Szkło, z racji unikalnych właściwości w porównaniu do ceramicznych i mineralnych materiałów budowlanych, zawsze było tworzywem niezastąpionym w budownictwie. Niemniej w związku z niską izolacyjnością termiczną, stosowano je umiarem. Postępujące zwiększanie udziału oszkleń stało się praktycznie możliwe dopiero w ostatnim trzydziestoleciu, dzięki intensywnemu rozwojowi technologii i technik powlekania szkła. Wynikiem tych procesów, skutkujących masową produkcją szkła budowlanego o bardzo dobrych parametrach jakościowych i przydatności do dalszego przetwórstwa, stała się dostępność dla budownictwa szerokiego, ciągle doskonalonego asortymentu szkieł budowlanych i produktów przetwórstwa na bazie szkieł produkowanych metodą float.

Wstep

Rozwój ten dotyczy zwłaszcza szkła powlekanego, gdyz powłoki pozwalaja modyfikowac w znacznym stopniu własciwosci szkła, podkreslajac zalety i eliminujac ograniczenia dla jego zastosowan.
Stosowanie powłok z reguły stanowi rozwiazanie znacznie tansze niz zmiana własciwosci szkła w całej jego objetosci. Szkło jest pod wzgledem własciwosci fizycznych i chemicznych doskonałym podłozem i nosnikiem powłok w postaci cienkich warstw z materiałów o róznym charakterze, zarówno nieorganicznych jak i organicznych.

Dotyczy to zwłaszcza szkła produkowanego metoda float, którego sposób otrzymywania zapewnia jakosc powierzchni najbardziej odpowiednia do nanoszenia powłok. Wydajnosc produkcji szkła ta metoda jest znacznie wyzsza w stosunku do metod starszych (Fourcaulta, Pittsburgh) a przy tym otrzymywanie niektórych rodzajów powłok, zwłaszcza z tlenków metali i na bazie zwiazków krzemu, moze odbywac sie podczas procesu formowania szkła. Wydajnosc produkcji szkła powlekanego jest wówczas równa wydajnosci metody float. Ponadto powłoki otrzymywane w tego rodzaju warunkach, z powodu trwałego zwiazania z podłozem, uzyskuja wysoka odpornosc i cechuje je szczególna przydatnosc do zastosowan w elewacjach budynków.

Ponadto własciwosci szkła stanowiącego podłodze i materiału powłoki wykazują działanie addytywne. Dzięki temu możliwe jest kształtowanie właściwości, a zwłaszcza parametrów spektrofotometrycznych szkło z powłokami poprzez odpowiedni dobór szkła podłożowego i powłok o różnym składzie chemicznym oraz charakterystykach strukturalnych. Tego rodzaju kombinacje sa szeroko wykorzystywane i rozwijane przez producentów szkła powlekanego w celu urozmaicenia i coraz lepszego dostosowania oferowanych wyrobów do potrzeb budownictwa.

Początkowo stosowanie szkła z powłokami ograniczało sie do nowych budynków o charakterze użyteczności publicznej. Obecnie coraz częściej znajduje ono zastosowanie także w budownictwie mieszkaniowym i przy renowacji starszych budynków. Różnorodność asortymentowa szkła z powłokami, w połączeniu z aktualnie stosowanymi i rozwijanymi systemami fasad, daje projektantom i budowniczym możliwości kształtowania warunków wewnątrz budynków i zapewnienia komfortu ich użytkownikom.

Fot. 1. Budynek Centrum HSBC (HSBC Centre), Hong Kong, (Chinska Republika Ludowa) Na elewacji zastosowano szkło powlekane produkcji firmy Glaverbel: Solarbel Silver SS08 i Solarbel Pastel Blue PB 14 (szkła serii Solarbel posiadają powłoki metaliczne – ze stopów metali, nanoszone próżniowo poza linia, w procesie ciągłym, cechujące sie obniżona emisyjnością – współczynnik U przy zastosowaniu w szybie zespolonej ze szkłem zwykłym, rzędu 2,3-2,7 W/m2K) oraz szkło elewacyjne emaliowane (z warstwa materiału termoizolacyjnego) Colorbel Light Blue

Szkła z powłokami dla budownictwa – właściwości, wymagania ogólne i sposoby otrzymywania
Powłoki na szkle powlekanym stanowiła warstwy o grubości od kilkudziesięciu do kilkuset nanometrów (1 nm = 10-9 m) i wraz z podłozem tworza układy, których własciwosci uzytkowe zaleza zarówno od charakterystyk zastosowanych materiałów jak i metody otrzymywania powłoki.

Zaleznie od swoich własciwosci uzytkowych, a zwłaszcza odpornosci chemicznej i mechanicznej, szkło z powłokami moze miec zastosowanie zarówno w formie monolitycznej jak i wchodzic w skład elementów elewacyjnych o charakterze szyb zespolonych i klejonych.

Zaleznie od tych własciwosci, warunkowanych metoda nanoszenia, według przedmiotowej normy PN-EN 1096-1:2001 – Szkło w budownictwie. Szkło powlekane. Czesc 1: Definicje i klasyfikacja, szkło z powłokami mozna podzielic, pod wzgledem potencjalnych mozliwosci zastosowan w budownictwie, na nastepujace kategorie:

A. powierzchnia powlekana tego szkła moze byc zwrócona na zewnatrz lub w kierunku wnetrza budynku;
B. szkło powlekane moze byc stosowane jako oszklenie monolityczne, lecz powierzchnia powlekana powinna znajdowac sie po wewnetrznej stronie budynku;
C. szkło powlekane powinno byc stosowane tylko jako składnik uszczelnionych oszklen wielokrotnych, z zaleceniem by powierzchnia powlekana była zwrócona w kierunku przestrzeni miedzyszybowej;
D. szkło powlekane powinno byc montowane w szybach zespolonych mozliwie zaraz po naniesieniu powłoki, przy czym strona powlekana powinna byc zwrócona w kierunku przestrzeni miedzyszybowej. Szkła takie nie sa dostepne jako monolityczne;
S. powierzchnia powlekana tego szkła moze byc skierowana zarówno na zewnatrz jak i do wnetrza budynków, lecz te rodzaje szkieł powlekanych moga byc stosowane tylko do wyraznie okreslonych zastosowan, np. na witryny sklepowe.

Fot. 2. Centrum Badawcze Hua Wei, główny budynek (Shenzhen, Chinska Republika Ludowa) Na elewacji zastosowano szkło powle- kane produkcji firmy Glaverbel: Stopray Aquamarine 59/31; (szkło serii Stopray posiada powłoki metaliczne – ze złota i srebra, nanoszone prózniowo poza linia, w procesie ciagłym, cechujace sie niska emisyjnoscia i własciwosciami przeciwsłonecznymi – współczynnik U przy zastosowaniu w szybie zespolonej ze szkłem zwykłym i wypełnieniem gazem, rzedu ponizej 1,3 W/m2K)

Szkło powlekane powinny odpowiadac wymaganiom trwałosci, podanym w normach PN-EN 1096-2 i PN--EN 1096-3, które okreslaja rodzaje i warunki badan słuzacych sprawdzaniu odpornosci dla poszczególnych kategorii tych szkieł. Odpowiedzialnosc za zakwalifikowanie szkła z powłoka do jednej z okreslonych w normie PN-EN 1096-1 kategorii, ponosi jego producent.

Wsród materiałów powłok dla szkła stosowanego dla oszklen, szczególne miejsce zajmuja metale, zwłaszcza szlachetne oraz tlenki metali. Rzadziej stosowane sa inne zwiazki metali, np. azotki, siarczki, selenki, przy czym zwiazki półprzewodnikowe tej grupy słuza m. in. do otrzymywania powłok dla najnowszej generacji szkła dla urzadzen fotowoltaicznych i ogniw słonecznych. Do materiałów stosowanych na powłoki dla szkła budowlanego nalezy tez krzem i jego zwiazki, zwłaszcza z wodorem i weglem.

W nowych, lecz coraz czesciej stosowanych tzw. zaawansowanych oszkleniach, np. fotochromowych, termochromowych czy elektrochromowych, powłoki na szkle stanowia w istocie układy wielowarstwowe, o zróznicowanym składzie chemicznym i funkcjach pełnionych w tego rodzaju układach.

Wiekszosc aktualnie produkowanego i stosowanego w budownictwie szkła z powłokami ciagle jednak stanowi szkło refleksyjne o własciwosciach przeciwsłonecznych (ang. solar control glasses) i szkło z powłokami tzw. niskoemisyjnymi (ang. low emissivity glasses).

Szkło z powłokami z metali i z tlenków metali, tj. materiałów powszechnie stosowanych w przypadku szkła refleksyjnego i niskoemisyjnego dla budownictwa, moze byc barwne lub bezbarwne. Powłoki refleksyjne na ogół cechuja sie wysokim współczynnikiem odbicia swiatła, a ich przepuszczalnosc swiatła i energii słonecznej, zalezna od ich zdolnosci absorpcji i odbicia w tych zakresach promieniowania, moze kształtowac sie od bardzo niskiej, rzedu kilku procent do podobnej jak dla szkła bezbarwnego.

Powłoki refleksyjne, w celu modyfikacji własciwosci szkła, w tym zmiany jego barwy, czesto sa nanoszone na podłoza z absorpcyjnych szkieł barwionych w masie. Atrakcyjny wyglad szkieł refleksyjnych pozwala wzbogacac estetyczne własciwosci fasad budynków. Własciwa barwe tych szkieł okresla sie w swietle przechodzacym, natomiast barwa w swietle odbitym jest zwykle srebrna lub niebieskawa, jakkolwiek dla bardzo cienkich powłok moze ona byc bardziej zróznicowana z powodu nakładania sie efektu interferencji swiatła.

Szkło z powłokami niskoemisyjnymi ma na ogół barwe neutralna i odznacza sie wysoka zdolnoscia odbijania promieniowania cieplnego z zakresu dalekiej podczerwieni. Oszklenia z udziałem tego rodzaju szkła, zwykle w postaci szyb zespolonych lub podwójnych elementów elewacyjnych, maja za zadanie zmniejszanie strat ciepła z budynku do otoczenia a takze ochrone pomieszczen przed przegrzaniem pro- mieniowaniem słonecznym.

Szczególnie zróznicowane pod wzgledem parametrów spektrofotometrycznych i wartosci współczynnika emisyjnosci stanowi szkło powlekane łaczace własciwosci przeciwsłoneczne i energooszczedne. Do tej grupy nalezy szkło z powłokami charakteryzujacymi sie podwyzszona zdolnoscia odbicia promieniowania cieplnego zarówno w zakresie słonecznym jak i dalszej podczerwieni. Na ogół szkło takie jest barwne, dzieki barwnemu materiałowi powłoki i/lub zastosowaniu w charakterze podłozy szkła absorpcyjnego barwionego w masie.

Powłoki przeciwsłoneczne moga miec charakter metaliczny (np. Au, Cu, Fe-Ni, Ni-Cr, stal szlachetna itp.), tlenkowy – oparty zwłaszcza na tlenkach metali przejsciowych głównie szeregu zelaza, lub azotkowy – najczesciej TiN. Powłoki o własciwosciach wyłacznie przeciwsłonecznych nie obnizaja współczynnika przenikania ciepła szkła U [W/m2K], ale szkło z takimi powłokami zastosowane w postaci oszklen lub elementów elewacyjnych, stanowi latem ochrone przed nadmiarem swiatła słonecznego i przegrzaniem, samo nie ulegajac przy tym nagrzewaniu.

Stanowi to wazna zalete w porównaniu ze szkłem absorpcyjnym, które nagrzewajac sie, wypromieniowuje czesc zaabsorbowanego ciepła w kierunku wnetrza, pogarszajac jego komfort termiczny, a wskutek zmian temperatury w otoczeniu czesto ulega pekaniu. Z kolei zima, przy niskim połozeniu słonca nad horyzontem, własciwosci absorpcyjne szkła z tego rodzaju powłokami, zapewniaja, ze zaabsorbowana przez nie energia słoneczna, na drodze wtórnego promie- niowania, trafia do wnetrza budynków. W zwiazku z tym, w budynkach, w których na elewacje zastosowano tego rodzaju szkła powlekane, ulega poprawie komfort ich uzytkowania.

PrivaBlue (firmy Glaverbel); powłoka na szkle niebieskim przeciwsłonecznym (PrivaBlu), otrzymywana metoda pirolizy, posiada wysoka odpornoss – powlekana strona szkła moze bys stosowane na pozycji 1 w oszkleniu

Szeroka i róznorodna pod wzgledem wygladu i własciwosci uzytkowych oraz stale wzbogacana oferta rynkowa szkła powlekanego dla budownictwa pozwala na kształtowanie przy jego uzyciu nie tylko wygladu, lecz zwłaszcza funkcji oswietleniowych i energooszczednosci budynków. Umozliwia ona tez produkcje i dobór elementów elewacyjnych harmonizujacych lub kontrastujacych z oszkleniami okiennymi i spandrelami ze wszystkich stosowanych materiałów, w tym z naturalnego kamienia, a takze realizacje fasad całoszklanych, w tym w całosci wykonanych z tego samego rodzaju szkła. Warunek trwałosci fasad z udziałem szkła powlekanego stanowi własciwe zastosowanie tego szkła, determinowane przez metode otrzymywania powłoki i rodzaj oraz parametry wytrzymało- sciowe podłoza szklanego, które moze byc odprezone, hartowane lub wzmacniane termicznie przed lub po naniesieniu powłoki.

Metody otrzymywania powłok na szkle ogólnie mozna podzielic na fizyczne i chemiczne. Fizyczne metody otrzymywania powłok bazuja na procesach naparowania lub rozpylania, w warunkach prózniowych, materiału tworzacego powłoke. W tej grupie metod, zaleznie od stosowanych rozwiazan technicznych i parametrów procesu powlekania, rozróznia sie np. naparowanie prózniowe, rozpylanie katodowe, rozpylanie magnetronowe, reaktywne rozpylanie jonowe itp. Dalsze, bardziej szczegółowe okreslenia tworzone sa według rodzaju zasilania – na przykład zmienno- lub stałopradowe, z napieciem poczatkowym, przy czestotliwosci radiowej itp.

Masowa produkcja szkła z powłokami nanoszonymi przy zastosowaniu metod fizycznych stała sie mozliwa dzieki szerokiemu rozpowszechnieniu techniki magnetronowego rozpylania i technik reaktywnego rozpylania jonowego, które pozwalaja równiez uzyskiwac powłoki o charakterze zwiazków chemicznych o załozonym składzie stechiometrycznym.

W przypadku wiekszosci metod fizycznych, przyleganie materiału powłok do szkła powłoki ma miejsce za posrednictwem stosunkowo słabych sił adhezji. A zatem odpornosc tak otrzymanych powłok jest stosunkowo niska i nie pozwala na stosowanie szkieł z tego rodzaju powłokami jako monolitycznych oszklen z powłoka skierowana na zewnatrz budynku. Generalnie tylko powłoki uzyskiwane za pomoca technik magnetronowych moga nie byc chronione w szybach zespolonych, pod warunkiem ich stosowania w charakterze oszklen wewnetrznych, lecz nawet przy takim zastosowaniu ich trwałosc bedzie nizsza niz powłok otrzymywanych metodami chemicznymi zawierajacymi obróbke termiczna w temperaturach zblizonych do temperatury miekniecia szkła stanowiacego podłoze.

Fot. 4. Budynek Wu Han Harbour Bureau Plaza (Hubei, Chinska Republika Ludowa). Na elewacji zastosowano szkło powlekane produkcji firmy Glaverbel: Sunergy Azur; (szkło serii Sunergy, łaczace obnizona emisyjnoss z własciwosciami przeciwsłonecznymi, posiada odporne powłoki nanoszone metoda pirolizy – powlekana strona szkła moze bys stosowane na pozycji 1 w oszkleniu

Sa to metody oparte na procesach hydrolizy i obróbki termicznej lub pirolizy soli odpowiednich metali. W tej grupie metod za perspektywiczna uwaza sie metode zol-zel, w której powłoki otrzymuje sie sposobem zanurzeniowym ze zwiazków metaloorganicznych o charakterze alkoholanów. Stosuje ja i rozwija firma Schott Glaswerke (Niemcy). Powłoki uzyskane metoda zol-zel maja wysoka odpornosc chemiczna oraz na działanie czynników atmosferycznych i mogą byc eksponowane na zewnątrz budynku.

Metoda chemiczna najbardziej rozpowszechniona i mająca największe znaczenie przemysłowe jest metoda pirolizy, w której na powierzchnie szkła nagrzanego do temperatury zbliżonej do temperatury jego mięknięcia podaje sie roztwór powłokotwórczy, albo związek powłokotwórczy rozpylony w strumieniu sprężonego powietrza lub innego gazu obojętnego. Z kolei w temperaturowej metodzie chemicznego naparowania, związek powłokotwórczy przeprowadza sie w stan pary i osadzanie powłoki odbywa sie z fazy gazowej.

Metoda pirolizy jest szczególnie przydatna i wydajna w przypadku zastosowania bezpośrednio w linii formowania szkła metoda float, a także szkła walcowanego i szkieł formowanych poziomo innymi metodami. Metoda ta można otrzymywać szkła refleksyjne przeciwsłoneczne i niskoemisyjne z powłokami z tlenków metali i zapewnia ona największa trwałość powłok, dzięki chemicznemu związaniu materiału powłoki z podłożem szklanym. Szkła z powłokami otrzymanymi metodami zol-zel i pirolizy mogą byc w oszkleniach fasadowych sytuowane na wszystkich pozycjach, w tym strona powlekana na zewnątrz budynku (pozycja 1).

Aktualnie metoda pirolizy jest stosowana do produkcji szkieł z tego rodzaju powłokami, przez tak znane firmy jak Pilkington, Saint Gobain, Glaverbel, PPG Industry, LOF i inne.

Zastosowanie szkła z powłokami w oszkleniach
Szkło z powłokami przeciwsłonecznymi nadaje sie szczególnie na elewa- cje budynków użyteczności publicznej, o dużych powierzchniach przeszkleń, zwłaszcza na fasady południowe. Jedna z ważnych funkcji oszkleń z udziałem szkła powlekanego przeciwsłonecznego jest ochrona przed promieniowaniem ultrafioletowym, powodującym niszczenie materiałów poddanych jego działaniu, przy czym najsilniejsze działanie ma promieniowanie ultrafioletowe i widzialne w zakresie długości fal od ok. 200-700 nm. Niekorzystne skutki mających wówczas miejsce reakcji fotochemicznych, dotyczą zwłaszcza papieru, tkanin, drewna, lakierów, oleju, kości słoniowej, pergaminu, skóry itp.

Początkowo przejawiają sie one pogorszeniem barwy, a następnie postępująca fotodegradacja ich struktury. Zastosowanie oszkleń elewacyjnych elewacji ze szkieł z powłokami o właściwościach przeciwsłonecznych pozwala chronić przed tego rodzaju niszczącym działaniem m. in. zbiory muzealne, biblioteczne i towary eksponowane za szkłem. W tabeli 1 podano właściwości typowych szkieł refleksyjnych z powłokami o właściwościach przeciwsłonecznych, na przykładzie szkła „Stopsol” (firmy Glaverbel) i Antelio (firmy Saint Go-bain).

Szkło z powłokami niskoemisyjnymi jest energooszczednye, gdyż obniża straty ciepła z budynku do otoczenia dzięki zdolności odbijania promieniowania podczerwonego z zakresu długości fal od ok. 5500-50 000 nm, odpowiadającego promieniowaniu cieplnemu emitowanemu przez grzejniki, ludzi i przedmioty znajdujące sie w pomieszczeniach. Zwykłe szkło posiada właściwość praktycznie całkowitej absorpcji promieniowania o tym zakresie i dlatego, w wyniku różnicy temperatur pomiędzy otoczeniem a wnętrzem, latem dochodzi do przegrzania a zima do strat ciepła z budynków do otoczenia.

Miara zdolności odbicia promieniowania podczerwonego jest współczynnik emisyjności, który dla zwykłego szkła wynosi ok. 0,87. Im jest on niższy dla szkła powlekanego z powłoka niskoemisyjna, tym lepsze sa własciwosci termoizolacyjne oszklenia zawierającego tego rodzaju szkło.

Tabela 1 Właściwości szkieł refleksyjnych STOPSOL (Glaverbel), ANTELIO (Saint Gobain)

Najlepsze właściwości niskoemisyjne ma szkło z powłokami z metali, zwłaszcza szlachetnych, dla których współczynnik emisyjności może wynosić od ok. 0,1 do ok. 0,02. Szkło z powłokami tlenkowymi na bazie domieszkowanych półprzewodników np. SnO2: (Sb lub F); In2O3: (Sn lub F), ZnO: Al, Cd2SnO4, itp. ma współczynniki emisyjności wyższe, w granicach 0,15-0,2, ale zaletę stanowi możliwość otrzymywania metodami chemicznymi, nadającymi odporność, umożliwiająca użycie szkło z tak otrzymanymi powłokami w charakterze pojedynczych oszkleń.

Najkorzystniejsze właściwości w grupie powłok tlenkowych ma szkło z powłokami na bazie tlenku cyny SnO2 i z tlenku indowo-cynowego (w skrócie ITO od nazwy angielskiej: indium tin oxide). Dzięki wysokiemu współczynnikowi przepuszczalności światła i energii słonecznej, pozwala ono w pełni wykorzystać promieniowanie słoneczne dla celów oświetlenia i ogrzewania pomieszczeni, chroniąc je równocześnie zima przed stratami ciepła, a latem przed przegrzaniem. Może ono byc tez stosowane w charakterze szyb okrywowych kolektorów słonecznych i tzw. przezroczystych elektrod dla urządzeń optoelektronicznych i elektronicznych – np. ogniw słonecznych oraz powłok elektrochromowych.

Największe zastosowanie szkła z powłokami niskoemisyjnymi na bazie tlenków metali występuje w budownictwie, w charakterze energooszczędnych oszkleń, a zwłaszcza w szybach zespolonych i podwójnych elementach elewacyjnych. Szyby zespolone z ich udziałem wykazują współczynnik U rzędu 1,7-1,8 [W/m2K], a przez wypełnienie przestrzeni pomiędzy szybami gazem o niskim przewodnictwie ciepła np. argonem, można wartość U obniżyć do rzędu 1,4-1,3 [W/m2K].

Tabela 2 Typowe właściwości szyb zespolonych z udziałem szkła powlekanego niskoemisyjnego.

z wypełnieniem przestzreni miedzyszybowej o szerokości 12 mm powietrzem, użyciem bazu o niskiej przewodności ciepła pozwala zmniejszyć współczunnik U o ok. 0,3-0,5 W/m2K

W tabeli 2 podano przykładowe właściwości szyb zespolonych ze zwykłego szkła float, w porównaniu z szybami ze- spolonymi z udziałem szkła niskoemisyjnego z powłoka tlenkowa (na bazie SnO2) i powłoka niskoemisyjna metaliczna.

Rys. 5. Budynek Bank of America Plaza (Guangzhou, Chinska Republika Ludowa). Na elewacji zastosowano szkło powlekane produkcji firmy Glaverbel: Stopray Gold 20/13 (z powłoka niskoemisyjna – przeciwsłoneczna, (złoto, nanoszone próżniowo poza linia) i Solarbel Pastel Blue PB 14 (szkło serii Solarbel posiada powłoki metaliczne – otrzymywane metoda fizyczna, przez rozpylanie magnetronowe stopów metali, cechujące sie obnizona emisyjnością – współczynnik U przy zastosowaniu w szybie zespolonej, rzędu 2,3-2,7 W/m2K)

Szkło z powłokami w fasadach budynków może być stosowane pojedynczo, o ile pozwala na to odporność powłok, lub w formie szyb zespolonych. W tym przypadku zwykle stosuje sie dodatkowe wypełnienia materiałami o właściwościach termoizolacyjnych, co pozwala uzyskać obniżenie współczynnika U do poziomu zbliżonego do tradycyjnych materiałów ściennych. Bogata oferta rynkowa tego rodzaju wyrobów, często jeszcze dodatkowo zdobionych, np. sitodrukiem, pozwala na ich stosowanie we wszystkich konstrukcjach fasad, zarówno w charakterze elementów podwieszanych jak i oszkleń strukturalnych oraz nowoczesnych podwójnych fasad wentylowanych.

Strona szyby bez powłoki może mieć w związku z tym różne wykończenie, np. może być emaliowana, pokryta materiałem termoizolacyjnym gładkim lub spienionym), silikonowana itp. Zwykle elementy elewacyjne na pasy podokienne (spandrele) sa wykonywane ze szkła hartowanego lub wzmacnianego termicznie. Ponadto większość producentów realizuje zamówienia na elementy nietypowe pod względem budowy i rozmiarów, a także sposobu obróbki (np. dodatkowo klejone, gięte itp.). Z tego względu nie jest możliwe, nawet pobieżne, omówienie dostępnych asortymentów.

Producenci szkła z powłokami starają sie możliwie najbardziej wszechstronnie wykorzystać jego właściwości i przydatność do praktycznych zastosowana w budownictwie. Wyroby dla danych zastosowan, zwłaszcza produkcji reno- mowanych firm europejskich i amerykanskich, najbardziej znanych na rynkach światowych i obecnych tez na naszym rynku, sa przeważnie równoważne pod względem właściwości użytkowych, jakkolwiek noszą różne nazwy handlowe.

Szkło z powłokami refleksyjnymi, w zastosowaniu do oszkleń zewnętrznych jest tez przyczyna problemów związanych z koniecznością okresowego czyszczenia wykonanych z jego udziałem fasad budynków. Gromadzące sie zanieczyszcze- nia przemysłowe i osady po opadach po- woduja trudne do usunięcia plamy i zacie- ki, obniżające walory estetyczne budyn- ków. Dlatego trudno przecenić możliwość stosowania na fasadach najnowszego osiągnięcia w zakresie szkła z powłokami, jakie stanowi szkło samooczyszczajace sie (nazwy handlowe np. Pilkington ActivTM, Bioclean – Saint Gobain).

Fot. 5. Właściwości hydrofilowe szkła Pilkington ActivTM. Powłoka na szkle samoczyszczącym (zdajecie po lewej) sprawia, ze woda rozpływa sie na szkle, nie tworząc kropli, jak to ma miejsce w przypadku zwykłego szkła (zdajecie po prawej)

Szkło tego rodzaju posiada powlokę z tlenku tytanu (jej właściwości poznano i opisano juz dawno: Fakira Fujishima i Kenichi Honda, „Nature”, 1972 r.), otrzymywana bezpośrednio w linii formowania szkła float, w związku z czym wysoka trwałość powłoki pozwala na stosowanie tego szkła w oszkleniach zewnętrznych. Powłoka zastosowana w przypadku tego szkła, eliminuje czynność czyszczenia okien, dzięki podwójnemu działaniu: hydrofilnemu i fotokatalitycznemu.

Po krótkim, około pięciodniowym okresie aktywacji funkcji fotokatalitycznego rozkładu zanieczyszczę organicznych, podczas którego szkło z powłoka powinno byc wystawione na działanie promieniowania ultrafioletowego, powłoka uzyskuje właściwości równomiernego zwilżania przez wodę opadowa, co ułatwia usuwanie resztek tych zanieczyszczę i osadów mineralnych z powierzchni szkła. W efekcie tego działania spodziewane jest zwiększenie okresu użytkowania oszkleń elewacyjnych i znaczne obniżenie kosztów eksploatacji budynków.

Tendencje rozwojowe
Miara postępu w zakresie oszkleń sa kolejne generacje szkła z powłokami, które, zwłaszcza w ostatnich latach, sa przedmiotem szczególnego zainteresowania, zarówno ze względów badawczych, jak i możliwości praktycznych zastosowan. W świetle aktualnego stanu wiedzy, za szczególnie perspektywiczne uważane sa ich zastosowania w nowoczesnych oszkleniach dla budownictwa i motoryzacji, w tym dla tzw. „inteligentnych oszkleń” (ang. smart windows), a także cienkowarstwowych urządzeń elektronicznych, optoelektronicznych i telekomunikacyjnych – np. na ekrany lamp i wskaźników obrazowych, dla urządzeń przetwarzania i odtwarzania danych technika cyfrowa, a także w urządzeniach laserowych, ogniwach fotowoltaicznych (w tym ogniwach i kolektorach słonecznych) itp. Należy przy tym podkreślić, ze nowatorskie rozwiązania w zakresie szkła z powłokami opracowywane pod katem potrzeb nowoczesnej optoelektroniki, w stosunkowo niedługim czasie staja sie przedmiotem prób wdrożenia w zaawansowanych oszkleniach dla budownictwa i motoryzacji.

W ostatnich latach rozwój technik produkcji i przetwórstwa szkła oraz wiedzy w zakresie inzynierii materiałowej skutkuje otrzymywaniem szkła z powłokami i wyrobów na bazie tego szkła, w coraz szerszej gamie asortymentowej i dla róznorodnych zastosowan w budownictwie.

Zgodnie z obserwowanymi tendencjami, przyszłe szkło z powłokami bedzie opracowywane zarówno z wykorzystaniem znanych, statycznych własciwosci przeciwsłonecznych i niskoemisyjnych, jak i nowych rozwiazan materiałowych i strukturalnych, pozwalajacych nadawac szkłu powlekanemu i samym powłokom nowe funkcje, zwłaszcza kontrolowania własciwosci optycznych i innych uzytkowych w sposób dynamiczny.

Perspektywicznym i obecnie wchodzacym w uzytkowanie rodzajem powłok do stosowania w oszkleniach dla budownictwa i motoryzacji sa powłoki elektrochromowe. Własciwie sa to cienkowarstwowe urzadzenia optoelektroniczne o budowie bardziej skomplikowanej niz ogniwa elektrochemiczne. Złozony z kilku warstw układ takiej powłoki zawiera dwie przezroczyste warstwy przewodzace niezbedne dla przyłozenia napiecia elektrycznego i warstwy posrednie, które stanowia: aktywna warstwa elektrochromowa, warstwa przewodnika jonowego i warstwa magazynujaca jony biorace udział w reakcji elektrochemicznej zabarwiania materiału elektrochromowego powłoki.

Mechanizm procesu zabarwiania moze byc tłumaczony jako wynik jednoczesnej iniekcji elektronów i protonów lub jonów dodatnich (albo dziur i jonów ujemnych), zaleznie od rodzaju materiału.

Sposród szeregu znanych materiałów o własciwosciach elektrochromowych, do najbardziej efektywnych naleza tlenki metali przejsciowych zwłaszcza tlenki wolframu WO3, molibdenu MoO3 i wanadu V2O5.

Powłoki elektrochromowe charakteryzuja sie zmiana absorpcji i/lub odbicia promieniowania, nastepujaca pod wpływem przyłozonego napiecia stałego rzedu ok. 2-5 V, co przejawia sie zmiana barwy od pełnego jej nasycenia az do pełnego odbarwienia materiału powłoki, w zaleznosci od kierunku przepływu pradu. Powala to na czynne sterowanie przepuszczalnoscia swiatła, w zwiazku z czym oszklenia z tego rodzaju powłokami okresla sie mianem „inteligentnych” (ang. smart windows). Sa one przy tym takze energooszczedne.

Rys a. Typowy (dwuszybowy) układ warstw powłoki elektrochromowej dla oszklen: (a) – szkło; (b), (b') – przezroczysta warstwa elektroprzewodzaca; (c) – warstwa elektro- chromowa aktywna (silnie barwiaca sie, gdy powłoka jest w stanie zaciemnionym); (d) – warstwa jonowo przewodzacego elektrolitu; (e) – warstwa elektrochromowa dopełniajaca (o słabym lub neutralnym zabarwieniu, gdy powłoka jest w stanie rozjasnionym)

Inne rodzaje zaawansowanych oszklen opracowuje sie na bazie powłok o własciwosciach termochromowych i fotochromowych. Prowadzone sa tez prace nad transparentnymi powłokami dla oszklen najnowszej generacji, o własciwosciach fotowoltaicznych, w których powłoki same beda zródłem energii elektrycznej. Przewiduje sie, ze np. oszklenia elektrochromowe dodatkowo zawierajace takie powłoki nie beda potrzebowały zasilania energia z zewnatrz do zmiany własciwosci optycznych, gdyz beda zasilane napieciem wytworzonym w tym samym oszkleniu, a funkcje przyszłych oszklen z powłokami beda mogły byc sterowane np. za posrednictwem fal radiowych lub podczerwieni.

Niektóre z materiałów powłok juz obecnie stosowanych, a zwłaszcza przewidywanych dla przyszłego szkła z powłokami, stanowic beda substancje organiczne. Sposób ich nanoszenia i łaczenia z innymi materiałami powłok, w celu uzyskania funkcji tzw. „inteligentnego oszklenia”, wymagac bedzie opracowania nowych technik powlekania, niemniej łaczenie róznorodnych materiałów i funkcji powłok juz dzis stwarza szerokie perspektywy rozwoju szkła z powłokami dla nowoczesnych zastosowan. Budownictwo jest przy tym najwiekszym i coraz bardziej wymagajacym odbiorca tego szkła, co dobrze słuzy jego rozwojowi.

Podsumowanie
Szkło z powłokami, stanowiace oszczedna alternatywe dla zmiany własciwosci szkła w całej jego masie, równoczesnie pozwala w sposób addytywny wykorzystywac własciwosci materiału powłoki i podłoza szklanego oraz warunków procesu wytwarzania powłoki, w celu dostosowania własciwosci uzytkowych do potrzeb nowoczesnych oszklen.
Własciwosci powierzchni szkła pozwalaja na nanoszenie materiałów o róznorodnym charakterze i własciwosciach, od metali po tworzywa organiczne.

Stwarza to szerokie mozliwosci doskonalenia własciwosci i poszukiwan nowych, zaawansowanych funkcji szkła powlekanego w zastosowaniu do nowoczesnych okien i elementów elewacyjnych budynków. Stosunkowo tanim i powszechnie dostepnym podłozem dla najczesciej stosowanych powłok z metali i tlenków metali, jest szkło bezbarwne i barwne, produkowane metoda float.

Szkła z powłokami znajduja szerokie zastosowanie w fasadach budynków, zarówno pojedynczych jak i podwójnych. W tym zastosowaniu nie tylko poprawiaja estetyke, lecz przede wszystkim energooszczednosc oraz komfort uzytkowania budynków. Dzieki swoim własciwosciom moga pełnic szereg róznych funkcji, od „inteligentnych” po dekoracyjne.

Jakkolwiek aktualnie zastosowanie w budownictwie znajduje szkło z powłokami o zwiekszonym współczynniku odbicia promieniowania w zakresie widzialnym widma słonecznego i promieniowania podczerwonego tj. przeciwsłoneczne i niskoemisyjne, przyszłe oszklenia beda umozliwiały uzytkownikom dokonywanie zmian własciwosci powłok w sposób kontrolowany i dynamiczny.

Dr inz. Elzbieta Żelazowska
ISiC
Kraków

Materiały wykorzystane
1. 2000 Years of Glass, Glass Ind., 80 (1999) 12, 30-32.
2. Materiały informacyjne firm: Pilkington, Saint Gobain, Glaverbel i innych.
3. Scaroni P., Proc. Glass Processing Days, 18-21 June 2001, Tampere, Finland.
4. Selkowitz S. E., Proc. Glass Processing Days, 13-16 June 1999, Tampere, Finland.

*) Artykuł jest referatem wygłoszonym na seminarium „Fasady i konstrukcje przeszklone – bezpieczne, energooszczedne i funkcjonalne”. Warszawa 27.10.2003.

Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym 
Inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne 
Więcej informacji: Świat Szkła 11/2003