BRPI0718481A2 - Vidro de soda - óxido de clácio - sílica transmissivo de uv - Google Patents
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Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "VIDRO DE SODA - ÓXIDO DE CÁLCIO - SÍLICA TRANSMISSIVO DE UV".
Antecedentes e sumário de concretizações exemplares desta invenção
Vidros transmissivos para UV são conhecidos. Por exemplo, a 5 patente U.S. N0 5 547 904 mostra um vidro transmissivo para UV. Infeliz- mente, o vidro da patente '904 é um vidro boro silicato que inclui uma grande quantidade de B2O3. Vidros boro silicato são indesejados em certos aspec- tos em que eles não podem ser fabricados de modo prático, e tipicamente não são fabricados, usando o processo de flotação e assim requerem técni- 10 cas de fabricação difíceis e/ou onerosas. Em particular, vidros boro silicato assim como sílica fundida não são práticos para produção por flotação devi- do suas composições e propriedades (alta viscosidade, alto custo e/ou alta temperatura de fusão).
Vidro de soda - óxido de cálcio - sílica é frequentemente fabrica- do através de um processo de flotação. Por exemplo, documento de patente U.S. N0 7 037 869, 6 573 207, 2005/0188725, e 6 949 484 são todos aqui incorporados por referência e todos mostram exemplos de vidros de tipo so- da - óxido de cálcio - sílica que podem ser fabricados através de um proces- so de flotação. Entretanto, vidro de soda - óxido de cálcio - sílica típico tem baixa transmissão de UV. Por exemplo, os exemplos de patente U.S. 6 949 484 têm transmissão UV de cerca de 65 a 77%. Tais baixos valores de transmissão de UV são indesejáveis em certas situações onde altas trans- missões de UV são desejadas (por exemplo, vidraças de estufas, assim chamados vidros uviol, vidros de especialidades óticas para lâmpadas de UV ou similares, janelas transmissivas para UV, etc.). Em aplicações de estufas, por exemplo, transmissão de UV-B (270-320 nm) é desejável de modo a aumentar crescimento de planta. Além disso, certa radiação UV é vantajosa em que ela faz com que o corpo humano forme certo material (por exemplo, vitamina D) que é desejável para boa saúde. Infelizmente, até hoje, um vidro de soda - óxido de cálcio - sílica não foi provido o qual seja capaz de signifi- cante transmissão de UV.
Adicionais exemplos conhecidos de vidros de soda - óxido de cálcio - sílica que têm baixa transmissão de UV são mostrados como "Claro Padrão" e "Extra Claro" na Figura 1. Estes dois vidros de soda - óxido de cálcio - sílica na Figura 1 têm transmissões de UV indesejavelmente baixas de 78,5% e 82,35% respectivamente, embora estes vidros tenham baixo teor 5 relativo de ferro. Além disso, estes dois vidros de soda - óxido de cálcio - sílica na Figura 1 têm transmissões indesejavelmente baixas em 320 nm (na faixa UV) de 16,10% e 20,33%, respectivamente.
Assim, será apreciado que existe uma necessidade na técnica de um vidro baseado em soda - óxido de cálcio - sílica , opcionalmente fabri- cado através de um processo de flotação, que é altamente transmissivo para pelo menos algum(ns) comprimento(s) de radiação UV.
Em certas concretizações exemplares desta invenção, é provido um vidro baseado em soda - óxido de cálcio - sílica transmissivo para ultra- violeta (UV). Em certas concretizações exemplares desta invenção, o vidro baseado em soda - óxido de cálcio - sílica transmissivo para UV pode ser fabricado através de um processo de flotação. Em certas concretizações exemplares desta invenção, um vidro de soda - óxido de cálcio - sílica tem uma transmissão de U de pelo menos 84%, mais preferivelmente de pelo menos 86%, mesmo mais preferivelmente de pelo menos 88%, e mais prefe- rivelmente de pelo menos 90%. Em certas concretizações exemplares desta invenção, o vidro de soda - óxido de cálcio - sílica tem uma transmissão em 320 nm (na faixa UV) de pelo menos 60%, mais preferivelmente de pelo me- nos 65%, mesmo mais preferivelmente de pelo menos 70%, ainda mais pre- ferivelmente de pelo menos 75%, e possivelmente de pelo menos 78%. Em certas concretizações exemplares desta invenção, o vidro de soda - óxido de cálcio - sílica tem uma transmissão visível de pelo menos cerca de 80%, mais preferivelmente de pelo menos 85%, e mais preferivelmente de pelo menos 90% ou 91%. Estas características óticas podem ser providas em um exemplo de espessura de vidro de referência não Iimitante de cerca de 3 mm.
Em certas concretizações exemplares desta invenção, o vidro baseado em soda - óxido de cálcio - sílica pode ser fabricado usando um processo de batelada altamente reduzida de modo a prover o vidro com um alto redox de vidro e/ou um baixo teor de ferro férrico. Ferro férrico em quan- tidades significantes é indesejável em que ele absorve radiação UV. Assim, vidros de acordo com certas concretizações exemplares desta invenção Iimi- 5 tam a quantidade de ferro férrico (como oposto a ferroso) no vidro. Isto pode ser feito através de redução de quantidade de ferro total no vidro e/ou atra- vés de provimento de um alto redox de vidro. Ferro ferroso é desejado acima de ferro férrico em que ferro ferroso tem menor absorção de UV comparado a ferro férrico.
Em certas concretizações exemplares desta invenção, é provido
um vidro compreendendo:
Ingrediente % em peso
SiO2 67 - 75%
Na2O 10-20%
CaO 5-15%
em que o vidro tem uma transmissão em um comprimento de onda de 320 nm de pelo menos cerca de 60%, mais preferivelmente de pelo menos cerca de 65%, mesmo mais preferivelmente de pelo menos cerca de 70%, ainda mais preferivelmente de pelo menos cerca de 75% ou 78%.
Nos Desenhos
A Figura 1 é uma tabela mostrando as composições químicas e propriedades espectrais de vidros de acordo com certas concretizações e- xemplares desta invenção (Exemplo de 1 a 3) comparados a vidros "Extra Claro" e "Claro Padrão" convencionais.
A Figura 2 é um gráfico de transmitância versus comprimento de
onda (nm) ilustrando a diferença em transmissão de UV entre vidro de flota- ção claro padrão e vidros de Exemplos 1 e 3 da presente invenção.
Descrição detalhada de certas concretizações exemplares desta invenção
Em certas concretizações exemplares desta invenção, é provido um vidro baseado em soda - óxido de cálcio - sílica transmissivo para ultra- violeta (UV). Em certas concretizações exemplares desta invenção, o vidro baseado em soda - óxido de cálcio - sílica transmissivo de UV pode ser fa- bricado através de um processo de flotação. Em certas concretizações e- xemplares desta invenção, um vidro baseado em soda - óxido de cálcio - sílica tem uma transmissão de UV de pelo menos 84%, mais preferivelmente de pelo menos 86%, mesmo mais preferivelmente de pelo menos 88%, e mais preferivelmente de pelo menos 90%. Em certas concretizações exem- plares desta invenção, um vidro baseado em soda - óxido de cálcio - sílica tem uma transmissão em 320 nm (na faixa UV) de pelo menos 60%, mais preferivelmente de pelo menos 65%, mesmo mais preferivelmente de pelo menos 70%, ainda mais preferivelmente de pelo menos 75%, e possivelmen- te de pelo menos 78%. Em certas concretizações exemplares desta inven- ção, o vidro de soda - óxido de cálcio - sílica tem uma transmissão visível de pelo menos 80%, mais preferivelmente de pelo menos 85%, e mais preferi- velmente de pelo menos 90% ou 91%. Estas características óticas podem ser providas em um exemplo de espessura de vidro de referência não- Iimitante de cerca de 3 mm.
Em certas concretizações exemplares desta invenção, o vidro é baseado em soda - óxido de cálcio - sílica e pode ser fabricado atrave's de um processo de flotação, ou qualquer outro processo apropriado tal como em uma linha de vidro padronizada. Em adição à base de composição / vidro 20 de soda - óxido de cálcio - sílica, o vidro baseado em soda - óxido de cálcio - sílica também pode incluir uma porção corante. Em certas concretizações exemplares desta invenção, é desejado que o vidro tenha uma alta trans- missão visível em combinação com alta transmissão de UV. Um vidro à base de soda - óxido de cálcio - sílica de acordo com certas concretizações desta 25 invenção, em uma base de porcentagem em peso, inclui os seguintes ingre- dientes básicos:
Tabela 1: Vidro Base de Exemplo
Ingrediente % em peso SiO2 67-75 Na2O 10-20 CaO 5-15 MgO 0-7 AI2O3 0-5 Ingrediente % em peso K2O 0-5 Em adição ao vidro base (por exemplo, vide Tabela 1 acima), na fabricação de vidro de acordo com certas concretizações exemplares da presente invenção a batelada de vidro inclui materiais (incluindo corantes e/ou agente(s) redutor) que fazem com que o resultante vidro tenha uma 5 reduzida quantidade de ferro férrico e/ou similares, alta transmissão de UV, alta transmissão visível, e/ou estabilização contra degradação de UV. Estes materiais tanto podem estar presentes nos materiais brutos (por exemplo, pequenas quantidades de ferro), como podem ser adicionados aos materiais de vidro base na batelada (por exemplo, agentes redutores). Além disso, em 10 adição aos ingredientes na Tabela 1 acima, outros ingredientes menores, incluindo vários auxiliares de refino convencionais, como SO3 e similares também podem ser incluídos no vidro base. Em certas concretizações, por exemplo, o vidro aqui pode ser fabricado a partir de materiais em bruto de batelada como areia sílica, carbonato de sódio comercial, dolomita, calcário, 15 com o uso de materiais tais como carbono, silício e/ou similares como agen- tes de refino. Em certas concretizações exemplares, os presentes vidros ba- seados em soda - óxido de cálcio - sílica incluem em peso de cerca de 10 a 15% de Na2O e de cerca de 6 a 12% de CaO.
Materiais brutos de vidro (por exemplo, areia sílica, carbonato de sódio comercial, dolomita e/ou calcário) tipicamente incluem certas impure- zas como ferro, que é um corante para vidro. A quantidade total de ferro pre- sente é aqui expressa em termos de Fe2O3 de acordo com a prática padrão. Entretanto, tipicamente, nem todo ferro está na forma de Fe2O3. Ao invés, o ferro está usualmente presente em ambos estados, ferroso (Fe2+; aqui ex- presso como FeO, embora todo ferro em estado ferroso no vidro possa não estar na forma de FeO) e 0 estado férrico (Fe3+). Ferro no estado ferroso (Fe2+; FeO) é um corante azul - verde, enquanto ferro no estado férrico (Fe3+) é um corante amarelo - verde. O corante amarelo - verde de ferro fér- rico (Fe3+) é de particular conceito que procurando obter-se um vidro alta- mente transmissivo para UV porque ferro férrico é muito mais um absorvedor de UV que ferro ferroso. Assim, altas quantidades de ferro férrico não são desejáveis em certas concretizações exemplares desta invenção.
Em certas concretizações exemplares desta invenção, o vidro de soda -óxido de cálcio - sílica é fabricado usando um processo de batelada 5 reduzida de modo a prover o vidro com um alto redox de vidro e/ou um baixo teor de ferro férrico. Como mencionado acima, ferro férrico em quantidades significantes é indesejável em que ele absorve significantes quantidades de radiação UV. Assim, vidros de acordo com certas concretizações exempla- res desta invenção limitam a quantidade de ferro férrico no vidro. Isto pode 10 ser feito através de redução de quantidade de ferro total no vidro e/ou atra- vés de provimento de um alto redox de vidro. Devido o vidro poder incluir mais ferro ferroso que férrico em certas concretizações exemplares desta invenção, o vidro pode ser azulado e/ou esverdeado em cor devido à nature- za corante azul - verde de ferro ferroso.
Em certas concretizações exemplares desta invenção, o vidro é
essencialmente ou substancialmente isento de compostos de absorção de UV como ferro férrico, óxido de cromo, óxido de chumbo, óxido de titânio, óxido de vanádio, e sulfetos de metais pesados. Em certas concretizações exemplares desta invenção, uma batelada de vidro de baixo teor de ferro 20 total é reduzida de modo que muito ferro férrico seja transformado em ferro ferroso menos absorvente de UV. Os agentes redutores que podem ser usa- dos sem significante contaminação de batelada são, por exemplo e sem limi- tação, silício metálico, alumínio metálico, siliceto de cálcio, monóxido de silí- cio, monóxido de estanho. Opcionalmente, embora menos preferido, carbo- 25 no também pode, ou ao invés, ser usado como um auxiliar de refino para propósitos de redução. Além disso, em certas concretizações exemplares desta invenção, a batelada pode ser baseada em refino substancialmente não-oxidante com cloreto de sódio e/ou temperatura de modo a prevenir ou reduzir formação de ferro férrico. Em certas concretizações exemplares, o 30 vidro pode ser fabricado usando um redox de batelada negativo para reduzir a geração de significantes quantidades de sulfetos.
Em certas concretizações exemplares desta invenção, de modo a aperfeiçoar-se características de transmissão de UV, o vidro pode conter um ou mais de elementos tais como Li, Al e/ou Zn (incluindo seus óxidos). Um ou mais destes materiais podem ser introduzidos na batelada como ma- teriais de batelada como carbonato de lítio, alumina e/ou óxido de zinco, res- 5 pectivamente. O vidro final pode conter, por exemplo, de O a 5% de um, dois ou todos de óxido de lítio (por exemplo, Li2O), óxido de alumínio (por exem- plo, AI2O3), e/ou óxido de zinco (por exemplo, ZnO). A presença de um ou mais destes elementos no corpo do vidro é vantajosa em que ela provê um certo nível de estabilização contra degradação de UV. O efeito de degrada- 10 ção (por exemplo, oxidação por radiação UV) pode também ou ao invés ser reduzido através de tratamento térmico que pode ocorrer naturalmente ou no processo de fabricação. Além disso, zinco, por exemplo, também pode ser vantajoso em que ele pode causar um efeito redutor e remover / reduzir sul- fetos. Por exemplo, óxido de zinco na batelada de vidro pode conduzir a sul- 15 feto de zinco substancialmente incolor pelo evitando ou reduzindo o surgi- mento de sulfeto de ferro marrom.
Em certas concretizações exemplares desta invenção, o vidro transmissivo para UV é obtido sem a necessidade de significantes quantida- des de materiais tais como um ou mais de arsênio, antimônio, vanádio, cério, 20 selênio, e chumbo (incluindo seus óxidos). Em certas concretizações especí- ficas desta invenção, o vidro contém não mais que 0,1%, mais preferivel- mente não mais que 0,05%, mesmo mais preferivelmente não mais que
0,01%, mais preferivelmente não mais que cerca de 0,005%, ainda mais pre- ferivelmente não mais que cerca de 0,0005%, e possivelmente não mais que 25 cerca de 0,0001% de um, dois, três, quatro, cinco ou todos de arsênio, anti- mônio, érbio, niquela, vanádio, cério, selênio e/ou chumbo (incluindo seus óxidos). Em certas concretizações exemplares desta invenção, o vidro é i- sento de (tem 0% de) um, dois, três, quatro, cinco ou todos de arsênio, anti- mônio, érbio, níquel, vanádio, cério, selênio, e/ou chumbo (incluindo seus 30 óxidos). Em certas concretizações descritivas, um, dois, três, quatro, cinco, seis, sete ou todos destes elementos não estão presentes mesmo em quan- tidades em traços. Como com todas as porcentagens de materiais aqui, es- tas quantidades são em termos de % em peso. Óxidos como aqui usado in- cluem diferentes estequiometrias; por exemplo, e sem limitação o termo óxi- do de cério como aqui usado inclui Ce2Os, CeO2, ou similares, como com certos outros elementos aqui mencionados. Em certas concretizações e- 5 xemplares desta invenção, a porção corante é substancialmente livre de co- rantes outros que não ferro (outros que não quantidades potencialmente em traços).
É notado que vidro de acordo com certas concretizações exem- plares desta invenção é frequentemente fabricado através de um conhecido 10 processo de flotação no qual um banho fino é utilizado. Assim será aprecia- do por aqueles versados na técnica que como um resultado de formação de vidro sobre estanho fundido em certas concretizações exemplares, peque- nas quantidades de estanho ou óxido de estanho podem migrar em áreas de superfície do vidro sobre o lado que estava em contato com o banho de es- 15 tanho durante fabricação (isto é, tipicamente, vidro de flotação pode ter uma concentração de óxido de estanho de 0,05% ou mais (peso) nos primeiros poucos micra abaixo da superfície que estava em contato com o banho de estanho).
Em vista do acima, vidros de acordo com certas concretizações 20 exemplares desta invenção obtêm alta transmissão visível em combinação com alta transmissão de UV. Em certas concretizações, vidros resultantes de acordo com certas concretizações exemplares desta invenção podem ser caracterizados por uma ou mais das seguintes características de transmis- são ótica, composição ou cor (para óticos, um exemplo de espessura refe- 25 rência não-limitante de cerca de 3 mm é usado). Notar que Lta é % de transmissão visível, e %T é a porcentagem de transmissão em 320 nm que é a faixa de UV.
Tabela 2: Características de vidro de concretizações exemplares
Característica Genérica Mais Preferida Mais Preferida Lta (Lt D65): >=80% >=85% >=90% ou 91% % UV (300-400 nm): >=84% >=86% >=88% ou 90% % T em 320 nm: >=60% >=65% >=77%, 75% ou 78% Característica Genérica Mais Preferida Mais Preferida Ferro total (Fe2O3): <=0,15% 0,001-0,10% 0,005-0,05% % de FeO: 0,001-0,02% 0,002-0,01% 0,004-0,008% Redox de Vidro: >=0,3 >=0,35 >=0,4, 0,5 ou 0,55 Óxido de zinco: 0-5% 0,1-3,0% 0,5-2,0% Óxido de lítio 0-5% 0,1-3,0% 0,5-2,0% Óxido de alumínio 0-5% 0,75-2,5% 1,0-2,0% Cl 0-5% 0,1-2,0% 0,25-1,0% SO3 <=0,1 ou 0,05% 0,0001-0,5% 0,0001-0,02% Como pode ser visto da Tabela 2 acima, vidros de certas concre-
tizações desta invenção obtêm desejadas características de alta transmissão visível e/ou alta transmissão de UV.
Exemplos de 1 a 3
5 Vidros exemplos foram fabricados e testados de acordo com
concretizações exemplares desta invenção, como mostrado na Figura 1. Em particular, as três colunas mais a direita na Figura 1 ilustram as respectivas composições e características óticas dos vidros de Exemplos de 1 a 3 desta invenção. Para propósitos de comparação, vidros "Extra Claro" e "Claro Pa- 10 drão" convencionais e suas características também são providas na porção à esquerda de Figura 1; Pode ser visto a partir de Figura 1 que os Exemplos desta invenção tiveram maior transmissão de UV comparados aos vidros "Extra Claro" e "Claro Regular" convencionais. Neste sentido, notar a redu- ção em SO3 nos Exemplos de 1 a 3 comparados aos vidros convencionais, 15 que indica a presença de menos oxidantes na batelada e um menor redox de batelada, e assim menos teor de ferro férrico comparado ao teor de ferro ferroso. Notar também a presença de óxido de zinco e/ou óxido de lítio nos vidros de Exemplos de 1 a 3, para aperfeiçoamento de tais características de transmissão de UV. Também é notado, por exemplo, que 0 Exemplo 1 tem 20 um teor total de ferro de 0,011% e um teor de FeO de 0,00062, e assim um redox de vidro de 0,56.
A Figura 2 é um gráfico de transmitância versus comprimento de onda (nm) ilustrando a diferença em transmissão entre o vidro de flotação claro padrão e vidros dos Exemplos 1 e 3.
É notado que o termo transmissão de UV é bem conhecido na técnica. Transmissão de UV pode, por exemplo, ser calculada usando Parry Moon Air Mass = 2 (de 300 a 400 nm inclusive, integrada usando Regra de Simpson em intervalos de 10 nm), ou via qualquer outra técnica apropriada para esta faixa.
Uma vez dadas a exposição acima muitas outras características, modificações e aperfeiçoamentos tornarão-se aparentes para aqueles ver- sados na técnica. Tais características, modificações e aperfeiçoamentos são por isso considerados serem uma parte desta invenção, o escopo da qual é para ser determinado pelas reivindicações que se seguem.
Claims (27)
1. Vidro compreendendo: Ingrediente % em peso SiO2 67 - 75% Na2O 10-20% CaO 5-15% onde o vidro tem uma transmissão em um comprimento de onda de 320 nm de pelo menos cerca de 60%.
2. Vidro de acordo com a reivindicação 1, onde o vidro tem uma transmissão em um comprimento de onda de 320 nm de pelo menos cerca de 65%.
3. Vidro de acordo com a reivindicação 1, onde o vidro tem uma transmissão em um comprimento de onda de 320 nm de pelo menos cerca de 70%.
4. Vidro de acordo com a reivindicação 1, onde o vidro tem uma transmissão em um comprimento de onda de 320 nm de pelo menos cerca de 75%.
5. Vidro de acordo com a reivindicação 1, onde o vidro tem uma transmissão em um comprimento de onda de 320 nm de pelo menos cerca de 78%.
6. Vidro de acordo com a reivindicação 1, onde o vidro tem um teor de ferro total (expresso como Fe2Oa) de menos que ou igual a 0,15%.
7. Vidro de acordo com a reivindicação 1, onde o vidro tem um teor de ferro total (expresso como Fe2O3) de 0,001 a 0,10%.
8. Vidro de acordo com a reivindicação 1, onde o vidro compre- ende de 0-0,05% de SO3.
9. Vidro de acordo com a reivindicação 1, onde o vidro compre- ende de 0-0,02% de SO3.
10. Vidro de acordo com a reivindicação 1, onde o vidro tem uma transmissão visível de pelo menos cerca de 85%.
11. Vidro de acordo com a reivindicação 1, onde o vidro tem uma transmissão visível de pelo menos cerca de 90%.
12. Vidro de acordo com a reivindicação 1, onde o vidro compre- ende de 0 a 5% de cada um de óxido de zinco, óxido de lítio e óxido de alu- mínio.
13. Vidro de acordo com a reivindicação 1, onde o vidro compre- ende de 0,1 a 3,0% de óxido de zinco.
14. Vidro de acordo com a reivindicação 1, onde o vidro compre- ende de 0,1 a 3,0% de óxido de lítio.
15. Vidro de acordo com a reivindicação 1, onde o vidro compre- ende de cerca de 0,1 a 2,0% de Cl.
16. Vidro de acordo com a reivindicação 1, onde o vidro tem um redox de vidro de pelo menos 0,4.
17. Vidro de acordo com a reivindicação 1, onde o vidro tem um redox de vidro de pelo menos 0,5.
18. Vidro de acordo com a reivindicação 1, onde o vidro tem um redox de vidro de pelo menos 0,55.
19. Vidro de acordo com a reivindicação 1, onde o vidro tem uma transmissão de UV (300-400 nm) de pelo menos 84%.
20. Vidro de acordo com a reivindicação 1, onde o vidro tem uma transmissão de UV (300-400 nm) de pelo menos 86%.
21. Vidro de acordo com a reivindicação 1, onde o vidro tem uma transmissão de UV (300-400 nm) de pelo menos 88%.
22. Vidro de acordo com a reivindicação 1, onde o vidro tem uma transmissão de UV (300-400 nm) de pelo menos 90%.
23. Vidro de acordo com a reivindicação 1, onde o vidro é subs- tancialmente livre de óxido de cério.
24. Vidro de acordo com a reivindicação 1, onde o vidro é subs- tancilamente livre de óxido de vanádio.
25. Vidro de acordo com a reivindicação 1, onde o vidro é subs- tancialmente livre de óxido de chumbo.
26. Vidro de acordo com a reivindicação 1, onde o vidro é subs- tancialmente livre de cada um de óxido de cério, óxido de vanádio, óxido de chumbo, níquel, selênio e arsênio.
27. Vidro de acordo com a reivindicação 1, onde o vidro é fabri- cado via um processo de flotação de modo que estanho e/ou óxido de esta- nho de um banho de estanho é provido em uma área de superfície do vidro.
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