用于制造吸收红外和紫外辐射的绿色玻璃的配合料组合物制造技术

一种吸收红外能和紫外辐射的高总铁含量的绿色钠钙硅玻璃的配合料。此配合料包括常用的钠钙硅玻璃配合料的组分、吸收紫外辐射量的含铈化合物、高量总铁和意想不到小量的碳。由于碳量少就避免了在熔体中形成硅浮渣，因而在玻璃产品中没有硅夹杂的缺陷。（*该技术在2011年保护过期，可自由使用*）

Batch composition for producing green glass for absorbing infrared and ultraviolet radiation

A compound of green sodium calcium silicate glass that absorbs high total iron content of infrared and ultraviolet radiation. The composition includes common sodium, calcium silicate glass compositions, cerium compounds that absorb UV radiation, high amounts of total iron, and unexpected small amounts of carbon. Because of the small amount of carbon, the silicon dross is avoided in the melt, so there is no silica inclusion in the glass product.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及制造吸收红外和紫外辐射的绿色玻璃的配合料组合物。一般都知道制造吸收红外辐射的钠钙硅玻璃要掺入铁。在玻璃中存在的铁一般是氧化亚铁(FeO)和氧化高铁(Fe2O3)。铁的总量和氧化亚铁与高铁之间的相对比例对玻璃的颜色和透射性能有直接和重量大的影响。当氧化亚铁含量增加时(靠氧化高铁的化学还原)，红外吸收也增加而紫外吸收则减小。相对于Fe2O3提高FeO浓度也使玻璃的颜色从黄或黄-绿色变为暗绿或蓝-绿色，这将减少玻璃对可见光的透射率。因此为加强玻璃对红外的吸收而又不减弱可见光的透射，现有技述认为必须制造总铁含量低的玻璃，而这总铁是大部分从Fe2O3还原为FeO。一般认为总铁含量低的玻璃是指铁含量低于0.75%(重量)的玻璃。例如，美国专利3，652，303公开一种吸收红外的蓝色钠钙硅玻璃组合物，在厚度为1/4英寸时可见光的透射率大于70%，在此玻璃中，通过在熔体中加入还原量的金属锡和氯化亚硒，使低的总铁含量的至少80%是保持在亚铁状态。许多含铁玻璃组合物还含有熟知的辅剂，如二氧化钛，二氧化钼、和二氧化铈，以提供紫外能的吸收。这些已知的紫外能吸收剂有特殊的缺点，特别是在汽车用玻璃的制造中，因为它们使玻璃的颜色从要求的绿色或蓝-绿色变为不可接受的黄色。可以加入二氧化铈，但浓度要足够低，以不致反过来影响这种玻璃所需要的绿色或蓝-绿色。美国专利1，936，231公开一种无色玻璃，其中加入氧化铁作为紫外截除剂，但加入量要小使所得玻璃能保持对可见光的高透射率。推荐的总铁含量约为0.35%(重量)。为降低这种玻璃组合物的总铁含量，此专利还公开可加入小量铈化合物作为紫外辐射的截除剂。这样，所得的玻璃组合物仍保持无色外观和对可见光高透射的功能。美国专利4，792，536公开一种制造吸收红外线能量的玻璃，它含有的总铁浓度低而且大部还原为FeO。此专利还公开包含总铁量较多时可增加对红外线能量的吸收，但这样，可见光透射率下降以致不能适于汽车用玻璃的要求。公开的方法是使用两步熔化和精炼操作，在强还原条件下使铁以亚铁形式存在的量增加，而给定的低总铁浓度是0.45-0.65%(重量)。此专利指出至少35%的铁必须还原为FeO。最好大于50%的总铁还原为亚铁形式。还公开为吸收紫外辐射对于低的总铁浓度且高还原态铁的玻璃，可加入0.25-0.5%(重量)的二氧化铈。但指出要避免二氧化铈的浓度较高，因为这可能使玻璃的总透射功能变坏。按美国专利4，792，536的方法生产的一个玻璃例子，组合物11公开一种低的总铁含量的玻璃，其中30%的铁还原为FeO和二氧化铈的含量为1%。厚度为4毫米时，总的太阳能透射率约为52%和紫外辐射透射率约为37%。这种玻璃对太阳能的总透射率相当高的原因是总铁浓度低，而对紫外辐射透射率也相当高的原因是Fe2O3的浓度低，它的大部分已还原为FeO。玻璃组合物的总铁含量一般以总Fe2O3的重量百分数表示，而总Fe2O3的重量百分数则是氧化铁的重量百分数与氧化亚铁等当量的氧化铁的重量百分数之和。在本说明书和权利要求书中所指的总铁都与上述规定一致，即总铁均以Fe2O3表示。当玻璃配合料组合物中加入Fe2O3时，在熔体中一部分Fe2O3还原为FeO。在熔体中氧化亚铁和氧化铁的分配是氧化-还原平衡的结果，在下文均以“亚铁值”(ferrous value)表示，其定义是氧化亚铁的重量百分数除以总氧化铁的重量百分数。二氧化铈是强氧化剂，加到含铁的钠钙硅玻璃配合料组合物中，会对氧化铁和氧化亚铁的分配产生极大的影响。为抵削二氧化铈的氧化作用，可以向玻璃配合料中加入碳。但加入碳过多会对配合料的熔化过程产生不利的影响，因为碳易于与诸如芒硝或石膏之类的配合料硫酸盐反应，而这些硫酸盐是钠钙硅玻璃的标准添加剂，以加速硅的溶解和起到澄清剂的作用。因此已知过量的碳会造成配合料熔化中形成硅浮渣和在玻璃产品中有硅夹杂的缺陷。为保持FeO/Fe2O3的比值和玻璃的绿色，已知为抵消在浮法制造的含一般低总铁浓度的钠钙硅玻璃中约1%(重量)二氧化铈的氧化作用，所需加入的碳量一般在每1000磅玻璃为0.9磅碳的范围。但这样的碳量就会影响芒硝或石膏的“硅湿”(silica wetting)作用，因此将造成如上所述的熔化中形成硅浮渣和产品中产生硅夹杂缺陷。为保持FeO/Fe2O3比值即亚铁值不变，同时又抵消恒量二氧化铈的氧化作用，当钠钙硅玻璃的铁含量增加到高铁含量玻璃的数值即总铁大约为0.8%时，可以予见或者是由于二氧化铈含量不变，必须加入相等量的碳;或者是由于平衡的亚铁值随铁量增加而减小，所需的碳量还要多。以上可参考N.E.Densem和W.E.S.Turner所写的“玻璃中亚铁与高铁氧化物的平衡”，此论文刊于Journal of the Society of Glass Technology，Vol.XⅫ，No.914，Dec.1938，pp 372-389。因此可以予见制造绿色玻璃的如下所述的配合料组合物，由于加入过量的碳将具有在熔化时生成硅浮渣的缺陷和导致玻璃中硅夹杂的缺陷。因为这样的配合料组合物是由于FeO的浓度(在铁含量高的配合料中来自Fe2O3的部分分解)而对红外能有强的吸收;和由于二氧化铈的高浓度(但并未高至使玻璃显黄色的程度)，特别是由于以较高氧化态存在的大量的FeO，而对紫外辐射有强的吸收。生产这样一种绿色玻璃的需求提出来了，这种玻璃是采用常规浮法制玻工艺，可用于汽车和建筑用的玻璃，在4毫米厚时其照明体(Illuminant)A可见光透射率要高，即至少为70%，其总太阳能透射率要低，即低于约46%和其紫外辐透射率也要低即低于约34%。现有技术认为使用铁浓度高和大约1%二氧化铈的这样的玻璃组合物，只有在溶化时加入大量的碳才能制造，但这将形成硅浮渣，因而在产品中产生硅夹杂的缺陷。已令人惊异地发现当总铁含量从低的铁含量向高的铁含量增加时，比如从大约0.5%Fe增至0.8%Fe时，在高铁与亚铁、氧化铈和碳之间的氧化还原反应平衡会向还原态方向移动。这样亚铁值就增加，而不是如现有技术所称应减小。因此为移动氧化还原平衡，使达到与在低总铁浓度所显示的相同的亚铁值，向有高总铁浓度的熔体中加入的碳量必须减小，这与现有技术的见解完全相反。因此，为保持某特定的亚铁值，在二氧化铈一定的浓度下，含高总铁浓度的钠钙硅浮法玻璃熔体比含低总铁浓度的熔体需要较少的碳。在亚铁值保持在约25%和二氧化铈浓度保持在约1%(重量)的情况下，总铁浓度从约0.5%增至约0.8%(重量)时，每1000磅玻璃加入的碳可从约0.9磅减至约0.35磅。加入较小量的碳就可避免在熔化时形成硅浮渣的问题，同样也可克服在玻璃产品中存在硅夹杂的缺陷。按照本专利技术，提供一种制造吸收红外能和紫外辐射的绿色玻璃的玻璃配合料组合物，其亚铁值从约22%至约29%，此组合物包括A)钠钙硅浮法玻璃配合料混合物;B)吸收紫外辐射量的含铈化合物，其量基本上不影响玻璃的颜色;C)一定量的铁，其量为在玻璃中产生至少0.75%(重量)的总铁;和D)一定量的碳，其量比含有组分A、B和在玻璃中产生0.5%(重量)总铁的一定量铁的玻璃配合料制造的玻璃中为达到相同亚铁值所需的碳量要少。另外，按照本专利技术，提供一种熔制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造吸收红外能和紫外辐射的绿色玻璃的玻璃配合料组合物，此玻璃的亚铁值从约２２％至约２９％，此组合物包括如下组分：Ａ）钠钙硅浮法玻璃配合料混合物；Ｂ）吸收紫外辐射量的含铈化合物，其量基本上不影响玻璃的颜色；Ｃ）一定量的铁，其量 为在玻璃中至少产生０．７５％（重量）的总铁；Ｄ）一定量的碳，其量比含有组分Ａ、Ｂ和在玻璃中产生０．５％（重量）总铁的一定量铁的玻璃配合料制造的玻璃中为达到相同亚铁值所需的碳量要少。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：程兆台，理查德R斯诺，杰弗里埃文斯，查尔斯R班福德，哈罗德B米尔恩斯，
申请(专利权)人：程兆台，理查德R斯诺，杰弗里埃文斯，查尔斯R班福德，哈罗德B米尔恩斯，
类型：发明
国别省市：US[美国]