précurseur d'un oxyde de cobalt, de fer, de manganèse, de chrome, d'argent, de cuivre, d'or ou de sélénium, seul ou en mélange de plusieurs d'entre eux. La couleur du verre ainsi revêtu est visible en transmission comme en réflexion. La pyrolyse à la flamme (en anglais flame pyrolysis) nécessite une installation simple pouvant facilement être intégrée sur un float, par exemple.
Des couleurs variées peuvent être obtenues de cette manière : bleu avec un oxyde de cobalt, de manganèse, jaune avec un oxyde de chrome, d'argent, rouge avec un oxyde de cuivre, violet avec un oxyde de manganèse, rose et rouge rubis avec un oxyde d'or, jaune orangé à rouge avec un oxyde de sélénium. En faisant varier la composition d'oxydes métalliques, on peut obtenir des couleurs telles que vert, gris et brun, et chaque couleur en nuances variées.
Selon d'autres caractéristiques préférées du procédé de l'invention :
- des précurseurs en solution sont amenés, puis décomposés dans un brûleur, en nanoparticules de verre qui sont déposées sur ledit substrat verrier à une température comprise entre la température ambiante et 600 °C ;
- lesdits précurseurs consistent en composés organométalliques et/ou en sels ;
- lesdits précurseurs sont solubles en solution alcoolique ;
- la distance du brûleur au substrat verrier est au plus égale à 10 mm, de préférence à 8 mm et de manière particulièrement préférée à 6 mm; ainsi obtient-on une couche de verre coloré qui est dense, comme on peut le caractériser au microscope électronique à balayage ; plus on éloigne le brûleur du substrat, plus les particules déposées sont grosses, la couche formée devient poreuse jusqu'à se présenter sous forme d'une poudre ne constituant plus une couche. La distance du brûleur au substrat verrier est au moins égale à 2 mm.
L'invention a également pour objet un substrat verrier revêtu d'une couche de verre coloré obtenu par un procédé tel que décrit précédemment, caractérisé en ce que l'épaisseur de la couche de verre coloré est comprise entre 50 et 10 000 nm.
L'invention est maintenant illustrée par les exemples suivants.
Exemple 1
On prépare une solution à 1 % en masse d'acétylacétonate de cobalt de composition suivante (quantités indiquées en grammes) : Ethanol absolu 480 (g)
Tétraéthoxysilane (TEOS) 65
Tri-sec-butoxyde d'aluminium 10
T éthoxyborane 55
Méthoxyéthoxyde de magnésium 5
Méthoxyéthoxyde de calcium 8
t-butoxyde de potassium 3
acétylacétonate de cobalt 1 ,5
acide chlorhydrique 2
On forme par pyrolyse à la flamme une couche de verre bleu sur un échantillon de verre sodocalcique de 10 cm X 10 cm par pyrolyse à la flamme. La solution ci-dessus est projetée sur l'échantillon dans la flamme par l'orifice d'un brûleur en forme de fente de 20 cm de longueur.
Les débits mis en œuvre dans le brûleur sont de
2 ml/min de la solution ci-dessus,
160 l/min d'air et
8 l/min de propane.
Le brûleur est déplacé au-dessus de l'échantillon de verre, à distance constante de 5 mm et à une vitesse de 3 m/min.
L'échantillon de verre est à température comprise entre 450 et 600 °C.
On effectue trente passages du brûleur au-dessus de l'échantillon.
L'épaisseur de la couche déposée est comprise entre 200 et 600 nm.
L'échantillon revêtu est bleu en transmission et en réflexion.
Exemple 2
On prépare une solution de 500 ml dans l'éthanol de précurseurs d'oxydes suivants :
Tétraéthoxysilane
Théthoxyborane
Nitrate de sodium
Ethoxyde de lithium et
Acétylacétonate de cobalt. Les quantités sont telles que le verre bleu de la couche que l'on forme par pyrolyse à la flamme contient, en % en masse :
SiO2 56 (%)
B2O3 12
Na2O 28
LiO 2
CoO 2
On reproduit les conditions de l'exemple 1 , mais avec un débit de la solution de précurseurs de 1 ml/min.
La distance du brûleur à l'échantillon de verre est de 4 mm.
L'échantillon est à une température comprise entre 500 et 600 °C.
On effectue ici douze passages du brûleur au-dessus de l'échantillon.
L'épaisseur de la couche déposée est comprise entre 50 et 150 nm. L'échantillon revêtu est bleu en transmission et en réflexion.
Exemple 3
On reproduit l'exemple 2, en utilisant de plus, comme précurseur de CaO, le méthoxyéthoxyde de calcium.
La composition de la couche de verre bleu formée par pyrolyse à la flamme est, en % en masse :
SiO2 74 (%)
Na2O 14
CaO 10,2
CoO 1 ,8
Les conditions opératoires et les observations sur la produit obtenu sont les mêmes qu'à l'exemple 2.
Dans les trois exemples, la couche formée est dense, comme on peut l'observer au microscope électronique à balayage.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé de formation d'une couche de verre coloré sur un substrat verrier par pyrolyse à la flamme d'une solution contenant au moins un précurseur d'un oxyde de cobalt, de fer, de manganèse, de chrome, d'argent, de cuivre, d'or ou de sélénium, seul ou en mélange de plusieurs d'entre eux.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que des précurseurs en solution sont amenés, puis décomposés dans un brûleur, en nanoparticules de verre qui sont déposées sur ledit substrat verrier à une température comprise entre la température ambiante et 600 °C.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits précurseurs consistent en composés organométalliques et/ou en sels.
4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits précurseurs sont solubles en solution alcoolique.
5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la distance du brûleur au substrat verrier est au plus égale à 10 mm.
6. Substrat verrier revêtu d'une couche de verre coloré obtenu par un procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'épaisseur de la couche de verre coloré est comprise entre 50 et 10 000 nm.
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