中空隔热玻璃专利技术分析

张 月

（国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心，广东 广州 510000）

0 引言

建筑业是国民经济的重要支柱之一。建筑设计中的节能设计是一项重要的任务，如节能材料的设计、建筑外墙隔热设计、门窗隔热设计等［1］。中空玻璃是将两片或者多片玻璃以有效的支撑均匀地隔开并使用高强度、高气密性黏结剂将周边黏结密封，使玻璃层间形成干燥气体空间的玻璃制品。由于中间层导热系数比玻璃小得多，因此中空玻璃具有传热系数低、节能效果显著等优点。在建筑行业中，尤其是建筑门窗，需要使用大面积的中空玻璃制品，且随着建筑行业的不断发展，中空玻璃的需求逐年增加［2-5］。

面对日益激烈的全球化竞争，做好专利技术研发和布局有助于企业在市场竞争中占据优势地位。笔者分析了国外多个龙头企业在该领域的专利技术研究趋势，以期对我国相关企业的专利技术研究和布局提供参考。

1 中空玻璃专利申请趋势及技术构成

建筑类中空玻璃相关专利技术涉及的IPC 分类号主要集中于C03C27/00、C03B23/20、E06B3/66、B32B17/00 及其下位点组，结合中空、隔热等关键词在智能审查系统中检索得出全球主要申请人专利申请量变化趋势，如图1 所示。由于实用新型专利从提出申请到授权公告需要1 年左右时间，发明专利从提出申请到公开一般需要18 个月时间，因此本次统计中2021年和2022年的申请量并不是最终数据。

图1 全球主要申请人专利申请量变化趋势

由图1 可知，全球范围内排名前十位的依次为法国的圣戈班、日本的旭硝子、中国的戴长虹、日本的板硝子和中央硝子、美国的佳殿、中国的洛阳兰迪、美国的康宁及美国的PPG工业。其中，法国的圣戈班申请量最多，且每年的申请量均较大；日本的旭硝子和板硝子申请量较多，中央硝子申请量总体下降；美国的佳殿和PPG 工业在2012 年后的申请量呈下降趋势，而康宁申请量上升；中国的戴长虹集中于2012 年和2013 年申请，技术手段较为类似，洛阳兰迪在2010 年后对本领域技术关注度提高，但申请量较少。

为便于了解该领域的专利申请技术方向，笔者对该领域重点申请人的专利申请进行了研究，总结出各主要申请人专利技术功效，如图2所示。由图2可知，各申请人在不同技术分支的申请比重不同，国外申请人由于研究起步较早，基本上均覆盖了以上所有技术分支。我国的洛阳兰迪在涂层方面研究相对较少，专利技术主要集中于封接及结构方面。

图2 各主要申请人专利技术功效

2 各企业专利技术梳理方面

为了解国外相关企业最新专利研究技术和方向，笔者对以上主要相关企业在2018 年后的专利申请技术进行了梳理，分析如下。

2.1 法国圣戈班公司专利技术分析

2.1.1 间隔物。专利申请CN114981076A 中记载了隔热装配玻璃的隔热性能很大程度上受边缘复合件区域中的导热能力，特别是间隔件的导热能力的影响。在使用金属间隔件的情况下，金属的高热导率导致在玻璃边缘处形成热桥。该热桥一方面造成隔热装配玻璃的边缘区域中的热损失，另一方面造成间隔件区域中的内玻璃板在高空气湿度和低外部温度的情况下形成冷凝水。为了克服以上问题，提供一种包括至少一个聚合物中空型材的间隔件，间隔件进一步包括在聚合物中空型材的外壁、第一侧壁和第二侧壁上的潮气屏障。该潮气屏障密封内部玻璃板间隙以防止潮气渗入并防止包含在内部玻璃板间隙中的气体损失。该潮气屏障具有多个层膜并且具有屏障功能，且具有至少5 nm 厚度的金属或陶瓷的外部黏附层，黏附层在横向方向上被未涂覆区域中断，中断的黏附层改进间隔件与辅助密封剂的黏附，同时导热性被显著中断，从而进一步改进间隔件的隔热性能。

2.1.2 功能膜。专利申请WO2019216661A1中记载了玻璃具有低发射率和低太阳得热比，以增加隔热效果。与使用一层的情况相比，使用两个或更多个金属层具有低发射率和高选择性的优点。然而，使用两个或更多个金属层时表现出高反射率，会出现透射表现为绿色、黄色等色差问题。为使发射率、未涂覆表面反射率、涂覆表面反射率、选择性及颜色等具有适当的值，选择特定材质的介电层，介电层包括金属氧化物、金属氮化物或金属氮氧化物，所述金属是选自由Si、Zn、Nb 和Sn 组成的组中的一种或多种，并且可以包括Zr 作为掺杂剂。专利申请WO2020079373A1 中记载了获得高选择性和特定美学外观的常规方法在于开发越来越复杂的功能性涂层，其在基板的未涂覆有所述功能性涂层包括反射性色彩调节涂层的至少一个面，通过颜色调节涂层和功能性涂层的组合使用而产生的协同作用获得良好的热性能和所需的美学外观。

2.1.3 可识别玻璃窗。专利申请CN11333018 0A 中记载了绝缘玻璃窗单元的某些类型的窗户框和门框，尤其立面构造绝大多数或至少部分由金属（铝、钢……）制成，金属中断或至少极大地衰减了无线电波来自或去往绝缘玻璃窗单元上的RFID 应答器的通道。为克服以上问题，借助于特殊的去耦接来考虑在立面玻璃窗的金属框架中对于无线电波的基本不利的出辐射条件和入辐射条件，具体为至少一个RFID 应答器作为识别元件附接到所述绝缘玻璃窗单元，框架围绕所述绝缘玻璃窗单元的边缘接合并且同时沿穿过所述玻璃板的透视方向覆盖一个或多个应答器，其中，至少一个单独的金属耦接元件插入到所述框架中与所述应答器相邻，以用于耦接输出和耦接输入经由所述应答器传输到所述立面玻璃窗的外部和从外部接收的HF辐射。

2.2 日本旭硝子、板硝子公司专利技术分析

2.2.1 结构设计。专利申请WO2020187588A1中记载了现有的隔热玻璃单元存在热引起应力的技术问题。本申请通过对结构设计进行改进，设计出一种在保持高隔热性能的同时表现出改进热和压力引起应力水平问题的隔热玻璃窗单元，该隔热玻璃窗单元是非对称的，其中第一玻璃片比第二玻璃片厚，并通过特定的大小（包括长度范围和宽度范围）、间隔件之间的特定间隔及第二玻璃片的特定厚度来仔细确定尺寸，并且其中当满足关于第一玻璃片和第二玻璃片的能量吸收率的加权差的下列条件时，第二玻璃片在面向内体积的其内面上携带红外反射涂层。WO2023041460A1 中记载了现有的隔热玻璃内部和外部环境之间的温度差可能在玻璃面板内部引起应力，为提供改进的热性能以及安全和/或声学益处的多层窗玻璃中时控制隔热窗玻璃单元的诱导热应力水平的技术问题，并计算了包括隔热玻璃和面向建筑物外部的单个玻璃板的不同双层玻璃配置的热诱导应力。单个玻璃板通过15 mm 的周边间隔件与隔热玻璃分开，并且内部空间填充有氩气。

2.2.2 功能膜。专利申请US2022154526A1 中记载了在许多情况下，在建筑物内设置辐射和/或接收射频信号的附加设备，为了确保该设备的功能，需要通过玻璃窗的足够的透射率，为此，提供一种玻璃窗单元，该玻璃窗单元能够增加具有低于6 GHz 的较低频率和高于15 GHz 的毫米波的波的传输，从而根据建筑物或汽车的室内形状将H 或V 极化的损耗衰减水平降低至多-10 dB，解决RF 能量反射问题的简单方法是移除涂层系统的一部分以避免对RF 辐射具有高反射率。然而，这种方法降低了由玻璃窗单元提供的阳光控制益处，并且对于位于建筑物、车辆或汽车内部的设备，该区域将是不可接受的大。因此，提出了另一种解决方法，在涂层系统中切割线以产生频率选择性的表面，即其对太阳能具有相对高的反射率/吸收率，但在电磁谱的RF 区域中具有相对低的反射率/吸收率。切割可以通过激光烧蚀来执行，并且选择狭缝的间隔以在期望的频率下提供选择性。专利申请CN113939485A 中记载了在已经进行了抽真空并且密封VIG 组件后，仍然存在的高温是进一步气体释放的原因，其影响VIG 单元中的最终的残余压力，并因此影响VIG 单元的热性能，在该申请中通过限定溅射条件以在玻璃板上沉积低辐射涂层，从而允许满足上述惰性气体量阈值。

2.3 美国的佳殿、康宁公司专利技术分析

2.3.1 遮光物。专利申请CN115735043A 中记载了传统的通过使用静态或“无源”低辐射率（低E）涂层，以及通过经由光谱选择性低E 涂层的使用减小太阳热增益系数（SHGC）来减小窗的U值，本申请中将第一电势驱动遮光物和第二电势驱动遮光物设置在玻璃的间隙中，分别靠近第一基板和第二基板的内主表面。通过在遮光物与基板的内表面上形成的导电涂层之间创建电势差来控制遮光物，可使用涂覆有导电涂层（例如，包括含有Al、Cr、ITO 等的层的涂层）的聚合物膜来产生遮光物中的每一者，铝涂覆遮光物可提供对可见光以及至多显著量的全太阳能的部分至完全反射。

2.3.2 间隔物。专利申请WO2022144756A1中记载了与常规退火的316 不锈钢间隔物相比，已经发现金属合金间隔物（例如，包含Ti、Cu和/或Zr的合金）具有较低的热导率和增加的抗压强度，合金化金属增加了对压缩塑性变形的抵抗力并降低了热导率，对于VIG 窗单元中的间隔件是特别有利的。专利申请CN114375361A 中记载了VIG 单元经受极大的静态和动态负载，以及在制造（例如，在抽空降压和热密封处理期间）和整个使用寿命（例如，在风力负载或机械和热冲击期间）期间的应力。用于机械地支撑两个基底之间的间隙的支柱间隔件倾向于将它们接触的玻璃表面产生凹痕，从而产生裂缝可能从其传播并因此削弱玻璃结构的凹痕区域，因此，提供一种复合间隔件系统设计，其中间隔件的最外层是金属或金属层，并且在其间设置至少一个基于聚合物的层。一个或多个金属或金属层具有以其他方式将施加到聚合物并且提供对聚合物的机械强度的应变，聚合物有助于提供热断裂，并且因此增加了VIG 单元的R值，并且复合材料作为一个整体有助于提高VIG 单元的产量，因为支柱很坚固但有些柔韧，因此VIG单元不太可能形成裂缝等。

2.3.3 功能膜。专利申请CN112384486A 中记载了低发射率、低薄层电阻和低薄层电阻特性允许此类涂覆制品阻挡大量的IR 发射，以便减少如车辆或建筑物内部的不期望的加热，其发现提供夹置在一对电介质层之间的吸收剂层，以定制可见光透射率，在涂层的下部电介质部分中、在玻璃基底与最下IR 反射层（例如，银等）之间的含氮氧化硅锆的层改善了IR 反射层的质量，从而允许涂覆制品实现具有低公差变化的低发射率值。并且在涂层的下部电介质部分中，在锡酸锌层或含锡酸锌的层下方以及在氧化锌层或含氧化锌的层的下方提供氮氧化硅锆可改善银的品质，并因此以所期望的方式获得较低的发射率值和较低的发射率公差值。CN112585100A中记载了在低E 涂层中具有或包含银的红外（IR）反射层正下方设置具有或包含掺杂有至少一种掺杂物（例如，Sn）的氧化锌的沉积态的结晶或基本上结晶（例如，至少50%结晶，更优选的至少60%结晶）的层具有显著改善涂层的热稳定性（即，降低ΔE*值）的效应。CN114430732A 中记载了为调节或改善可见光透射特性和/或热处理前耐久性而采取的某些已知步骤往往会降低热处理后耐久性和热稳定性。因此，通常难以获得期望的可见光透射率值、颜色的热稳定性和良好耐久性的组合。本申请提供一种在低E 涂层中的吸收膜，该吸收膜被设计成用于调节可见光透射率并为涂覆制品提供期望的着色，同时维持耐久性和/或热稳定性。吸收膜可以是多层吸收膜，其包括具有或包含银（Ag）的第一层，以及具有或包含可部分或完全氧化的NiCr（NiCrOx）的第二层。因此，在某些示例性实施方案中，这种多层吸收膜可以由Ag/NiCrOx的层序列构成。

3 结论

通过对国外各龙头企业在中空玻璃技术方面的专利申请的梳理发现，虽然不同国家企业的技术研究侧重点不同，但是，传统的间隔件、功能膜的设计依然是国外企业专利技术研究和申请的重点，且对其中的技术挖掘得更为深入。其次，随着智能部件的不断发展，将其应用于中空玻璃也是新的方向，例如法国和日本的相关公司，已经着手于根据智能部件的需求对中空玻璃的膜层、结构设计等方面进行改进。此外，随着我国建筑市场的不断发展，国外企业对在中国的专利布局愈发重视，为防止专利纠纷，我国企业应及早做好专利技术研发和布局，降低市场风险。