Голубое стекло, слабо поглощающее солнечное излучение - RU2429209C2

Описание

Родственные заявки

Данная заявка заявляет преимущество предварительной патентной заявки US 60/786606, зарегистрированной 28 марта 2006 г. под названием "Композиция голубого стекла", включенной тем самым в качестве ссылки.

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится к голубому стеклу, слабо поглощающему солнечное излучение, и более конкретно, к композиции голубого стекла с низким содержанием железа и подложке из голубого стекла, например листовому стеклу, нарезанному из стеклянной ленты, изготовленной с использованием непрерывного способа изготовления плоского стекла; к голубому стеклу с покрытием, отражающим солнечное излучение, и более конкретно, к композиции голубого стекла, слабо поглощающего солнечное излучение, имеющего покрытие с низким коэффициентом излучения, и к изолирующему стеклянному пакету, имеющему низкое теплопоступление от солнечного излучения, и более конкретно, к изолирующему стеклопакету, содержащему покрытое голубое стекло в качестве одного из листов изолирующего стеклопакета.

Уровень техники

Изолирующие стеклянные (ИС) пакеты являются предпочтительными окнами в жилых и промышленных зданиях, потому что они снижают пропускание энергии через окно. Специалистам в данной области техники будет понятно, что снижение пропускания энергии через ИС-пакеты снижает теплопотери из внутреннего пространства зданий в зимний период и снижает теплопоступление во внутреннее пространство зданий в летний период. Обычно конструкция пакета определяет теплопотери за счет проводимости и конвекции, а поглотительные и отражательные свойства стеклянных листов ИС-пакета контролируют теплопоступление от солнечной энергии ИС-пакета, являющееся важным параметром промышленных зданий. В настоящее время весьма желательным промышленным продуктом являются ИС-пакеты со средним интервалом пропускания в видимой области, низким коэффициентом теплопередачи от солнечного излучения (SHGC) и нейтральным серым цветом. В последующем пояснении особый интерес представляют поглощение, пропускание, коэффициент отражения и хроматические свойства стеклянных листов ИС-пакета. Для пояснения снижения теплопотерь за счет проводимости и конвекции может быть сделана ссылка на патент US 5655282, который тем самым включен ссылкой.

Обычно увеличение количества общего содержания железа в составе стекла увеличивает поглощение стеклом инфракрасного («ИК») солнечного излучения, снижая тем самым инфракрасное пропускание. Например, обычное серое подкрашенное флоат-стекло со средним интервалом пропускания в видимой области, например, 40-60% в интервале длин волн электромагнитного спектра 380-770 нанометров содержит более 0,3 мас.% железа. К сожалению, поскольку поверхность стекла имеет высокую излучательную способность, значительная часть поглощенной энергии переходит во внутреннее пространство здания. Другим недостатком увеличения общего содержания железа в стекле для снижения ИК-пропускания является то, что стекло нагревается под воздействием солнечного света. Специалисту понятно, что нагревание стекла в результате ИК-поглощения создает в стекле термические напряжения, которые могут привести к растрескиванию стеклянного листа. Обсуждение окрашенного стекла представлено в патентах US 3723142 и №6998362, патентной заявке Великобритании GB 2252973 и патенте Японии 63-277537, данные документы тем самым включаются ссылкой.

Другим способом снижения ИК-пропускания стекла является применение ИК-отражающего покрытия, например, типа, описанного в патенте US 4610771 и в патентных заявках US 10/428481 и 10/912718, данные документы тем самым включаются ссылкой. ИК-отражающие покрытия также обычно имеют пониженную излучательную способность поверхности и называются «низкоэмиссионными» покрытиями, снижающими тем самым тепловой поток через окно. Недостатком данного способа снижения ИК-поглощения стекла является то, что покрытое стекло не может иметь эстетически привлекательный цвет или желательный уровень пропускания в видимой области. Для примера, но не ограничения данного пояснения обычно ИК-отражающие покрытия на флоат-стекле, нанесенные с использованием магнитного напыления в вакууме ("MSVD"), имеют светло-зеленый или желтый отраженный цвет. Использование MSVD ИК-покрытия с имеющимися к настоящему времени стеклянными подложками может иметь следующие ограничения. ИС-пакет, содержащий покрытое прозрачное листовое стекло, может иметь высокое пропускание видимого света, например более 70%; ИС-пакет, содержащий покрытое серое окрашенное стекло, может быть пакетом с низким пропусканием видимого света, например, менее 36%; ИС-пакет, содержащий покрытое синее/зеленое или зеленое окрашенное стекло, обычно с коммерческой точки зрения считается слишком зеленого цвета, а пакет ИС, содержащий покрытое бронзовое окрашенное стекло, обычно с коммерческой точки зрения считается слишком желтого цвета.

Хотя доступные в настоящее время стекла, покрытые ИК-отражающими или низкоэмиссионньши покрытиями, являются приемлемыми для некоторых ограниченных применений, у них есть ограничения при использовании в качестве одного из листов ИС-пакета. Более конкретно, требования к свойствам ИС-пакета включают, но не ограничиваются, ИС-пакет с низким коэффициентом теплопоступления от солнечного излучения ("SHGC"), например ниже 0,40, средним интервалом пропускания излучения в видимой области спектра от 40 до 60% и нейтрального серого цвета, например серо-голубого цвета. Использование доступного в настоящее время покрытого окрашенного стекла может обеспечить приемлемый SHGC; однако, если цвет ИС-пакета не является нейтральным серым цветом, его пригодность для рынка ограничена. Одним способом изменения цвета покрытого стекла для получения ИС-пакета, имеющего нейтральный серый цвет, является изменение цвета низкоэмиссионного покрытия и нанесение низкоэмиссионного покрытия на бесцветное стекло. Цвет ИС-пакета становится более приближенным к серому цвету; однако при этом увеличивается SHGC ИС-пакета.

Как будет понятно специалистам в данной области техники, было бы выгодно создать композицию стекла, которое может использоваться с доступными в настоящее время ИК-отражающими покрытиями, для получения покрытого стекла, которое может использоваться в ИС-пакете с целью создания ИС-пакета нейтрального серо-голубого цвета со средним интервалом пропускания излучения в видимой области спектра и низким SHGC.

Краткое описание изобретения

Данное изобретение относится к стеклянной подложке, имеющей композицию стекла, содержащую часть стеклоосновы и часть красителя для стекла. Часть стеклоосновы представляет собой часть силикатной основы, а часть красителя для стекла включает, среди прочего, общее содержание железа, выраженного как Fe₂O₃, в интервале от 0,04 до 0,28 массовых процентов; СоО в интервале 32-90 частей на миллион; Se в интервале от 1 до 5,5 частей на миллион; отношение содержания СоО к содержанию Se, равное или более 6. Массовые проценты и части на миллион основаны на конечной композиции стекла. Стеклянная подложка может быть вырезана из стеклянной ленты, изготовленной непрерывным способом получения плоского стекла.

Изобретение относится также к стеклянной подложке, имеющей композицию стекла, содержащую, среди прочего, часть стеклоосновы и часть красителя для стекла, часть красителя для стекла, содержащую красители в выбранном количестве для создания стеклянной подложки с координатами цветности а* в интервале от -3,5 до +2,5 и b* в интервале от -1 до -15 и пропусканием излучения в видимой области спектра от 40 до 80% при толщине образца 0,223 дюйма (5,66 мм).

Изобретение также относится к покрытому стеклу, имеющему стеклянную подложку и покрытие по большей части поверхности стеклянной подложки, стеклянная подложка содержит, среди прочего, часть стеклоосновы и часть красителя для стекла, часть красителя для стекла, содержащую красители в выбранном количестве для создания непокрытой стеклянной подложки с координатами цветности а* в интервале от -3,5 до +2,5 и b* в интервале от -1 до -15 и пропусканием излучения в видимой области спектра 40-80% при толщине образца 0,223 дюймов (5,66 мм), и покрытое изделие имеет полусферический коэффициент излучения покрытия не более 0,25.

Изобретение также относится к улучшенному изолирующему стеклопакету типа, содержащего покрытое листовое стекло, размещенное с зазором относительно бесцветного листового стекла с пространством между краями пар загерметизированных листов стекла. Улучшение включает, среди прочего, покрытый лист, который включает, среди прочего, стеклянную подложку. Стеклянная подложка содержит, среди прочего, часть стеклоосновы и часть красителя для стекла. Часть красителя для стекла содержит красители в выбранном количестве для создания стеклянной подложки с координатами цветности а* в интервале от -3,5 до +2,5 и b* в интервале от -1 до -15 и пропусканием излучения в видимой области спектра от 40 до 80% при толщине образца 0,223 дюйма (5,66 мм). Покрытый стеклянный лист имеет координаты цветности а* в интервале от -7 до +2,0 и b* в интервале от 3 до -13 и пропускаемость излучения в видимой области спектра в интервале 26 - 75% при толщине 0,223 дюйма (5,66 мм), и полусферический коэффициент излучения покрытия не более 0,25. Изолирующий стеклопакет имеет пропускаемость излучения в видимой области спектра в интервале 26-67% и коэффициент теплопоступления от солнечного излучения не более 0,50.

Подробное раскрытие изобретения

Для целей настоящего документа все числа, выражающие размеры, физические свойства, параметры обработки, количества ингредиентов, условия реакции и т.п., используемые в описании и формуле, следует понимать как модифицируемые во всех примерах с помощью термина «примерно». Соответственно, если не указано обратное, численные значения, указанные в прилагаемых описании и формуле, могут быть изменены в зависимости от желаемых свойств, которые стремятся получить с помощью настоящего изобретения. По меньшей мере, и не в качестве попытки ограничить применение доктрины эквивалентов к объему формулы изобретения, каждое численное значение должно, по меньшей мере, рассматриваться в свете представленного числа значащих цифр и с использованием обычных методик округления. Кроме того, все интервалы, описанные в настоящем документе, следует понимать как охватывающие начальное и конечное значения интервала и любой и все включенные в него подынтервалы. Например, указанный интервал «от 1 до 10», как следует полагать, включает любой и все подынтервалы между (и включительно) минимальным значением 1 и максимальным значением 10; то есть все подынтервалы, начинающиеся с минимального значения 1 или больше и заканчивающиеся максимальным значением 10 или меньше, например, от 1,0 до 3,8, от 6,6 до 9,7 и от 5,5 до 10. Также в целях настоящего документа термины «осажденный на», «нанесенный на» или «находящийся поверх» означают осажденный, нанесенный или находящийся, но не обязательно в контакте с поверхностью. Например, материал, «осажденный на» подложке, не препятствует наличию одного или более других материалов такого же или отличающегося состава, расположенного на той же самой поверхности между осажденным материалом и подложкой.

Прежде пояснения неограничивающих вариантов реализации композиции стекла, стеклянной подложки или листа, покрытой стеклянной подложки и ИС-пакета изобретения, подразумевается, что изобретение не ограничивается в своем применении деталями конкретного неограничивающего варианта реализации, показанными и поясненными в настоящем документе, поскольку возможны другие варианты реализации изобретения. Также терминология, использованная в настоящем документе для пояснения изобретения, служит целям описания, а не ограничения.

Неограничивающие варианты реализации изобретения относятся к композициям стекла, стеклянным подложкам, покрытым стеклянным подложкам и ИС-пакетам изобретения. Для полной оценки и понимания изобретения варианты реализации изобретения описываются в следующем порядке: варианты реализации композиции стекла изобретения, варианты реализации стеклянной подложки изобретения, варианты реализации покрытого стекла изобретения и варианты реализации ИС-пакета изобретения.

Композиция стекла изобретения включает часть стеклоосновы и часть красителя для стекла с целью создания стеклянной подложки или листа, имеющих заранее определенные цветные и солнцезащитные свойства. В одном неограничивающем варианте реализации изобретения часть стеклоосновы представляет собой тип, известный в данной области техники как композиция «силикатного стекла», и включает компоненты в интервалах массовых процентов (мас.%), показанных далее в настоящем документе в таблице 1. Если не указано иначе, мас.% компонента части стеклоосновы и части красителя для стекла композиции стекла основан на общей массе композиции стекла, то есть общей массе части стеклоосновы плюс общая масса части красителя.

В одном неограничивающем варианте реализации изобретения красители для получения заранее определенных цветных и солнцезащитных свойств изобретения включают, но не ограничиваются таковыми, оксиды железа (как оксид трехвалентного железа (Fe₂O₃), так и оксид двухвалентного железа (FeO)), оксид кобальта (СоО), селен (Se), оксид хрома (Cr₂O₃), оксид неодима (Nd₂O₃), оксид титана (TiO₂), оксид эрбия (Er₂O₃) и оксид никеля (NiO).

Согласно настоящему изобретению железо может присутствовать в композиции стекла и как оксид трехвалентного железа (Fe₂O₃), и как оксид двухвалентного железа (FeO). Как хорошо известно специалистам, Fe₂O₃ сильно поглощает ультрафиолетовое излучение и является желтым красителем, а FeO сильно поглощает инфракрасное излучение и является синим красителем. Количество железа, присутствующего в состоянии двухвалентного железа (Fe⁺⁺) в композиции стекла настоящего изобретения, выражается в виде массовых процентов «FeO», присутствующего в композиции стекла, что является общепринятой практикой в промышленности. Специалисты поймут, что, хотя количество железа в состоянии двухвалентного железа (Fe⁺⁺) выражается как FeO, полное количество железа в двухвалентном состоянии (Fe⁺⁺) не может фактически присутствовать в стекле в виде FeO.

Количество «общего содержания железа», присутствующее в композиции стекла изобретения, выражается в виде массового процентного содержания «Fe₂O₃», присутствующего в композиции стекла, что является общепринятой практикой в промышленности. Данное не подразумевает, что все железо, присутствующее в композиции стекла, находится в форме Fe₂O₃. При практической реализации настоящего изобретения общее содержание железа в композиции стекла находится в интервале от 0,01 до 0,30 массовых процентов (мас.%), предпочтительно в интервале от 0,04 до 0,28 массовых процентов, более предпочтительно в интервале от 0,08 до 0,26 массовых процентов и наиболее предпочтительно в интервале от 0,15 до 0,25 мас.%. Композиции стекла согласно настоящему изобретению имеют окислительно-восстановительное соотношение меньше или равное 0,6, предпочтительно в интервале от 0,05 до 0,40, более предпочтительно в интервале от 0,10 до 0,30 и наиболее предпочтительно в интервале от 0,15 до 0,25. «Окислительно-восстановительное отношение», которое используется в настоящем документе, представляет собой количество железа в двухвалентном состоянии (выраженного как «FeO»), деленное на количество общего содержания железа (выраженного как «Fe₂O₃»).

Оксид кобальта (СоО) является голубым красителем и в практической реализации изобретения добавляется к композиции стекла в количестве в пределах от 30 до 120 частей на миллион («м.д.»), предпочтительно в интервале от 32 до 90 м.д., более предпочтительно в интервале от 35 до 60 м.д. и наиболее предпочтительно в интервале от 37 до 50 м.д. Другой краситель, который может использоваться в практической реализации изобретения, является селеном, который может присутствовать в стекле в четырех степенях окисления: Se⁺⁴ и Se⁺², которые не окрашивают стекло, Se⁰, который в стекле является розовым красителем, и Se^-2, который в присутствии железа является бронзовым красителем. Согласно общепринятой практике в промышленности общее содержание селена выражается как массовая доля Se, даже в том случае, если он не может находиться в стекле в элементарном состоянии. Селен включен в композицию стекла изобретения в количестве не более 6 м.д., предпочтительно от 1 до 5,5 м.д., более предпочтительно от 2 до 5 м.д. и наиболее предпочтительно от 3 до 5 м.д. В неограничивающем варианте реализации изобретения в композиции стекла настоящего изобретения отношение массового процента СоО к Se равно или больше 5. По мере того как отношение СоО к Se увеличивается, а количество других красителей в композиции стекла остается постоянным, цвет стекла становится более голубым, и по мере того как отношение СоО к Se уменьшается, а количество других красителей в композиции стекла остается постоянным, цвет стекла становится менее голубым и более желтым. В других неограничивающих вариантах реализации изобретения отношение массового процента СоО к Se предпочтительно составляет, по меньшей мере, 6, более предпочтительно по меньшей мере 7 и наиболее предпочтительно по меньшей мере 8.

В неограничивающем варианте реализации композиции стекла изобретения часть красителя для стекла может включать смесь оксида хрома и оксида кобальта для снижения мас.% оксида железа. Для примера, но не ограничения изобретения смесь из 6 м.д. Cr₂O₃ и 0,4 м.д. СоО может быть добавлена для снижения каждых 100 м.д. Fe₂O₃.

В другом неограничивающем варианте реализации композиции стекла изобретения оксид неодима, голубой краситель, может быть включен в композицию для снижения мас.% оксида кобальта. Для примера, но не ограничения изобретения 180 м.д. оксида неодима, выраженного как Nd₂O₃, могут быть добавлены для снижения каждой 1 м.д. СоО.

Хотя и не ограничивая изобретение, в предпочтительной практической реализации изобретения оксид никеля исключается из композиции стекла вследствие тенденции образовывать дефекты камней сульфида никеля, которые могут вызвать спонтанное разрушение закаленного стекла. Однак, в тех случаях, когда экологические проблемы ограничивают применение селена, для снижения мас.% селена могут использоваться оксид никеля, оксид титана, а также оксид эрбия, дорогой стеклянный краситель. Для примера, но не ограничения изобретения, смесь 35 м.д. оксида никеля в виде NiO, желтого красителя в стекле, и 1 м.д. СоО может заменить смесь 1 м.д. Se и 700 м.д. Fe₂O₃.

В другом неограничивающем варианте реализации изобретения смесь 4000 м.д. оксида эрбия в виде Er₂O₃, розового красителя, и 1200 м.д. Fe₂O₃ может заменить смесь 1 м.д. Se и 6 м.д. СоО. Также смесь 1600 м.д. оксида титана в виде TiO₂, желтого красителя и 4 м.д. СоО может заменить смесь 1 м.д. Se и 600 м.д. Fe₂O₃.

Другие красители, которые могут использоваться в практической реализации изобретения, включают, но не ограничиваются таковыми, оксиды марганца, олова, церия, молибдена, ванадия, меди, цинка, вольфрама и лантана. Более конкретно и без ограничения изобретения, 1000 м.д. MnO₂, желтого красителя в стекле, могут заменить смесь 1 м.д. Se и 200 м.д. Fe₂O₃.

В неограничивающем варианте реализации изобретения описанная композиция стекла формируется в стеклянную подложку с использованием любого обычного способа изготовления стекла, известного в данной области техники, а предпочтительно с использованием непрерывного способа изготовления плоского стекла. Для примера, но без ограничения изобретения, компоненты шихты могут быть превращены в композицию стекла посредством тигельной плавки, вытягивания листового стекла, флоат-способа изготовления стекла и т.д. В предпочтительной практической реализации изобретения стекло плавят и очищают в непрерывном, крупномасштабном, промышленном режиме варки стекла и формируют в плоские стеклянные листы различной толщины, для примера, но не ограничения изобретения, до 25 миллиметров («мм») флоат-способом, в котором расплавленное стекло, по мере того как оно принимает форму ленты, поддерживается в ванне с расплавленным металлом, обычно оловом, и охлаждается известным в технике способом.

Хотя предпочтительно, чтобы стекло, описанное в настоящем документе, было изготовлено с использованием обычной непрерывной операции плавления с верхним обогревом, которая известна в данной области техники, стекло может быть также произведено с использованием многостадийной операции плавления, которая описана в патенте US 4381934 от имени Kunkle и др., в патенте US 4792536 от имени Pecoraro и др. и патенте US 4886539 от имени Cerutti и др. В случае необходимости для гомогенизации стекла на стадиях плавления и/или формирования технологической операции получения стекла можно применять устройство для перемешивания с целью получения стекла самого высокого оптического качества. В зависимости от типа процесса плавки к исходным материалам для силикатного стекла может быть добавлена сера в качестве добавки для плавления и осветления. Промышленно произведенное флоат-стекло может содержать примерно до 0,3 мас.% SO₃. В композиции стекла, которое содержит железо и серу, обеспечение восстановительных условий может создать янтарное окрашивание, которое снижает коэффициент пропускания света, что обсуждается в патенте US 4792536 от имени Pecoraro и др. Однако полагают, что восстановительные условия, требуемые для получения данного окрашивания в композициях стекла такого типа, который описан в настоящем документе, ограничиваются приблизительно первыми 20 микронами более нижней поверхности стекла, контактирующей с расплавленным оловом во время операции флоат-формирования, и в меньшей степени к верхней наружной поверхности стекла. Из-за низкого содержания серы в стекле и ограниченной области стекла, в которой может происходить какое-либо окрашивание, в зависимости от конкретной композиции силикатного стекла, сера на этих поверхностях по существу не имеет никакого существенного влияния на цветные или спектральные свойства стекла.

Будет понятно, что в результате формирования стекла на расплавленном олове, которое пояснялось выше в настоящем документе, измеримые количества оксида олова могут мигрировать в поверхностные области стекла на стороне, контактирующей с расплавленным оловом. Обычно образец флоат-стекла имеет концентрацию SnO₂ в пределах от примерно 0,05 до 2 мас.% в примерно первых 25 микронах ниже поверхности стекла, которая находилась в контакте с оловом. Обычно фоновые концентрации SnO₂ могут составлять до 30 м.д. Полагают, что высокие концентрации олова в примерно первых 10 ангстремах поверхности стекла, поддерживаемой расплавленным оловом, могут немного увеличивать отражающую способность данной стеклянной поверхности; однако общее воздействие на свойства стекла является минимальным.

Как понятно специалистам в технологии изготовления стекла, результатом использования исходного сырья и/или оборудования для производства стекла, в том числе производства стекла согласно настоящему изобретению, является присутствие некоторых примесей, например, SrO и ZrO₂, в готовой композиции стекла. Такие материалы присутствуют в композиции стекла в незначительном количестве и упоминаются в настоящем документе как «инородные вещества». Для иллюстрации, но не ограничения изобретения, полагают, что композиции стекла данного изобретения, произведенного промышленным флоат-способом, который пояснялся ранее в настоящем документе, могут содержать низкие концентрации, например, случайные концентрации красителей, например, Cr₂O₃, MnO₂ и TiO₂. Эти концентрации упоминаются как «случайные концентрации», потому что они существенно не влияют на показатели цвета и спектральные свойства голубого стекла изобретения. Для примера, но не ограничения изобретения, Cr₂O₃ в количестве не более 10 м.д. считают инородным веществом; MnO₂ в количестве не более 50 м.д. считают инородным веществом и TiO₂ в количестве не более 0,02 мас.% считают инородным веществом.

В неограничивающем варианте реализации изобретения стеклянная подложка настоящего изобретения при толщине 0,223 дюйма (5,66 мм) проявляет следующие свойства:

1. цвет, описанный следующими координатами цветности а* в пределах от -4 до+4 и b* в пределах от 0 до -20; предпочтительно а* изменяется от -3,5 до+2,5 и b* изменяется от -1 до -15; более предпочтительно а* изменяется от -3 до+1 и b* изменяется от -2 до -12;

наиболее предпочтительно а* изменяется от -2,5 до 0 и b* изменяется от -4 до -9, и более точно а* изменяется от -1,8 до -0,5 и b* от -5 до -8. Стекла с данными координатами цветности считаются имеющими голубовато-фиолетовый цвет.

2. пропускание излучения в видимой области спектра («Tvis») изменяется от не более 80%, предпочтительно от 40% до 80%, более предпочтительно от 50% до 76%, наиболее предпочтительно от 55% до 72% и более точно от 58 до 70%.

Согласно настоящему изобретению вышеупомянутые свойства стекла измеряют следующим образом. Пропускание излучения в видимой области спектра (Tvis) представляет собой рассчитанное значение, основанное на данных измерения пропускания с использованием стандартного осветителя «D65» Международной комиссии по освещению (МКО) и стандартного наблюдателя (2°) МКО 1931 в пределах длин волн от 380 до 770 нанометров с интервалами 10 нанометров. Цвет описывается в значениях координат цветности а* и b*, которые представляют собой рассчитанные значения, основанные на данных измерения пропускания с использованием стандартного осветителя «D65» МКО и дополнительного стандартного наблюдателя (10°) МКО 1964. Переданные данные собираются в спектрофотометре Perkin-Eimer Lambda 9 с 150 мм интегрирующей сферой Labsphere, соединенной со Spectralon в соответствии с методологией ASTM Е903-96 «Standard Test Method for Solar Absorptance, Reflectance, and Transmittance of Materials using Integrating Spheres». Вычисление Tvis (также известного как удельная координата цвета «Y») и координат цветности соответствует методологии, обоснованной в ASTM Е308-90 «Standard Test Method for Computing the Colors of Objects Using the CIE System».

ПРИМЕРЫ

Неограничивающие варианты реализации настоящего изобретения поясняются следующими неограничивающими примерами. Примеры 1-6 были осуществлены следующим способом.

Компоненты шихты взвесили согласно рецептам шихты, приведенным ниже для Примеров 1-6 в Таблице 2. Массы всех материалов выражены в граммах. Компоненты шихты в каждом Примере 1-6 смешали и плавили в 4-дюймовом платиновом тигле в электрической печи в атмосфере воздуха при температуре, установленной на 2450°F (1343°С). Температуру печи увеличивали после каждого из трех (3) тридцати (30) минутных периодов. Более подробно, после первого 30-минутного периода температуру печи увеличили до 2500°F (1371°C); после второго 30-минутного периода температуру печи увеличили до 2550°F (1399°C), а после третьего 30-минутного периода температуру печи увеличили до 2600°F (1426°С) и поддерживали при 2600°F (1426°С) в течение 1 часа. Спустя один час тигель вынули из печи и влили в воду при комнатной температуре (в технике называется «фриттование стекла») для получения стеклянной фритты. Фритту высушили, вернули в платиновый тигель и поместили в печь, установленную на температуру 2650°F (1454°C). Спустя 2 часа содержимое тигля вылили на металлическую пластину. Полученный лист стекла поместили в печь для отжига, установленную на 1100°F (593°C) на один час, в данное время питание печи было выключено, а лист стекла оставлен для медленного охлаждения в течение шестнадцати часов. Образцы, вырезанные из листа стекла, матировали и полировали и измерили цвет и пропускание излучения в видимой области спектра образцов и осуществили химический анализ образцов.

Примеры 7-10 таблицы 2 представляют компоненты шихты для опытов с экспериментальным стеклом, полученным флоат-способом изготовления стекла, используемым на практике PPG Industries, Inc. на ее заводе в Wichita Falls, Texas. Масса ингредиентов для Примеров 1-6 выражена в граммах, а масса ингредиентов для Примеров 7-10 выражена в фунтах.

Химические анализы стекла, изготовленного из компонентов шихты Примеров 1-10, показаны ниже в Таблице 3. Одна или больше композиций Примеров 1-10, возможно, содержит следующие неэффективные инородные вещества, которые не включены в таблицу: SrO, ZrO₂, Cl и BaO.

Композицию стеклоосновы и композицию красителя исследовали ренгенофлюоресцентной спектрометрией (XRF) с использованием Ridaku model 3370. FeO мас.% определяли по формуле:

FeO (мас.%)=log(91,93/T_1000HM)/(d/21,5). где:

Т_1000нм = пропускание при 1000 нм

d = толщина стекла (в дюймах)

Далее в настоящем документе таблица 4 включает красители для стекла, отношение CoO/Se и окислительно-восстановительное отношение Примеров 11-26 изобретения. Смоделированные свойства стекла (например, Tvis, а* и b*) Примеров 11-26 создавались с помощью компьютерной модели цвета стекла и спектральных свойств разработанной PPG Industries, Inc патентованной компьютерной программы, связывающей свойства красителей, более конкретно, зависящие от длины волны и концентраций красителей коэффициенты поглощения со спектральными свойствами стекла и цветом. Описание методологии может быть найдено в издании "Modeling Transmitted Color and Solar Optical Properties of Float Glass", Robert B. Heithoff, PPG Technology Journal, том 5, номер 1, апрель 1999 г.

Как теперь будет понятно специалистам, цветные стекла изобретения имеют необычный голубовато-фиолетовый цвет вследствие низкого общего содержания железа (до 0,3 мас.%) и высокого отношения CoO/Se (равного и более 5), что в соответствии с раскрытием изобретения является предпочтительным для получения стеклянных подложек для использования с ИК-отражающими или низкоэмиссионными зелеными или желтыми покрытиями с целью получения продуктов из покрытого ИК-отражающего стекла, имеющего нейтральный серо-голубой цвет. Более подробно, композиции стекла настоящего изобретения содержат низкие количества общего содержания железа, например, до 0,3 массовых процентов, которое меньше общего содержания железа, обнаруженного в композиции слабоокрашенных или окрашенных подложек, используемых в настоящее время в ИС-пакетах. Как пояснялось ранее в настоящем документе, общее содержание железа добавляется для слабого окрашивания или окрашивания подложки и для поглощения энергии солнечного излучения. В практической реализации изобретения потеря солнцезащитных свойств, например, снижение процента ИК-поглощения стеклянной подложки или листа вследствие снижения общего количества железа компенсируется путем покрытия стеклянной подложки изобретения ИК-отражающим или низкоэмиссионным покрытием. Представляющий интерес ИК-интервал составляет 0,8-40 микрон (микрометров) электромагнитного спектра.

Настоящее пояснение относится к неограничивающим вариантам реализации покрытого изделия изобретения, которое включает стеклянную подложку, имеющую композиции и свойства, описанные выше; ИК-отражающее и слабо излучающее покрытие, нанесенное на большую часть поверхности стеклянной подложки для получения покрытого изделия с заданным цветом, имеющим а* в пределах от -7 до 2, предпочтительно от -6 до 0,5, более предпочтительно от -5,5 до 0, и b* в пределах от 3 до -13, предпочтительно от 2 до -9, более предпочтительно от 1 до -7; пропускание излучения в видимой области спектра ("Tvis") в пределах от 36 до 75%, предпочтительно от 36 до 71% и более предпочтительно от 41 до 67%; и полусферический коэффициент излучения покрытия не более 0,25, предпочтительно не более 0,10, более предпочтительно не более 0,05. Полусферический коэффициент излучения (представленный обозначением «e_h» и в настоящем документе также представленный обозначением «eh») относится к свойству отражения тепловой инфракрасной энергии и является характеристическим параметром при измерении коэффициента теплопоглощения солнечного излучения ("SHGC") для ИС-пакетов (описанных более подробно далее в настоящем документе). Полусферический коэффициент излучения рассчитан из измерений коэффициента ИК-отражения в диапазоне длин волн от 5 до 40 микрон с использованием спектрофотометра Mattson Galaxy FTIR 5030 и методики ASTM E1585-93 "Standard Method for Measuring and Calculating Emittance of Architectural Flat Glass Products Using Spectrometric Measurements".

ИК-отражающие и низкоэмиссионные покрытия (в дальнейшем также называемые «слабо излучающие покрытия»), которые могут использоваться в практической реализации данного изобретения, включают, но не ограничиваются таковыми, покрытия вакуумного напыления, имеющие одну или более пленок, отражающих инфракрасное излучение, и низкоэмиссионные пиролитические покрытия. В общем случае напыленное низкоэмиссионное покрытие включает, но не ограничивается таковыми, пленку из металла или металлического сплава, выбранного из золота, платины, меди, серебра, а также сплавов и смеси данных металлов, и диэлектрические пленки, выбранные из оксида металла, металлического сплава или керамики, в качестве примера, но не ограничения, станната цинка, оксида цинка и алюминия, легированного оксидом цинка. Как будет понятно специалистам в данной области техники, диэлектрические пленки снижают отражение металлической пленкой видимого излучения с целью увеличения Tvis покрытия при минимальном снижении коэффициента ИК-отражения металлической пленки. Слабо излучающие пиролитические покрытия обычно включают ИК-отражающую пленку оксида металла, в качестве примера, но не ограничения, пленку оксида олова или индия, и пленку, гасящую цвет, в качестве примера, но не ограничения, пленку SiO₂ или постепенно изменяющуюся пленку SiO₂ и пленку, пиролитически осажденную на стеклянную подложку или стеклянную ленту. Примеры слабо излучающих покрытий, которые могут использоваться в практической реализации изобретения, включают, но не ограничиваются таковыми, покрытия из семейства покрытий Sungate и Solarban, коммерчески доступных от PPG Industries, Inc. Sungate и Solarban являются зарегистрированными марками изготовителя PPG Industries Ohio, Inc.

Как будет понятно специалистам в данной области техники, при выборе пленок из различных материалов, например, ИК-отражающих пленок из различных материалов и различной толщины, цвет низкоэмиссионного покрытия и, следовательно, цвет подложки может быть изменен с целью создания покрытого изделия, имеющего координаты цветности, отличающиеся от координат цветности подложки, и покрытия. Более подробное обсуждение данного эффекта предоставлено в патентной заявке US 09/434823, поданной 5 ноября 1999 г.от имени George Neuman, данная патентная заявка тем самым включена ссылкой.

Покрытия, нанесенные с использованием магнитного напыления в вакууме («MSVD»), которые могут использоваться в практической реализации изобретения, являются покрытиями типа Sungate 100, описанными в патенте US 4610771, данный патент тем самьм включен в настоящий документ ссылкой. Обычно покрытие Sungate 100 содержит первую диэлектрическую пленку, имеющую толщину в интервале от 120 до 500 ангстрем, покрывающую основную часть поверхности подложки, серебряную пленку, имеющую толщину в интервале от 80 до 130 ангстрем, покрывающую диэлектрическую пленку, титановую пленку, имеющую толщину в интервале от 15 до 40 ангстрем, покрывающую серебряную пленку, вторую диэлектрическую пленку, имеющую толщину в интервале от 120 до 500 ангстрем, покрывающую титановую пленку, и покрытие оксида титана, имеющее толщину от 30 до 80 ангстрем, покрывающее вторую диэлектрическую пленку. Покрытие Sungate 100 на бесцветном стекле определено в программе Window 5.2 (обсуждается далее более подробно) обозначением «S100CL-6.PPG». Стеклянная подложка изобретения, имеющая свойства, представленные в Таблице 5, и имеющая покрытие Sungate 100 из «S100CL-6.PPG», была смоделирована с использованием программы Window 5.2, а покрытое изделие имело спектральные свойства, показанные в Таблице 5. Исходя из информации, показанной в Таблице 5, изделие изобретения, имеющего покрытие Sungate 100, нанесенное на основную часть поверхности окрашенной стеклянной подложки изобретения, как ожидается, будет иметь Tvis в интервале 45-71%; координаты цветности а* в интервале от -3,5 до 0,5 и b* в интервале 0 до -8, и eh покрытия не более 0,25.

Другое покрытие MSVD, которое может использоваться в практической реализации изобретения, является покрытием типа Solarban 60, описанным в патентной заявке US 10/912718, тем самым данная патентная заявка включена в настоящий документ ссылкой. В общем случае покрытие Solarban 60 включает первый диэлектрический слой, имеющий общую толщину по меньшей мере 290 ангстрем, покрывающий большую часть поверхности подложки; первый металлический слой, отражающий инфракрасное излучение, имеющий толщину в пределах от 100 до 130 ангстрем, покрывающий сверху первый диэлектрический слой; первый слой грунтовки, имеющий толщину в пределах от 0,5 до 60 ангстрем, покрывающий первый металлический слой, отражающий инфракрасное излучение; второй диэлектрический слой, покрывающий первый слой грунтовки, имеющий общую толщину в пределах от 680 до 870 ангстрем; второй металлический слой, отражающий инфракрасное излучение, имеющий толщину в пределах от 115 до 150 ангстрем, покрывающий второй диэлектрический слой; второй слой грунтовки, имеющий толщину в пределах от 0,5 до 60 ангстрем, покрывающий второй металлический слой, отражающий инфракрасное излучение; и третий слой диэлектрика, имеющий общую толщину в пределах от 190 до 380 ангстрем, покрывающий второй слой грунтовки, и защитное покрытие, покрывающее третий диэлектрический слой. Покрытие Solarban 60 на прозрачном стекле определено в программе Window 5.2 (более подробно обсуждается далее в настоящем документе) под обозначением «SB60clear-6.PPG». Стеклянная подложка изобретения, показывающая свойства, представленные в Таблице 5, и имеющая покрытие Solarban 60 «SB60clear-6.PPG», была смоделирована с использованием программы Window 5.2, и покрытое изделие показывало спектральные свойства, представленные в Таблице 5. Исходя из информации, представленной в Таблице 5, изделие изобретения, имеющее покрытие Solarban 60, нанесенное на большую часть поверхности окрашенной стеклянной подложки изобретения, как ожидается, будет иметь Tvis в интервале 43-69%, а* в интервале от -4,5 до 0 и b* в интервале от 0 до -8, и eh покрытия, равное или меньше 0,10.

Еще одним покрытием MSVD, которое может использоваться в практической реализации изобретения, является покрытие типа Solarban 70XL, описанное в патентной заявке US 10/428481, данная заявка тем самым включена в настоящий документ ссылкой. В общем случае покрытие Solarban 70XL включает первый разделительный слой из одной или более пленок оксида металла, имеющих толщину в интервале от 50 до 1000 ангстрем, покрывающих большую часть поверхности подложки; первый слой, отражающий инфракрасное излучение, например первую серебряную пленку, имеющую толщину в интервале от 100 до 200 ангстрем, покрывающую первый разделительный слой; первую пленку металла титана, покрывающую первый слой, отражающий инфракрасное излучение; второй разделительный слой из одной или более пленок оксида металла, имеющий толщину в интервале от 50 до 1000 ангстрем, покрывающий первую пленку металла титана; второй слой, отражающий инфракрасное излучение, например, вторую серебряную пленку, имеющую толщину в интервале от 100 до 200 ангстрем, покрывающую второй разделительный слой; вторую пленку металла титана, покрывающую второй слой, отражающий инфракрасное излучение; третий разделительный слой из одного или более слоев оксида металла, имеющий толщину в интервале от 50 до 1000 ангстрем, покрывающий вторую пленку металла титана; третий слой, отражающий инфракрасное излучение, например, третью пленку серебра, имеющую толщину в интервале от 100 до 200 ангстрем, покрывающую третий разделительный слой; третью пленку металла титана, покрывающую третий слой, отражающий инфракрасное излучение; четвертый разделительный слой из одной или более пленок оксида металла, имеющий толщину в интервале 50-1000 ангстрем, покрывающий третью пленку металла титана, и защитную пленку оксида титана, покрывающую четвертый разделительный слой. Покрытие Solarban 70 XL на прозрачном стекле определено в программе Window 5.2 (более подробно обсуждается далее в настоящем документе) под обозначением «SB70XL clear-5.PPG». Стеклянная подложка изобретения, имеющая свойства, показанные в Таблице 5 и имеющая покрытие Solarban 70XL «SB70XL clear-5.PPG», была смоделирована с использованием программы Window 5.2, и покрытое изделие имело спектральные свойства, представленные в Таблице 5. Исходя из информации, представленной в Таблице 5, изделие изобретения, имеющее покрытие Solarban 70XL, нанесенное на большую часть поверхности окрашенной стеклянной подложки изобретения, как ожидается, будет иметь Tvis в интервале от 36 до 63%, а* в интервале от -6 до -2 и b^* в интервале от 2 до -6, и eh покрытия не более 0,05.

Понятно, что спектральные свойства покрытого стекла изобретения, представленные в Таблице 5, не ограничивают изобретение и представлены только для иллюстрации. Спектральные свойства Tvis, а* и b*, и eh рассчитаны с использованием «Window 5.2» (версия 5.2.03) и "Optics 5" (версия 5.1, m.p.2), компьютерной программы из Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL; Berkeley, CA). Компьютерная программа Window 5-2 использует файл измеренных спектральных данных, в том числе рецензируемые файлы, представленные изготовителем и одобренные Национальным советом по оценке светопрозрачных конструкций (NFRC, Silver Spring, MD; выпуск 14.6). Подлинное стекло изобретения продается под товарным знаком Optiblue.

Настоящее пояснение относится к вариантам реализации изобретения, связанным с изолирующим пакетом, содержащим покрытый лист или подложку изобретения. В одном неограничивающем варианте реализации изобретения изолирующий стеклопакет включает покрытый стеклянный лист изобретения, отделенный от стеклянного листа воздушным пространством. Другие неограничивающие варианты реализации изобретения включают ИС-пакет, имеющий покрытое стекло изобретения и два или больше прозрачных стеклянных листов. Изобретение не ограничивается конструкцией ИС-пакета, и в одном неограничивающем варианте реализации изобретения одна сторона сомкнутой дистанционной рамки прикреплена к прозрачному стеклу слоем влаго- и газонепроницаемого герметика-адгезива, а противоположная сторона дистанционной рамки прикреплена к покрытой поверхности покрытого листа другим слоем герметика-адгезива. Для более подробного обсуждения ИС-пакетов, имеющих два или больше стеклянных листа и конструкции ИС-пакетов, может быть сделана ссылка на патенты US №5601677 и 6223414, данные патенты тем самым включены ссылкой.

В практической реализации изобретения ИС-пакет содержит покрытое изделие изобретения, отделенное зазором от бесцветного стеклянного листа. Покрытое изделие изобретения включает стеклянную подложку, имеющую толщину 0,223 дюйма (5,66 мм), и низкоэмиссионное покрытие, которое пояснялось выше. Покрытое изделие, наружный лист ИС-пакета с покрытием на его внутренней поверхности, отделено на 0,50 дюйма (12,7 мм) от бесцветного стеклянного внутреннего листа прослойкой сухого воздуха. Бесцветный стеклянный лист имеет толщину 0,223 дюйма (5,66 мм), Tvis в интервале от 87,5 до 89,0%, а* в интервале от -2,3 до -1,3 и b* в интервале от 0,4 до -0,2.

ИС-пакет изобретения имеет Tvis в интервале от 21 до 68%, предпочтительно от 31 до 64% и более предпочтительно от 36 до 60%; а* в интервале от -8 до 1 и b* в интервале от 3 до -13, и коэффициент теплопоглощения солнечного излучения ("SHGC"), равный или меньше 0,50, предпочтительно равный или меньше 0,40, более предпочтительно меньше или равный 0,33 и наиболее предпочтительно меньше или равный 0,31.

С использованием поясненной выше компьютерной программы были выполнены и перечислены в Таблице 6 измерения спектральных свойств ИС-пакета с применением покрытого стекла Таблицы 5. Окружающие условия были установлены в программе как NFRC 100-2001. Спектральные свойства ИС-пакета изобретения перечислены ниже в Таблице 6.

Были получены следующие ожидаемые эксплуатационные свойства ИС-пакета изобретения с использованием поясненных выше компьютерных программ и условий для создания Таблицы 6. Ожидаемое спектральное свойство пакета ИС было определено с использованием внешних границ интервала покрытого стекла.

Покрытое стекло изобретения Sungate 100, имеющее Tvis в интервале от 45 до 71%; координаты цветности а* в интервале от -3,5 до 0,5 и b* в интервале от 0 до -8, и eh покрытия не более 0,25, используемое в качестве покрытого стекла в ИС-пакете, как ожидается, предоставит ИС-пакет изобретения, имеющий Tvis от 36 до 64%, координаты цветности а* в интервале от -5 до -1 и b* в интервале от 0 до -8, и SHGC не более 0,47.

Покрытое Solarban 50 изделие изобретения, имеющее Tvis в интервале от 43 до 69%; координаты цветности а* в интервале от -4,5 до 0 и b* в интервале от 0 до -8, и eh покрытия не более 0,10, используемое как покрытое стекло ИС-пакета, как ожидается, предоставит ИС-пакет изобретения, имеющий Tvis от 36 до 63%, координаты цветности а* в интервале от -6 до -1 и b* в интервале от 0 до -8, и SHGC не более 0,35.

Покрытое Solarban 70XL изделие изобретения, имеющее Tvis в интервале 36-63%, координаты цветности а* в интервале от -6 до -2 и b* в интервале от 2 до -6, и покрытие eh не более 0,05, используемое как покрытое стекло ИС-пакета, как ожидается, предоставит ИС-пакет изобретения, имеющий Tvis от 31 до 57%, координаты цветности а* в интервале от -7 до -3 и b* в интервале от 2 до -6, и SHGC не более 0,31.

Специалисты в данной области техники легко поймут, что в изобретении могут быть сделаны изменения без отступления от вариантов реализации изобретения, описанных в предшествующем описании изобретения. Такие изменения следует считать включенными в объем изобретения. В качестве примера, но не ограничения, стекло может быть закаленным, отожженным или термически упрочненным стеклом. Изобретение может применяться на пластмассовых подложках. Непокрытая поверхность покрытого изделия и внешняя поверхность прозрачных стеклянных листов ИС-пакета могут быть покрыты водоотталкивающим покрытием, продающимся под торговыми марками Aquapel или Sunclean. Изобретение также предполагает изготовление ламината, имеющего покрытую подложку изобретения, прикрепленную к другому стеклянному или пластмассовому листу посредством материала промежуточного слоя. Поскольку слоистые листы в отдельных стеклянных листах известны в данной области техники, представляется, что дальнейшее пояснение не является необходимым.

Соответственно конкретные варианты реализации, подробно описанные выше в настоящем документе, являются только иллюстративными и не ограничивающими объем изобретения, который показан в полном объеме приложенной формулой и любыми и всеми ее эквивалентами.

Реферат

Изобретение относится к голубому стеклу, слабо поглощающему солнечное излучение. Техническим результатом изобретения является создание композиции стекла, которое может использоваться в изолирующем стеклопакете, имеющем голубой цвет и коэффициент теплопропускания от солнечного излучения менее 0,40. Композиция покрытой подложки включает часть стеклоосновы и часть красителя для стекла. Часть красителя для стекла включает общее содержание железа в интервале от 0,04 до менее 0,28 массовых процентов; содержание СоО в интервале от 32 до 90 частей на миллион, содержание Se в интервале от 1 до 5,5 частей на миллион, при этом отношение содержания СоО к содержанию Se, выраженное каждое в частях на миллион, равно или более 6. В одном из вариантов реализации изобретения стеклянная подложка при толщине 0,223 дюйма имеет координаты цветности а* от -3,5 до +2,5 и координаты цветности b* от -1 до -15 и пропускание излучения в видимой области спектра от 40 до 80%. 2 н. и 37 з.п. ф-лы, 6 табл.

Формула