專利名稱：玻璃組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種玻璃組合物。更具體地說，本發(fā)明涉及一種包含氧化鐵的用于生產(chǎn)高性能綠色玻璃的玻璃組合物?！案咝阅堋辈Ａ瞧渲胁ＡУ耐腹庑詷O大超過其傳熱性的那些。
如果玻璃用于汽車，玻璃的透光性特別重要。這是因為，許多國家要求所有的B位(B-post)前的車輛窗戶具有至少70％的透光率。傳熱性通常由簡稱“DSHT”表示，它代表直接太陽能傳熱性。傳熱性取決于該玻璃吸收電磁譜的紅外區(qū)中、和在較低程度上，該光譜的可見光部分中的輻射的能力。在某些情況下，還需要吸收光譜的紫外區(qū)中的輻射。氧化鐵是玻璃組合物中的熟知著色劑，優(yōu)點在于，它由亞鐵和三價鐵兩者的混合物組成。亞鐵吸收光譜的紅外輻射，而三價鐵則吸收光譜的紫外區(qū)輻射。
為了生產(chǎn)高性能玻璃，顯然需要在加入玻璃組合物的鐵中增加亞鐵與三價鐵的比率。然而，尤其是當(dāng)玻璃由浮法工藝制成時，僅增加亞鐵含量是不可能的。一個問題是，鐵是一種非常良好的吸熱體。它能夠吸收熔化罐中的熱，因此該罐的底部變冷卻。這時，玻璃變得更難以熔化，因此出現(xiàn)失透和硅石浮渣的問題?？梢允褂锰厥獾募夹g(shù)，如真空精制在玻璃中獲得高的亞鐵比率。但這類技術(shù)運行成本極高。獲得高亞鐵比率的一種更常用方式是在原料的批料中使用還原劑，如碳。但碳的使用也會帶來硅石浮渣的問題。順便指出，硅石浮渣是一層位于熔化玻璃表面上的未溶解硅石，而且在極端情況下會形成一個延伸到玻璃整個表面上的浮塊層。
為了盡量減少該問題，通常將硫酸鹽加入批料中。這種硫酸鹽一般為硫酸鈉或硫酸鈣的形式。但硫酸鹽并非僅是有助于熔化玻璃的試劑，而且還可用作氧化劑。即，硫酸鹽往往與碳反應(yīng)，留下較少的用于將三價鐵還原成亞鐵的碳。因此，盡管碳的加入似乎是一種增加玻璃中亞鐵比率的簡單方法，但它實際上沒有實現(xiàn)或至少不理想。
大多數(shù)玻璃還包含鈉。在許多專利說明書中，鈉的存在量據(jù)說為10-20％。但實際上，鈉的存在量為12-13％。這有三個主要原因。首先，組合物中鈉的量越高，玻璃的成本越高。更重要的是，玻璃中的高含量鈉對玻璃的粘度有不利影響。與使用高含量鈉有關(guān)的第三個主要問題在于，由其制成的玻璃耐久性低，通常表現(xiàn)為玻璃的侵蝕，這對玻璃的使用者是不可接受的。
鈣也用于玻璃，但缺點在于，如果大量使用，它會造成失透。在該問題發(fā)生之前的近似上限為11％重量。鎂也用于玻璃。如果鎂在玻璃中的含量降低，常規(guī)浮法玻璃中通常集中在1050納米附近的最低亞鐵吸收移向較長波長。這同時導(dǎo)致透光性的提高和太陽能傳熱性的下降，這在高性能玻璃中都明顯有益。此外，鎂一般是批料中的一種昂貴組分，因此其去除可降低玻璃的成本。但鎂會減慢玻璃中晶體生長的速率，因此其去除意味著增加晶體生長速率，這本身使失透明顯。此外，鎂據(jù)說能提高玻璃的耐久性，且一般認(rèn)為，其去除對玻璃的耐久性影響不利。
本發(fā)明尋求提供一種含鐵的綠色玻璃組合物，它在超過30％的亞鐵含量下性能超過28％，最好超過30％以上，但容易熔化而沒有此前概括的缺點。
按照本發(fā)明，提供了一種綠色玻璃組合物，它包含至少14.5％重量的Na2O、至少10.5％的CaO、和至少0.5％的總量鐵(以Fe2O3度量)，所述玻璃基本上無鎂，如此生產(chǎn)的玻璃的亞鐵值至少為30％且性能(透光性減去直接太陽能傳熱性)在2.8-5毫米的至少一個厚度下至少為28％。
本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員容易看出，使用“無鎂”表示沒有將鎂加入該組合物。但鎂可作為批料中的雜質(zhì)或痕量元素或作為來自以前爐中操作的殘余夾帶物存在于玻璃中。因此，實際上，鎂在該組合物中的最大量不太可能超過總組合物的約0.2％重量。
我們已經(jīng)驚人地發(fā)現(xiàn)，這種組合物提供了一種在其透光性和其DSHT之間相差至少28個百分點，通常超過30％的玻璃。即便亞鐵值超過30％，該組合物也可在浮法爐中熔化，同時避免或至少盡量減少已有技術(shù)所預(yù)期的缺點。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案中，所得玻璃的透光率至少為70％且性能至少為30％。
理想的是，該玻璃包含至少0.8％的總量鐵。亞鐵值有利地至少為35％。
我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果該組合物包含超過常規(guī)量的鈉和鈣兩者，那么該組合物更容易熔化。這樣，可以減少通常加入批料組合物中僅幫助熔化的硫酸鹽的量。三價鐵至亞鐵的還原通過使用最常見為碳的還原劑來進行。但如上所述，容易理解，如果還原劑和氧化劑，如硫酸鹽同時存在于批料中，它們可相互抵銷，因此不能實現(xiàn)所需的亞鐵比率。但在本發(fā)明中，幫助熔化所需的硫酸鹽的量可以減少。因此，顯然，碳不是硫酸鹽而用作三價鐵的還原劑，因此可以實現(xiàn)高亞鐵比率。相反，硫酸鹽的量可在增加碳量的同時基本上保持恒定。
然而，存在于組合物中的過量鈣可造成爐中的失透問題。為此，CaO在該組合物中的量最好局限于12％的上限值，但優(yōu)選低于11％。
本發(fā)明的組合物可沒有鉀和鋁(除了作為砂中雜質(zhì)存在的量)。但任一這些物質(zhì)或兩者可根據(jù)需要存在于本發(fā)明的組合物中。鉀可增加玻璃的熱膨脹系數(shù)，而鋁可提高玻璃的耐久性。如果存在，鉀的量最好低于或等于1％。類似地，局限于最高1.6％的鋁量是優(yōu)選的。
此外，鋯也可存在于該組合物中以提高玻璃的耐久性，但其量優(yōu)選不超過1％。
此外，鈦可存在于該組合物中。鈦的優(yōu)點在于，它能夠降低玻璃的紫外透過性，這樣比起亞鐵，可增強由三價鐵在玻璃中產(chǎn)生的效果。
關(guān)于此，該組合物中最好包括鈦，且所述鈦為鈦鐵礦的形式。鈦鐵礦是鈦酸亞鐵，因此也有助于生產(chǎn)具有高亞鐵比率的玻璃。但如果存在，鈦的量(以TiO2度量)有利地局限于最高1％。有利的是，鈦的量為0.20-0.60％。
鈰和/或釩也可包含在該組合物中，兩者都用作紫外線的吸收劑。
由本發(fā)明組合物制成的玻璃板材在5毫米厚度下可具有至少28％的性能。如果玻璃制成較薄，例如2.8毫米，那么本發(fā)明組合物可使這類玻璃的性能至少為28％。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案中，玻璃板材由包含70-75％(重量)SiO2、0.25-0.55％TiO2、和0.75-0.95％Fe2O3的組合物制成，所述玻璃的亞鐵值為33-37％且在標(biāo)稱厚度4毫米下的透光率至少為70％。
另一優(yōu)選實施方案提供了一種由包含70-75％(重量)SiO2、0.25-0.45％TiO2、和0.95-1.05％Fe2O3的組合物制成的玻璃板材，所述玻璃的亞鐵值為33-37％且在標(biāo)稱厚度3.15毫米下的透光率至少為70％。
在一個進一步優(yōu)選的實施方案中，提供了一種由包含70-75％(重量)SiO2、0.50-0.65％Fe2O3、和0.25-0.55％TiO2的組合物制成的玻璃板材，所述玻璃的亞鐵值為33-37％且在標(biāo)稱厚度4.6毫米下的透光率至少為70％。
在所有上述情況下，玻璃為整體形式。但在每種情況下，特別是在剛好以上的段落中描述的情況下，該玻璃可以是包含夾有中間層的兩個玻璃板材的層壓品的形式。在這種情況下，至少一個玻璃板材，優(yōu)選兩者由按照本發(fā)明的組合物制成。這時的中間層有利地為聚乙烯醇縮丁醛。
本發(fā)明僅說明性地通過以下實施例進一步描述。在這些實施例中，表1給出了按照本發(fā)明的許多玻璃的組成，表2給出了表1玻璃的各種物理和光學(xué)性能，且表3給出了出現(xiàn)在表1和2中的轉(zhuǎn)化成不同厚度的某些玻璃的細節(jié)。
在表2中，透光性使用發(fā)光體A來測定，后者是本領(lǐng)域熟知的。直接太陽能傳熱性按照國際標(biāo)準(zhǔn)9050(ISO9050)，在350-2100納米的范圍內(nèi)，在氣團(Air mass)2下測定。表2所述的紫外線透過率按照同樣為本領(lǐng)域熟知的Parry-Moon矩形原則來測定。類似地，a*和b*值是按照Cie-Lab體系，在發(fā)光體C下測定的玻璃的顏色坐標(biāo)。Cie-Lab體系和發(fā)光體C兩者都是本領(lǐng)域熟知的術(shù)語。
表1
表2
表3
本發(fā)明的玻璃主要用于汽車。如果以層壓形式使用，可以在具有本發(fā)明組合物的玻璃板材和具有合適性能的第二玻璃板材之間夾有合適層壓材料，例如聚乙烯醇縮丁醛的膜。但優(yōu)選的是，該層壓膜夾在兩片具有本發(fā)明組合物的玻璃之間。容易理解，為了滿足許多國家，特別是關(guān)于位于B位前方的光的法律要求，該層壓結(jié)構(gòu)必須具有至少70％的透光率。顯然，最好選擇構(gòu)成該層壓品外層的玻璃，這樣該層壓結(jié)構(gòu)的性能仍不低于28％。
本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員容易看出，可以對本發(fā)明玻璃進行各種小改變而不背離其范圍。因此，本發(fā)明玻璃可例如用于建筑場合。
權(quán)利要求
1．一種綠色玻璃組合物，它包含至少14.5％重量的Na2O、至少10.5％的CaO、和至少0.5％的總量鐵(以Fe2O3度量)，所述玻璃基本上無鎂，如此生產(chǎn)的玻璃的亞鐵值至少為30％且性能(透光性減去直接太陽能傳熱性)在2.8-5毫米的至少一個厚度下至少為28％。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所要求的組合物，其中CaO的量等于或低于12％。
3．根據(jù)權(quán)利要求2所要求的組合物，其中CaO的量低于11％。
4．根據(jù)任何前述權(quán)利要求所要求的組合物，它還包含最高量為1％重量的K2O。
5．根據(jù)任何前述權(quán)利要求所要求的組合物，它還包含最高量為1％重量的TiO2。
6．根據(jù)權(quán)利要求5所要求的組合物，其中TiO2的存在量為0.20-0.60％重量。
7．根據(jù)權(quán)利要求6所要求的組合物，其中所述TiO2源為鈦鐵礦。
8．根據(jù)任何前述權(quán)利要求所要求的組合物，它還包含最高量為1.6％重量的Al2O3。
9．根據(jù)任何前述權(quán)利要求所要求的組合物，它還包含最高量為1％重量的ZrO2。
10．根據(jù)任何前述權(quán)利要求所要求的組合物，它還包含CeO2和V2O5中的至少一種。
11．一種玻璃板材，它具有根據(jù)任何前述權(quán)利要求所要求的組合物，該玻璃板材在2.8毫米厚度下的性能至少為28％。
12．一種玻璃板材，它具有根據(jù)權(quán)利要求1-10中任何一項所要求的組合物，該玻璃板材在5毫米厚度下的性能至少為28％。
13．一種玻璃板材，它具有根據(jù)權(quán)利要求1-10中任何一項所要求的組合物，該玻璃板材透光率至少為70％。
14．一種由根據(jù)權(quán)利要求1-10中任何一項所要求的組合物形成的玻璃板材，所述組合物包含70-75％(重量)SiO2、0.25-0.55％TiO2、和0.75-0.95％Fe2O3，所述玻璃的亞鐵值為33-37％且在標(biāo)稱厚度4毫米下的透光率至少為70％。
15．一種由根據(jù)權(quán)利要求1-10中任何一項所要求的組合物形成的玻璃板材，所述組合物包含70-75％(重量)SiO2、0.25-0.45％TiO2、和0.95-1.05％Fe2O3，所述玻璃的亞鐵值為33-37％且在標(biāo)稱厚度3.15毫米下的透光率至少為70％。
16．一種由根據(jù)權(quán)利要求1-10中任何一項所要求的組合物形成的玻璃板材，所述組合物包含70-75％(重量)SiO2、0.50-0.65％Fe2O3、和0.25-0.55％TiO2，所述玻璃的亞鐵值為33-37％且在標(biāo)稱厚度4.6毫米下的透光率至少為70％。
17．一種由根據(jù)任何前述權(quán)利要求所要求的組合物形成的整體形式的玻璃。
18．一種包括由中間層分開的兩個玻璃板材的層壓品，其中至少一個所述玻璃板材由根據(jù)權(quán)利要求1-15中任何一項所要求的組合物形成。
19．根據(jù)權(quán)利要求17所要求的層壓品，其中所述玻璃板材都由根據(jù)權(quán)利要求1-15中任何一項所要求的組合物形成。
20．根據(jù)權(quán)利要求17或權(quán)利要求18所要求的層壓品，其中所述中間層是聚乙烯醇縮丁醛。
21．一種層壓品，包括由根據(jù)權(quán)利要求15所要求的組合物形成的厚度分別為2.3毫米的兩個玻璃板材和聚乙烯醇縮丁醛中間層，所述層壓品的透光率至少為70％。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種高性能綠色玻璃組合物,包含至少14.5%重量的Na
文檔編號C03C4/08GK1320106SQ9981151
公開日2001年10月31日 申請日期1999年11月12日 優(yōu)先權(quán)日1998年11月18日
發(fā)明者A·C·托爾, L·S·布徹爾 申請人:皮爾金頓公共有限公司