DE2652445C2

DE2652445C2 - Braun gefärbtes Glas auf der Bais SiO↓2↓-Al↓2↓O↓3↓ - Na↓2↓O-(K↓2↓O) - CaO-MgO-Fe↓2↓O↓3↓-Se(CoO)-(NiO) - (Cr↓2↓O↓3↓)

Info

Publication number: DE2652445C2
Application number: DE19762652445
Authority: DE
Inventors: Robert Cormeilles-en-Parisis Keul
Original assignee: Saint Gobain Industries SA
Current assignee: Saint Gobain Industries SA
Priority date: 1975-11-17
Filing date: 1976-11-17
Publication date: 1983-04-21
Also published as: IT1063942B; FR2331527A1; FR2331527B1; DE2652445A1; BE848372A

Description

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Die Erfindung betrifft ein braungefärbtes Glas, das bei Verwendung der Beleuchtungsquelle C und bei einer Dicke von 6 mm einen Helligkeitsfaktor (Y) von 45 bis 60%, eine dominierende Wellenlänge (A₀) von 578 bis nm und einen Gesamtenergietransmissionsfaktor (FET) von 35 bis 55% aufweist und 68 bis 72 Gew.% SiO₂, 0 bis 4 Gew.-% AI0O3, 11 bis 15 Gew.-% Na₂O, 0 bis 3 Gew.-% K₂O, 7 bis 12 Gew.-% CaO, 1 bis 5 Gew.-% MgO und als Färbemittel Oxide von Eisen und Selen sowie gegebenenfalls Oxide von Kobalt, Nickel und Chrom enthält.

Ein solches Glas ist aus der DR-PS 20 82 459 bekannt. Ein ähnliches Glas ist ferner aus der FR-PS 20 74 983 bekannt.

Die bekannten Gläser sind jedoch keine echten braungefärbten Gläser, sondern praktisch nur neutralgraue Gläser und haben nur eine sehr vage definierte dominierende Wellenlänge. Sie weisen ferner nur einen sehr geringen spektralen Farbanteil auf. Außerdem besitzen sie eine starke Transmission im UV-Bereich.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines braungefärbten Glases, dessen Gesamtheit der colorimetrischen Eigenschaften einen verbesserten Kompromiß für den Betrachter zwischen dem Schutz gegen die Ermüdung der Augen, dem Komfort und der Qualität der Wiedergabe von Farben bei Gegenständen entspricht, wenn diese direkt durch die Scheibe hindurch oder beim durch die Scheiben hindurchgefilterten Tageslicht betrachtet werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Glas 0,2 bis 0,8 Gew.-% Fe₂O₃, 0,002 bis 0,01 Gew.-% Selen, weniger als 0,001 Gew.-% CoO, weniger als 0,01 Gew.-% Cr₇O₃ und weniger als 0,02 Gew.-% NiO enthält, wobei die Mengen der Färbemittel so aufeinander abgestimmt werden, daß ein Transmissionskoeffizient erhalten wird, der zwischen 400 und 470 nm bis auf etwa ± 10% konstant ist und dessen Mittelwert 35 bis 60% des Mittelwertes dieses Koeffizienten zwischen 600 und 700 nm entspricht

Weiterbildungen dieses Glases sind in den Ansprüchen 2 bis 6 beschrieben.

Die erfindungsgemäßen Gläser weisen beträchtlich verbesserte inaktinische Eigenschaften auf.

Die kolorimetrischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Gläser wurden mit Verfahren bestimmt, die in der Veröffentlichung »Recommandations officielles de la Commission Internationale de l'Eclairage«, publication ClE Nr. 15 (E-13.1.) 1971 beschrieben sind (entsprechend DIN 5033), und zwar ausgehend von einem vorgegebenen Transmissionsspektrum bei senkrechtem Einfall mit Hilfe eines Spektrophotometers CARY 14 bei Strahlungen im Bereich zwischen 320 nm und 2200 nm. Ferner handelte es sich bei der für die Berechnungen verwendeten Standardlichtquelle um die von der Internationalen Kommission anerkannte Lichtquelle C.

Im folgenden sollen Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Gläser näher erläutert werden. Zu diesem Zweck sollen Glaszusammensetzungen angegeben werden, die deswegen besonders vorteilhaft sind, weil ihre Grundbestandteile in den üblichen Verhältnissen von gängigen industriellen Silikat-Soda-Kalkgläsern enthalten sind. Somit werden unter gewissen speziellen Vorsichtsmaßnahmen, die aus der Verwendung der Farbagenzien resultieren, die Glaszusammensetzungen mit den in der Glasindustrie üblichen Techniken hergestellt Aus den gleichen Gründen eignen sich die Glaszusammensetzungen gut für die Massenproduktion, wie zum Beispiel zur Herstellung von Flachglas oder von Floatglas.

Darüber hinaus können bei dieser Herstellung ohne größere Schwierigkeiten Änderungen der Färbung nach der Ofenreise von anderen gefärbten Gläsern aufgrund der Tatsache vorgenommen werden, daß die Möglichkeit der Wahl zwischen verschiedenen Lösungen besteht, was im folgenden noch näher erläutert werden soll.

Geeignete Zusammensetzungen von Silikat-Soda-Kalkgläsern zur Herstellung von erfindungsgemäßen Gläsern bestehen beispielsweise im wesentlichen aus 68 bis 72 Gew.-% SiO₂, 0 bis 4 Gew.-% Al₂O₃, 11 bis 15 Gew.-% Na₂O, 0 bis 3 Gew.-% K₂O, 7 bis 12 Gew.-% CaO und 1 bis 5 Gew.-% MgO und enthalten ferner zur Erzielung der gewünschten kolorimetrischen Eigen-

schäften bei Glasscheiben von 6 mm Dicke 0,2 bis 0,8 Gew.-% Fe₂O₃,0,002 bis 0,01 Gew..°/o Selen, 0 bis 0,001 Gew.-% CoO, 0 bis 0,001 Gew.-% Cr₂O₃ und 0 bis 0,02 Gew.-% NiO.

Es ist zu beachten, daß die Extremwerte bei den Anteilen der Hauptbestandteile im aligemeinen nicht kritisch sind, jedoch in der Praxis übliche Grenzen darstellen, bei denen im wesentlichen der Preis der Ausgangsmaterialien, die Herstellungskosten und die Beanspruchungen bezüglich der physikalischen und chemischen Eigenschaften berücksichtigt sind, die von industriellen Gläsern üblicherweise verlangt werden.

Innerhalb des aus den oben angegebenen Grenzen resultierenden großen Bereiches für die Anteile an Farbagenzien hat die Anmelderin bevorzugte Teilbereiehe angegeben, unter denen eine Wahl getroffen werden kann, wobei die Zusammensetzung der zur Verfügung stehenden Ausgangsmaterialien einschließlich der Scherben, ihre Preise, ihre Abhängigkeit von den Herstellungsbedingungen und ihre möglicherweise zusätzlich gewünschten Eigenschaften für die Gläser zu berücksichtigen sind.

Aus diesem Grunde werden drei bevorzugte Hauptbereiche angegeben, die sich auf die Elemente der Hauptfärbungsmittel beziehen; der erste Bereich bezieht sich auf Eisenoxid und Selen, der zweite bezieht sich auf die beiden gleichen Elemente unter Zusatz von Chromoxid und der dritte Bereich bezieht sich auf die beiden gleichen Elemente unter Zusatz von Nickeloxid, wobei in sämtlichen Fällen Kobaltoxid als Spurenelement vorhanden sein kann.

Diese drei Bereiche sind in der Tabelle I zusammengestellt

Tabelle I

Elemente der Färbungsmittel (in Gewichtsprozent bezogen auf das Glas)

Material

Bereich I

II

III

Fe₂O₃	0,3	Beispiele	-0,6
Se	0,003	-0,006
CoO	0	- 0,001
Cr₂O₃	0	- 0,001
NiO	0	- 0,0005

Die im folgenden als Ausführungsbeispiele angegebe- _J5 nen Zusammensetzungen verdeutlichen verschiedene Möglichkeiten von Gläsern, wobei die Gläser 1, 2 und 3 sich insbesondere auf den Bereich 1, die Gläser 4,5,6 und 9 auf den Bereich II und die Gläser 7 und 8 auf den Bereich III bezieiien. Bei dem Glas 10 handelt es sich um ein nicht zur Erfindung gehörendes handelsübliches Bronzeglas, das zu Vergleichszweckeii herangezogen wird, um die Vorteile der Erfindung deutlich zu machen.

Die entsprechenden Gläser werden mit Hilfe der üblichen Glasausgangsstoffe hergestellt, und zwar sowohl hinsichtlich ihrer Art als auch hinsichtlich ihrer Verwendungsform, d. h. beispielsweise hinsichtlich der Körnung. Die Zubereitung der verglasbaren Chargen und die Herstellung der Gläser erfolgen mit den üblichen Verfahren, die die Herstellung von homogenen Gläsern ermöglichen, die sich für wichtige aussagefähige Messungen und Versuche eignen. Tabelle II gibt die Verhältnisse der in die verglasbaren

Tabelle II

Anteile der Färbungsagenzien in Gewichtsprozent

0,3 - 0,6
0,004 - 0,01
0 - 0,001
0,002 - 0,01
0 - 0,0005

0,2 - 0,6
0,003 - 0,005
0 - 0,001

0 - 0,001

0,0005 - 0,002

Chargen eingeführten Färbungsagenzien an, während in Tabelle III die Verhältnisse der entsprechenden Elemente angegeben sind, die bei der Analyse der hergestellten Gläser ermittelt wurden; in Tabelle IV sind verschiedene Eigenschaften der Gläser zusammengestellt.

In der Tabelle II ist die Gesamtheit der Bestandteile der verglasbaren Charge deswegen nicht angegeben, da die Verhältnisse hinsichtlich der Hauptbestandteile bei sämtlichen Gläsern praktisch die gleichen sind. Diese Anteile der Hauptbestandteile haben, bezogen auf ungefähr 100 kg herzustellendes Glas, folgende Werte:

Nephelinsyenit	1,41 kg
Dolomit	21,62 kg
Kalkstein	3,61 kg
Sand	70,97 kg
Natriumsulfat	0,53 kg
Natriumnitrat	0,40 kg
Natriumcarbonat	23,12 kg

Nr. der Gläser 1 2

Eisenrot

(Potee de fer)

Kaliumdichromat

Kobaltoxid

Nickeloxid

0,3708 0,4535 0,5362 0,3708 0,3708 0,3708 0,3708 0,3708 0,3708

0,0467 0,0333 0.0333 0,0467 0,0467 0,0533 0,0333 0,0300 0,0500

0,00973 0,00585 0,00973 0,00973

0,00055 0,00055 0,00055

0,0100 0,0070 0,0004

Ferner sind in Tabelle III die Ergebnisse der chemischen Analyse hinsichtlich der Anteile wiedergegeben, und zwar nur hinsichtlich derjenigen Elemente, die bei der Transmission der Gläser eine Rolle spielen, d. h.: der gesamte Eisenanteil, ausgedrückt in Anteilen berechnet als Fe₂O₃; Selen (Se), Kobaltoxid (CoO), Chromoxid (Cr₂O₃) und Nickeloxid (NiO). Die anderen Elemente sind bei all diesen Gläsern in im wesentlichen gleichen Anteilen vorhanden, und zwar in der Größenordnung von:

SiO₂

AI₂O₃

CaO

MgO

Na₂O

K₂O

SO₃

71,6 Gew.-%
0,4 Gew.-%
9,4 Gew.-%
4,0 Gew.-%

14,0 Gew.-%
0,1 Gew.-%
0,3 Gew.-%.

In Tabelle III ist weiterhin der Anteil an reduzierenden Elementen mit angegeben, und zwar ausgedrückt in der Form von FeO.

Tabelle III

Analyse der färbenden Bestandteile in Gew.-%.

Nr. der Gläser
1 2

10

Fe₂O₃ total

0,37
0,0048

0,48
0,0038

0,55 0,0034

0,40 0,0056

0,40 0,0047

0,0050 0,0020 0,40
0,0078
0,0005
0,0050

0,37
0,0050

0,39

0,0034

0,0004

0,010 0,007

0,38 0,39

0,0065 0,0019

0,0004 0,0040

0,0050 0,0005

0,0004 0,0006

0,055 0,074 0,090 0,055 0,056 0,052 0,053 0,060 0,052 0,062

In der Praxis hat man zur Erstellung von Vergleichsversuchen zwischen den verschiedenen Zusammensetzungen die Schmelze und die Herstellung der Gläser gemäß einem identischen Programm vorgenommen. Es wurde ein mit Propan beheizter Hafenofen verwendet, und zwar ein Laboratoriumsmodell, mit dem gleichzeitig zwei Tiegel mit einer Kapazität von 3 kg Glas behandelt werden konnten. Die Regulierung der Verbrennung enthielt ungefähr 5% Überschuß an Luft. Die verglasbare Charge wurde so hergestellt, daß eine erste Mischung nur mit den Färbungsmitteln und dem Dolomit vorgenommen wurde, während der Rest der Bestandteile dieser ersten Mischung hinzugefügt und erneut durchgemischt wurde. Das Einlegen der Charge erfolgte in zwei Stufen, der Arbeitsgang der eigentlichen Schmelzung wurde bei 1450°C ungefähr eine Stunde lang durchgeführt, während die Läuterung innerhalb von zweieinhalb Stunden bei 1460⁰C und das Abstehen in eineinhalb bis zwei Stunden bei 1330⁰C erfolgte. Die Platten wurden auf einem heißen Tisch vergossen und anschließend langsam gekühlt. Die Transmissionskurve wurde mit Hilfe eines Spektrophotometers CARY 14 aufgenommen, wobei die Messung bei senkrechtem Einfall vorgenommen wurde, ohne die Proben auf eine vorher definierte Dicke zu bringen. Eine geeignete Korrektur wurde daher vorgenommen, um sämtliche kolorimetrischen Eigenschaften auf die gleiche Dicke von 6 mm zu beziehen.

Tabelle IV gibt die folgenden kolorimetrischen Eigenschaften an, die einer Dicke von 6 mm entsprechen und die mit einer Beleuchtungsquelle C ermittelt wurden: Helligkeitsfaktor Y, dominierende Wellenlänge Ad, spektraler Farbanteil P_e, Faktor der Gesamtenergietransmission FET sowie die Faktoren der Energietransmission in den Bereichen des ultravioletten (UV), des sichtbaren (VIS) und des infraroten (IR) Lichtes, wobei sämtliche Werte in % angegeben sind, bis auf die dominierenden Wellenlängen Ad, die in Nanometern (nm) angegeben sind.

Tabelle IV

Kolorimetrischen Eigenschaften

	Nr. der	Gläser	3	4	5	6	7	8	9	10
	1	2	48,7	52,4	54,1	50,6	48,8	49,9	49,5	50,5
K(%)	54,8	50,2	580	581	580	581	581	581	581	582
X₀ (nm)	581	581	26,7	27,5	25,5	29,3	31,3	27,3	30,8	8,0
Pr (%)	27,4	26,7	40,1	49,9	50,1	50,9	48,4	47,6	49,0	49,7
FET (%)	51,4	44,2	14,2	14,8	16,4	11,5	14,2	16,3	10,9	23,0
UV(%) ·	14,8	14,9	46,0	49,9	51,5	48,2	47,2	48,3	47,1	50,7
VIS (%)	52,3	47,8	36,0	5U	50,2	55,1	50,9	48,4	52,2	50,0
IR (%)	52,2	42,3

Die auf der Zeichnung eingetragene Kurve gibt den Energietransmissionsfaktor des Glases gemäß Beispiel 9 in Abhängigkeit von der auf der Abszisse eingetragenen Wellenlänge an.

Die Extremwerte der Transmission des Glases Nr. 9 liegen zwischen 400 nm und 470 nm einschließlich bei 28,5% und 29,9%, was einer relativen Schwankung von ±2,4% bezogen auf seinen Mittelwert von 29,2% entspricht, und zwischen 600 nm und 700 nm einschließlich bei 60,8% und 57,4%, was einer relativen Schwankung von ±2,8% bezogen auf seinen Mittelwert von 59,6% entspricht. Man erkennt, daß die beiden Mittelwerte untereinander ein Verhältnis in der Größenordnung von 50% haben. Weiterhin läßt sich bei Untersuchung der Tabelle IV feststellen, daß das gleiche Glas Nr. 9 im Uhravioletibereich einen besonders geringen Faktor der Energietransmission besitzt, so daß ihm eine besondere Bedeutung für Schaufenstervergla-

sungen zukommt, da es dieses Glas ermöglicht, die Veränderung bzw. Verschlechterung der Farben der dem Licht ausgesetzten Gegenstände in sehr beträchtlicher Weise zu verlangsamen. Aus dem gleichen Grunde ist es mit den erfindungsgemäßen Gläsern möglich, die Ermüdung der Augen zu reduzieren. Es ist bemerkenswert, daß die Gläser andererseits jedoch eine ausreichend starke Beleuchtung gewährleisten, was sowohl die Werte des Helligkeitsfaktors Y der Tabelle IV in der Größenordnung von 50% und die angenehme und sehr nuancierte Wiedergabe der Farben erkennen lassen.

Darüber hinaus finden die erfindungsgemäßen Gläser aufgrund ihres warmen und angenehmen Farbtones auch Verwendung bei Dekorationen und Einrichtungen, wobei die erzielten Effekte sehr verschieden sein können und insbesondere von der Dicke des Glases abhängen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Braungefärbtes Glas, das bei Verwendung der Beieuchtungsquelle C und bei einer Dicke von 6 mm einen Helligkeitsfaktor (Y) von 45 bis 60%, eine dominierende Wellenlänge (A_D) von 578 bis 583 nm und einen Gesamtenergietransmissionsfaktor (FET) von 35 bis 55% aufweist und 68 bis 72 Gew.-% SiO₂,

0 bis 4 Gew.-% Al₂O₃,11 bis 15 Gew.-% Na₂O, O bis 3 Gew.-% K₂0,7 bis 12 Gew.-% CaO, 1 bis 5 Gew.-% MgO und als Färbemittel Oxide von Eisen und Selen sowie gegebenenfalls Oxide von Kobalt, Nickel und Chrom enthält, dadurch gekennzeichnet, daß es 0,2 bis 0,8 Gew.-% Fe₂O₃, 0,002 bis 0,01 is Gew.-% Selen, weniger als 0,001 Gew.-% CoO, weniger als 0,01 Gew.-% Cr₂O₃ und weniger als 0,02 Gew.-% NiO enthält, wobei die Mengen der Färbemittel so aufeinander abgestimmt werden, daß ein Transmissionskoeffizient erhalten wird, der zwischen 400 und 470 nm bis auf etwa ±10% konstant ist und dessen Mittelwert 35 bis 60% des Mittelwertes, dieses Koeffizienten zwischen 600 und 700 nm entspricht

2. Braungefärbtes Glas nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sein spektraler Farbanteil (P_e) 20 bis 35%, vorzugsweise mindestens 25% beträgt.

3. Braungefärbtes Glas nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sein Energietransmissionsfaktor im ultravioletten Bereich weniger als '/3 des gleichen Faktors im sichtbaren Bereich beträgt.

4. Braungefärbtes Glas nach einem der Ansprüche

1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es als Färbemittel 0,3 bis 0,6 Gew.-% Fe₂O₃,0,003 bis 0,006 Gew.-% Selen, 0 bis 0,001 Gew.-% CoO, 0 bis 0,001 Gew.-% Cr₂O₃ und 0 bis 0,0005 Gew.-% NiO enthält.

5. Braungefärbtes Glas nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es als Färbemittel 0,3 bis 0,6 Gew.-% Fe₂O₃, 0,004 bis 0,01 Gew.-% Selen, 0 bis 0,001 Gew.-% CoO, 0,002 bis 0,01 Gew.-% Cr₂O₃ und 0 bis 0,0005 Gew.-% NiO enthält.

6. Braungefärbtes Glas nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es als Färbemittel 0,2 bis 0,6 Gew.-% Fe₂O₃,0,003 bis 0,005 Gew.-% Selen, 0 bis 0,001 Gew.-% CoO, 0 bis 0,001 Gew.-% Cr₂O₃ und 0,0005 bis 0,02 Gew.-% NiO enthält.