DE1496457B1

DE1496457B1 - Photochrome Glasfenster

Info

Publication number: DE1496457B1
Application number: DE19651496457
Authority: DE
Inventors: O'leary Thomas G; Benjamin Justice; Brown Donald Nicol
Original assignee: Corning Glass Works
Current assignee: Corning Glass Works
Priority date: 1964-05-11
Filing date: 1965-05-06
Publication date: 1969-11-06
Also published as: NL6505821A; BE663738A; GB1111977A; US3406085A

Description

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Gegenstand der Erfindung sind photochrome Glas- Strahlen mit einer Wellenlänge von etwa 3000 bis fenster mit einem Gehalt an gegenüber aktinischen 5000 A empfindlich sind, und einem Filter, durch das Strahlen mit einer Wellenlänge von etwa 3000 bis ein Teil der aktinischen Strahlen vor ihrem Auftref-5500 A empfindlichen Kristallen, die dadurch ge- fen auf die Kristalle ausgefiltert wird,
kennzeichnet sind, daß sie ein Filter aufweisen, das 5 Gewöhnlich werden aus den Sonnenstrahlen Ultraaktinische Strahlen mit einer Wellenlänge von 3000 violettstrahlen mit einer Wellenlänge von 3000 bis bis 5500 A partiell zu absorbieren oder zu reflektieren 4000 A ausgefiltert. Das Filter kann aus einer diese vermag. Derartige Glasfenster sind insbesondere für Strahlen absorbierenden oder reflektierenden Glas-Automobile, Wohnhäuser und Bürohäuser geeignet. scheibe bestehen.

Photochrome Gläser zeichnen sich durch die be- ίο Es ist auch möglich, diese Strahlen mit im Glas

sondere Eigenschaft aus, daß ihre optische Durch- dispergierten Metalloxiden auszufiltern oder eine

lässigkeit abnimmt, wenn sie aktinischen Strahlen mit Scheibe aus diese Strahlen absorbierendem Glas zu

einer Wellenlänge von etwa 3000 bis 5500 A ausge- verwenden, auf dem in situ durch Ionenaustausch

setzt werden, ihre optische Durchlässigkeit jedoch auf eine Oberflächenschicht aus Kristallen entwickelt

den ursprünglichen Wert zurückkehrt, wenn die Glä- 15 wurde, die gegenüber aktinischen Strahlen mit einer

ser den Strahlen entzogen werden. Gläser dieser Art, Wellenlänge von etwa 3000 bis 5500 A empfindlich

d. h. Silikatgläser mit einem Gehalt an feinen anorga- sind.

rüschen Kristallen, vorzugsweise Silberhalogeniden, Die Erfindung wird an Hand der nachfolgenden

nämlich Silberchlorid, Silberbromid und/oder Silber- Figuren erläutert.

jodid, sind in der britischen Patentschrift 950 906 20 F i g. 1 zeigt graphisch die durchschnittliche Durck-

beschrieben. In anderen photochromen Gläsern be- lässigkeit photochromen Glases für sichtbare Strah-

stehen die gegenüber aktinischen Strahlen mit einer len in Abhängigkeit von der Intensität der auftreffen-

Wellenlänge von etwa 3000 bis 5500 A empfindlichen den aktinischen Strahlung;

Kristalle aus Kupfer- und/oder Cadmiumhalogeniden F i g. 2 zeigt graphisch die durchschnittliche Durch-(-chloriden, -bromiden und/oder -jodiden) bzw. aus 25 lässigkeit photochromen Glases für sichtbare Strahlen Silbermolybdat und/oder -wolframat. Obgleich eine im Laufe eines typischen 12-Stunden-Tages;
Vielzahl photochromer Gläser hergestellt werden F i g. 3 zeigt einen Querschnitt durch eine bevorkann, sind die dem photochromen Effekt zugrunde zugte Ausführungsform der Erfindung;
liegenden Vorgänge nicht ganz klar. Man nimmt an_s F i g. 4 zeigt graphisch die prozentuale Durchlässigdaß zwischen den aktinischen Strahlen und den in 30 keit zweier verschiedener Glasscheiben bei verschieder Glasmasse dispergierten Kristallen eine Reaktion denen Wellenlängen der Strahlen;
eintritt, welche die Absorptionsfähigkeit der Kristalle F i g. 5 zeigt einen Querschnitt durch eine andere gegenüber sichtbaren Strahlen verändert. In der Ausführungsform der Erfindung;
nichtreaktionsfähigen Glasmasse, die gegenüber den F i g. 6 zeigt einen perspektivischen Aufriß einer bei der Einwirkung der aktinischen Strahlen entstan- 35 weiteren Ausführungsform der Erfindung,
denen Reaktionsprodukten undurchlässig ist, so daß Da die photochromen Gläser Kristalle enthalten, diese nicht durch Diffusion austreten können, ver- die gegenüber Strahlen mit Wellenlängen von etwa mögen die Kristalle nach der Beseitigung der aktini- 3000 bis 5500 A empfindlich sind, ist es für die erfinschen Strahlen wieder in ihren ursprünglichen Zu- dungsgemäßen Zwecke vorteilhaft, mindestens einen stand zurückzukehren. Die ihre Durchlässigkeit für 40 Teil der Strahlen innerhalb dieses Bereichs auszufüsichtbares Licht reversibel ändernden Gläser eignen tern, die nicht im sichtbaren Bereich des Spektrums sich vor allem für Fenstergläser, Wände und Brillen- liegen. Man bevorzugt Filter, die Strahlen mit Wellengläser, längen von etwa 3000 bis 4000 A ausfiltern. Man

Die photochromen Gläser haben zwar viele An- kann hierzu auf die photochrome Glasscheibe eine wendungszwecke, der Anteil an aktinischen Strahlen 45 weitere Glasscheibe aufbringen, die Strahlen im geim Sonnenlicht ist jedoch so groß, daß selbst die nannten Bereich absorbiert, um so ein Doppelglasschrägen Sonnenstrahlen kurz nach Sonnenaufgang fenster oder ein Verbundfenster zu erhalten, auf die oder kurz vor Sonnenuntergang ausreichen, um diese Oberfläche der photochromen Glasscheibe einen Gläser fast dunkel werden zu lassen. Dadurch bleibt transparenten Film aufbringen, der die genannten die Durchlässigkeit verhältnismäßig konstant, obgleich 50 Strahlen absorbiert oder vorzugsweise reflektiert, oder die Intensität der sichtbaren Strahlen des Sonnen- diese Strahlen absorbierende Bestandteile in das lichtes mit steigender Sonne zunimmt. Man hat daher photochrome Glas einarbeiten. Kombinationen diesel versucht, photochrome Gläser zu entwickeln, die in Maßnahmen sind ebenfalls möglich, wie nachfolgend dem Maße dunkler werden, wie die Intensität der erläutert wird.

einfallenden Strahlen zunimmt. Ein gewisser Erfolg 55 F i g. 1 zeigt die Beziehung zwischen der Durchwurde durch die Wahl der Kristalle erzielt. Die erhal- lässigkeit typischer photochromer Gläser bei 20° C tenen Produkte befriedigten jedoch nicht ganz, da und der Intensität der auftreffenden aktinischen entweder ein Glas ausgewählt werden mußte, das die Strahlung. Die optische Durchlässigkeit eines trausam Mittag einfallenden Sonnenstrahlen auf ein ge- parenten photochromen Glases vor dem Dunkelwerwünschtes Maß herabsetzt, dafür jedoch weniger Son- 60 den entspricht der von Fensterglas. Beim Auftreffen nenlicht durchläßt, als zu anderen Tageszeiten er- von Licht einer gegebenen Intensität (bei konstanter wünscht ist, oder ein Glas, das tagsüber mehr Sonnen- Temperatur) steigt die bei einer gegebenen Wellenlicht durchläßt, dessen Menge um die Mittagszeit je- länge im sichtbaren Spektrum gemessene optische doch unerwünscht hoch ist. Dichte sowie die Gesamtlichtabsorption exponentisll

Die Erfindung stellt nun Fenstergläser zur Verfü- 65 und nähert sich einem konstanten Gleichgewichtswert, gung, die auf die Intensität der Sonneneinstrahlung Der vorstehend verwendete Ausdruck »Durchlässigreagieren. Sie bestehen aus photochromem Glas mit keit« bezieht sich auf die Durchlässigkeit für sichteinem Gehalt an Kristallen, die gegenüber aktinischen bare Strahlen, nachdem das Glas so lange aktinischen

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Strahlen konstanter Intensität ausgesetzt worden war, wesentlich geringer ist als die eines herkömmlichen, bis seine prozentuale Durchlässigkeit einen konstan- normalerweise für Verglasung verwendeten Natronten Wert angenommen hatte. Die graphische Darstel- Kalk-Glases (s. Kurve E). Bei Ausschaltung dieser lung zeigt eindeutig, daß das Glas gesättigt wird, d. h. Strahlen des Sonnenlichtes wird jedoch die Intensität nicht auf größere Intensitäten aktinischer Strahlen an- 5 der Gesamtstrahlung so verringert, daß sich in vielen spricht und noch merklich dunkler oder undurchlässi- Fällen das photochrome Glas nicht im gleichen ger wird, wenn der Punkt A erreicht ist, während die Ausmaß verfärbt, als wenn die gesamten Sonnen-Intensität der aktinischen Strahlung des Sonnenlichtes strahlen darauf fallen.

während des größeren Teils des Tages, d. h. an einem Eine Abwandlung des oben beschriebenen Doppelklaren Tag im wesentlichen etwa 1 Stunde nach Son- ίο glasfensters, die von dieser Erscheinung vorteilhaft nenaufgang bis etwa 1 Stunde vor Sonnenuntergang, Gebrauch macht, besteht in der Verwendung eines die Sättigungsintensität des photochromen Glases Schwenkfensterrahmens. Zwei Glasscheiben werden übersteigt. Laborversuche haben ergeben, daß durch zu einem herkömmlichen Fenster mit einem isolie-Herabsetzung der Intensität eines Teils der auf die renden Luftzwischenraum zwischen den Scheiben photochromen Kristalle im Glas auftreffenden aktini- 15 verbunden. Das Fenster kann so gedreht werden, daß sehen Sonnenstrahlen die Empfindlichkeit des Glases die Innenscheibe zur Außenscheibe wird, und umgegeändert und seine Ansprechbarkeit auf Veränderun- kehrt. Eine dieser Scheiben besteht aus Glas, das den gen in der Intensität der Sonnenstrahlen während des größten Teil der Sonnenstrahlen mit einer Wellen-Tagesablaufs verbessert werden kann. länge unter 4000 A absorbiert, die andere aus photo-F i g. 2 zeigt die mit der Erfindung erzielten Ergeb- 20 chromem Glas. Wenn daher die absorbierende nisse. Hier ist die Durchlässigkeit eines bestimmten Scheibe dem Sonnenlicht zugewendet wird, verändert Glases für sichtbare Strahlen während eines 12-Stun- sich die Ansprechbarkeit des Verbundglases gegenden-Tages wiedergegeben. Die Kurve B zeigt die An- über der Intensität der Sonnenbestrahlung. Falls jesprechbarkeit eines Fensters gemäß der Erfindung auf doch die Intensität des Sonnenlichtes so groß wird, Änderungen in der Sonnenlichtintensität. Kurve C 25 daß sie unangenehm wird, kann das Fenster um 180° zeigt die begrenzte Ansprechbarkeit von Fenstern, die gedreht werden, so daß das photochrome Glas der nur aus photochromem Glas bestehen und bei denen Sonne zugewendet ist und sich vollständig dunkel der Sättigungsgrad schon kurz nach Sonnenaufgang färbt.

erreicht ist und bis kurz vor Sonnenuntergang be- Fig. 5 zeigt im Querschnitt eine zweite Aüsfühstehenbleibt. 30 rungsform der Erfindung, bei der ein in einem Rah-Obgleich der auf photochromes Glas auftreffende men 23 befindliches Fenster aus einem photochromen Anteil an aktinischen Strahlen im Sonnenlicht in Glas 21 auf einer seiner Oberflächen mit einem Film vielerlei Weise reguliert werden kann, die vorstehend 22 versehen ist, der hier stark übertrieben eingezeichbeschriebenen Maßnahmen eingeschlossen, wird die net und gegenüber sichtbaren Strahlen transparent ist, Ausführungsform nach F i g. 3 bevorzugt. Hiernach 35 jedoch die Intensität der aktinischen Strahlen durch besteht ein Fenster 1 aus einer photochromen Glas- Absorption oder Reflexion herabsetzt. Das Fenster scheibe 2, die von einem sie umgebenden Rahmen 3 wird in die dafür vorgesehene Öffnung eines Gebäugehalten wird, und einer Scheibe aus im angegebenen des 24 oder ähnlichen Bauwerkes so eingesetzt, daß Wellenbereich absorbierenden Glas 4, die gleichfalls sich der Film 22 auf der Außenseite befindet und vom Rahmen 3 gehalten wird. Das Fenster 1 ist so in 40 dadurch die Intensität der aktinischen Strahlen des das Mauerwerks eingesetzt, daß sich die Scheibe4 Sonnenlichtes herabsetzt, bevor die Sonnenstrahlen an der Außenseite der Mauer5 befindet, d.h., die auf die photochrome Glasscheibe21 auftreffen. Ein Sonnenstrahlen müssen erst durch die Scheibe 4 geeigneter Film für diesen Zweck ist ein Eisenoxidfallen, bevor sie auf die photochrome Glasscheibe 2 film von einer Stärke entsprechend einem Einviertelauftreffen. Oft läßt man zur besseren Isolierung einen 45 Wellenlängenfilter für 3600 A. Ein solcher Film kann Luftraum 6 zwischen den Scheiben. leicht durch Verdampfen einer wäßrigen Lösung Die Scheibe 4 kann aus einem beliebigen transpa- eines hydrolysierbaren Eisensalzes, z.B. Ferrochlorid, renten Glas bestehen, da alle Gläser einen Teil der auf der Oberfläche des auf etwa 500⁰C erhitzten aktinischen Strahlen absorbieren und daher die An- photochromen Glases erzeugt werden, sprechbarkeit auf die Strahlungsintensität wenigstens 50 Eine dritte Abwandlung einer Fensterkonstruktion, etwas verbessern. Um eine für die praktische Anwen- die es ermöglicht, die Ansprechbarkeit photochromer dung geeignete Dunkelfärbung zu erreichen, sollten Gläser zu steuern, besteht in der Verwendung vermehr als 25% der Strahlen mit Wellenlängen unter schiebbarer absorbierender Elemente bei aus mehre-A ausgefiltert werden, vorzugsweise jedoch ren Scheiben bestehenden Fenstern. Sie wird in der mehr als 50%. In viel zufriedenstellenderer Weise 55 Fig. 6 perspektivisch gezeigt. Hier sind die Außenwird das erfindungsgemäße Ziel erreicht, wenn man ein und Mittelscheiben 10 und 11 jalousieartig beschich-Glas verwendet, das im wesentlichen gegenüber sieht- tet oder abgedeckt, so daß sie die Strahlen hindurchbaren Strahlen transparent ist, jedoch vorzugsweise lassen oder ausfiltern, wenn die Mittelscheibe vereinen wesentlichen Teil der Strahlen mit einer WeI- schoben wird. Ein solches Streifenmuster kann in gelenlänge von 3000 bis 4000 A absorbiert. Ein für 60 eignerer zweckmäßiger Weise unter Verwendung kladiesen Zweck besonders geeignetes Glas ist ein rer, organischer Strahlen absorbierender Überzüge Natron-Kalk-Glas mit ganz geringen Zusätzen an aufgebracht werden. Die absorbierenden, stark über-V₂O₅ und CeO₂. trieben gezeigten Streifen 12 befinden sich auf der Aus Fig. 4, in der die prozentuale Durchlässigkeit Innenseite der Außenscheibe und auf der Außenseite einer 2 mm dicken Glasscheibe gegen die Wellenlänge 65 der Innenscheibe. Bei einer Fensterkonstruktion dieder Strahlen aufgezeichnet ist, geht hervor, daß die ser Art wurde gezajgt, daß die Scheibe aus photochro-Durchlässigkeit dieses bestimmten Glases (Kurve D) mem Glas 13 in höherem Grad auf die Intensität der für Strahlen mit einer Wellenlänge unter 4000 A Sonnenstrahlen anspricht, wenn die Mittelscheibe 11

so eingestellt ist, daß sich die Streifen der Außen- und Mittelscheibe ergänzen und so ein geschlossenes Filter ergeben. Bringt man jedoch die Jalousiestreifen in eine offene Stellung, d. h., verschiebt man die Mittelscheibe 11 so, daß sich ihre Streifen mit denen der Außenscheibe 10 decken, so wird die Scheibe aus photochromem Glas 13 sowohl direkten als auch gefilterten aktinischen Strahlen ausgesetzt und verfärbl sich daher in stärkerem Maße, als wenn die Jalousiestreifen in geschlossener Stellung sind. Es ist klar, daß weitere Variationen zur Modifizierung der Strahlungsmenge und damit der Verfärbung des photochromen Glases möglich sind. Mit anderen Worten, man kann vertikale, horizontale und normale Bewegungen zur Ebene des Glases ausführen.

Für einige Anwendungszwecke kann ein Fenster brauchbar sein, bei dem eine Scheibe aus absorbierendem Glas mit einer Scheibe aus photochromem Glas zu einem Schichtglas verbunden ist, z. B. durch Verkleben mit einem Kunststoff, oder wirtschaft- ao Iicher, indem man eine heiße Scheibe jeder Glasart aus senkrechten, parallelen Öffnungen durch eine Walzengruppe laufen läßt, so daß die noch weichen Scheiben zu einer Einheit verbunden werden. Natürlich müssen dann die beiden Gläser hinsichtlich ihrer Wärmeexpansion aufeinander abgestimmt sein.

Obgleich diese Ausführungsform der Erfindung am Beispiel eines Strahlen absorbierenden Glases erläutert ist, ist es selbstverständlich, daß auch organische Kunststoffe zusammen mit dem photochromen Glas verwendet oder zu Schichtstoffen verarbeitet werden können oder daß Strahlen absorbierende Finne auf das Glas aufgebracht werden können.

Eine weitere Möglichkeit zur Bildung einer Einheit aus absorbierendem Medium und photochromem Glas besteht in der Bildung einer Oberflächenschicht mit photochromen Eigenschaften auf einem Strahlen absorbierenden Glas durch Ionenaustausch, ζ. Β. durch den Austausch von Silberionen gegen Alkalimetallionen zur Erzielung strahlungsempfindlicher Silberhalogenidkristalle. Hierzu wird die Glasoberfläche mit einem Silber oder Silberverbindungen enthaltenden Material in Berührung gebracht und anschließend erhitzt, um den Austausch der Silberionen mit den Alkalimetallionen zu erreichen.

Eine andere Möglichkeit zur Ausschaltung eines Teils der aktinischen Sonnenstrahlen, bevor diese zu einer Verfärbung des Glases führen, besteht in der Einverleibung absorbierender Bestandteile in den Glassatz. Es sind viele Oxide bekannt, die Strahlen in dem angegebenen Bereich absorbieren, wenn sie im Glas enthalten sind. Dazu gehören CeO₂, V₂O₃ und Fe₂O₃. Obzwar beträchtliche Mengen dieser Oxide in photochromen Gläsern enthalten sein können, ohne deren photochrome Eigenschaften nachteilig zu beeinflussen, werden vorzugsweise nur 2 Gewichtsprozent CeO₂, 0,3 Gewichtsprozent V₂O₅ und 0,1 Gewichtsprozent Fe₂O₃ verwendet, da größere Mengen die Neigung haben, im sichtbaren Bereich des Spektrums in unerwünschtem Maße zu absorbieren und die im Glas befindlichen Silberionen zu metallischem Silber zu reduzieren. Die vorstehend angegebenen Bestandteile führen den gewünschten Filtereffekt herbei, bewirken jedoch auch eine verschieden starke Verfärbung des Glases. Ein besonders vorteilhaftes Glas kann hergestellt werden, wenn nun in den Glassatz 0,1 bis 0,3 Gewichtsprozent V₂O₅ und 0,05 bis 0,3 Gewichtsprozent As₂O₃ einarbeitet, wobei das Verhältnis von V₂O₃ zu As₂O₅ zwischen 0,5 und 1,0 liegt. Die Gegenwart von Arsenoxid zusätzlich zu Vanadiumpentoxid ändert die durch das V₂O₅ allein hervorgerufene bräunliche Färbung in ein besseres schwaches Blaugrün. Eine besonders geeignete Zusammensetzung für eine photochrome Glasscheibe ist nachfolgend angegeben, wobei die Bestandteile in Gewichtsprozent ausgedrückt sind und der Halogengehalt in Übereinstimmung mit der üblichen Praxis 100% überschreitet:

SiO₂ 58,9%

Al₂O₃ 9,3%

Na₂O 10,1%

K₂O 1,0%

B₂O₃ 19,9%

Ag 0,45%

CuO.... 0,03%

As₂O₃ 0,1%

V₂O₅ 0,2%

F- 1,45%

Cl- 0,6%

Photochrome Gläser mit im Bereich von etwa bis 5500 A absorbierenden Bestandteilen werden in ähnlicher Weise hergestellt.

Claims

Patentansprüche:

1. Photochrome Glasfenster mit einem Gehalt von gegenüber aktinischen Strahlen mit einer Wellenlänge von etwa 3000 bis 5500 Ä empfindlichen Kristallen, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einem Filter versehen sind, das aktinische Strahlen mit einer Wellenlänge von 3000 bis 5500 Ä partiell zu absorbieren oder zu reflektieren vermag.

2. Fenster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter Strahlen mit einer Wellenlänge von 3000 bis 4000A reflektiert oder absorbiert.

3. Fenster nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter aus einer diese Strahlen absorbierenden oder reflektierenden Glasscheibe besteht, die vor der photochromen Glasscheibe angebracht ist.

4. Fenster nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlen absorbierende oder reflektierende Glasscheibe und die photochrome Glasscheibe über eine mit den aneinandergrenzenden Flächen der Scheiben in Berührung stehende Kunststoffschicht zu einem Verbundglas vereinigt sind.

5. Fenster nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Scheiben durch gleichzeitiges Hindurchführen durch die gleiche Walzengruppe bei einer ausreichend hohen Temperatur zu einer Einheit verbunden wurden.

6. Fenster nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter aus einem Überzug oder Film besteht, der auf der Vorderseite der photochromen Glasscheibe angebracht ist.

7. Fenster nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter durch Metalloxide in der die lichtempfindlichen Kristalle enthaltenden Glasscheibe gebildet wird.

8. Fenster nach Anspruch?, dadurch gekennzeichnet, daß das Metalloxid aus bis zu 2% CeO₂, bis zu 0,3% V₂O₅ oder bis zu 0,1% Fe₂O₃ besteht.

9. Fenster nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter aus beweglichen, nicht photochromen Glasscheiben mit absorbierenden oder reflektierenden Mustern besteht.

10. Modifiziertes Fenster nach Anspruch 1 aus einer Strahlen mit einer Wellenlänge von 3000 bis 4000 A absorbierenden Glasscheibe, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe eine Oberflächenschicht aus gegenüber aktinischen Strahlen mit einer Wellenlänge von 3000 bis 5500 A empfindlichen Kristallen aufweist, die in situ durch Ionenaustausch gebildet wurde.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

909545/56