中空隔熱玻璃專利技術分析

張 月

（國家知識產權局專利局專利審查協作廣東中心，廣東 廣州 510000）

0 引言

建筑業是國民經濟的重要支柱之一。建筑設計中的節能設計是一項重要的任務，如節能材料的設計、建筑外墻隔熱設計、門窗隔熱設計等［1］。中空玻璃是將兩片或者多片玻璃以有效的支撐均勻地隔開并使用高強度、高氣密性黏結劑將周邊黏結密封，使玻璃層間形成干燥氣體空間的玻璃制品。由于中間層導熱系數比玻璃小得多，因此中空玻璃具有傳熱系數低、節能效果顯著等優點。在建筑行業中，尤其是建筑門窗，需要使用大面積的中空玻璃制品，且隨著建筑行業的不斷發展，中空玻璃的需求逐年增加［2-5］。

面對日益激烈的全球化競爭，做好專利技術研發和布局有助于企業在市場競爭中占據優勢地位。筆者分析了國外多個龍頭企業在該領域的專利技術研究趨勢，以期對我國相關企業的專利技術研究和布局提供參考。

1 中空玻璃專利申請趨勢及技術構成

建筑類中空玻璃相關專利技術涉及的IPC 分類號主要集中于C03C27/00、C03B23/20、E06B3/66、B32B17/00 及其下位點組，結合中空、隔熱等關鍵詞在智能審查系統中檢索得出全球主要申請人專利申請量變化趨勢，如圖1 所示。由于實用新型專利從提出申請到授權公告需要1 年左右時間，發明專利從提出申請到公開一般需要18 個月時間，因此本次統計中2021年和2022年的申請量并不是最終數據。

圖1 全球主要申請人專利申請量變化趨勢

由圖1 可知，全球范圍內排名前十位的依次為法國的圣戈班、日本的旭硝子、中國的戴長虹、日本的板硝子和中央硝子、美國的佳殿、中國的洛陽蘭迪、美國的康寧及美國的PPG工業。其中，法國的圣戈班申請量最多，且每年的申請量均較大；日本的旭硝子和板硝子申請量較多，中央硝子申請量總體下降；美國的佳殿和PPG 工業在2012 年后的申請量呈下降趨勢，而康寧申請量上升；中國的戴長虹集中于2012 年和2013 年申請，技術手段較為類似，洛陽蘭迪在2010 年后對本領域技術關注度提高，但申請量較少。

為便于了解該領域的專利申請技術方向，筆者對該領域重點申請人的專利申請進行了研究，總結出各主要申請人專利技術功效，如圖2所示。由圖2可知，各申請人在不同技術分支的申請比重不同，國外申請人由于研究起步較早，基本上均覆蓋了以上所有技術分支。我國的洛陽蘭迪在涂層方面研究相對較少，專利技術主要集中于封接及結構方面。

圖2 各主要申請人專利技術功效

2 各企業專利技術梳理方面

為了解國外相關企業最新專利研究技術和方向，筆者對以上主要相關企業在2018 年后的專利申請技術進行了梳理，分析如下。

2.1 法國圣戈班公司專利技術分析

2.1.1 間隔物。專利申請CN114981076A 中記載了隔熱裝配玻璃的隔熱性能很大程度上受邊緣復合件區域中的導熱能力，特別是間隔件的導熱能力的影響。在使用金屬間隔件的情況下，金屬的高熱導率導致在玻璃邊緣處形成熱橋。該熱橋一方面造成隔熱裝配玻璃的邊緣區域中的熱損失，另一方面造成間隔件區域中的內玻璃板在高空氣濕度和低外部溫度的情況下形成冷凝水。為了克服以上問題，提供一種包括至少一個聚合物中空型材的間隔件，間隔件進一步包括在聚合物中空型材的外壁、第一側壁和第二側壁上的潮氣屏障。該潮氣屏障密封內部玻璃板間隙以防止潮氣滲入并防止包含在內部玻璃板間隙中的氣體損失。該潮氣屏障具有多個層膜并且具有屏障功能，且具有至少5 nm 厚度的金屬或陶瓷的外部黏附層，黏附層在橫向方向上被未涂覆區域中斷，中斷的黏附層改進間隔件與輔助密封劑的黏附，同時導熱性被顯著中斷，從而進一步改進間隔件的隔熱性能。

2.1.2 功能膜。專利申請WO2019216661A1中記載了玻璃具有低發射率和低太陽得熱比，以增加隔熱效果。與使用一層的情況相比，使用兩個或更多個金屬層具有低發射率和高選擇性的優點。然而，使用兩個或更多個金屬層時表現出高反射率，會出現透射表現為綠色、黃色等色差問題。為使發射率、未涂覆表面反射率、涂覆表面反射率、選擇性及顏色等具有適當的值，選擇特定材質的介電層，介電層包括金屬氧化物、金屬氮化物或金屬氮氧化物，所述金屬是選自由Si、Zn、Nb 和Sn 組成的組中的一種或多種，并且可以包括Zr 作為摻雜劑。專利申請WO2020079373A1 中記載了獲得高選擇性和特定美學外觀的常規方法在于開發越來越復雜的功能性涂層，其在基板的未涂覆有所述功能性涂層包括反射性色彩調節涂層的至少一個面，通過顏色調節涂層和功能性涂層的組合使用而產生的協同作用獲得良好的熱性能和所需的美學外觀。

2.1.3 可識別玻璃窗。專利申請CN11333018 0A 中記載了絕緣玻璃窗單元的某些類型的窗戶框和門框，尤其立面構造絕大多數或至少部分由金屬（鋁、鋼……）制成，金屬中斷或至少極大地衰減了無線電波來自或去往絕緣玻璃窗單元上的RFID 應答器的通道。為克服以上問題，借助于特殊的去耦接來考慮在立面玻璃窗的金屬框架中對于無線電波的基本不利的出輻射條件和入輻射條件，具體為至少一個RFID 應答器作為識別元件附接到所述絕緣玻璃窗單元，框架圍繞所述絕緣玻璃窗單元的邊緣接合并且同時沿穿過所述玻璃板的透視方向覆蓋一個或多個應答器，其中，至少一個單獨的金屬耦接元件插入到所述框架中與所述應答器相鄰，以用于耦接輸出和耦接輸入經由所述應答器傳輸到所述立面玻璃窗的外部和從外部接收的HF輻射。

2.2 日本旭硝子、板硝子公司專利技術分析

2.2.1 結構設計。專利申請WO2020187588A1中記載了現有的隔熱玻璃單元存在熱引起應力的技術問題。本申請通過對結構設計進行改進，設計出一種在保持高隔熱性能的同時表現出改進熱和壓力引起應力水平問題的隔熱玻璃窗單元，該隔熱玻璃窗單元是非對稱的，其中第一玻璃片比第二玻璃片厚，并通過特定的大小（包括長度范圍和寬度范圍）、間隔件之間的特定間隔及第二玻璃片的特定厚度來仔細確定尺寸，并且其中當滿足關于第一玻璃片和第二玻璃片的能量吸收率的加權差的下列條件時，第二玻璃片在面向內體積的其內面上攜帶紅外反射涂層。WO2023041460A1 中記載了現有的隔熱玻璃內部和外部環境之間的溫度差可能在玻璃面板內部引起應力，為提供改進的熱性能以及安全和/或聲學益處的多層窗玻璃中時控制隔熱窗玻璃單元的誘導熱應力水平的技術問題，并計算了包括隔熱玻璃和面向建筑物外部的單個玻璃板的不同雙層玻璃配置的熱誘導應力。單個玻璃板通過15 mm 的周邊間隔件與隔熱玻璃分開，并且內部空間填充有氬氣。

2.2.2 功能膜。專利申請US2022154526A1 中記載了在許多情況下，在建筑物內設置輻射和/或接收射頻信號的附加設備，為了確保該設備的功能，需要通過玻璃窗的足夠的透射率，為此，提供一種玻璃窗單元，該玻璃窗單元能夠增加具有低于6 GHz 的較低頻率和高于15 GHz 的毫米波的波的傳輸，從而根據建筑物或汽車的室內形狀將H 或V 極化的損耗衰減水平降低至多-10 dB，解決RF 能量反射問題的簡單方法是移除涂層系統的一部分以避免對RF 輻射具有高反射率。然而，這種方法降低了由玻璃窗單元提供的陽光控制益處，并且對于位于建筑物、車輛或汽車內部的設備，該區域將是不可接受的大。因此，提出了另一種解決方法，在涂層系統中切割線以產生頻率選擇性的表面，即其對太陽能具有相對高的反射率/吸收率，但在電磁譜的RF 區域中具有相對低的反射率/吸收率。切割可以通過激光燒蝕來執行，并且選擇狹縫的間隔以在期望的頻率下提供選擇性。專利申請CN113939485A 中記載了在已經進行了抽真空并且密封VIG 組件后，仍然存在的高溫是進一步氣體釋放的原因，其影響VIG 單元中的最終的殘余壓力，并因此影響VIG 單元的熱性能，在該申請中通過限定濺射條件以在玻璃板上沉積低輻射涂層，從而允許滿足上述惰性氣體量閾值。

2.3 美國的佳殿、康寧公司專利技術分析

2.3.1 遮光物。專利申請CN115735043A 中記載了傳統的通過使用靜態或“無源”低輻射率（低E）涂層，以及通過經由光譜選擇性低E 涂層的使用減小太陽熱增益系數（SHGC）來減小窗的U值，本申請中將第一電勢驅動遮光物和第二電勢驅動遮光物設置在玻璃的間隙中，分別靠近第一基板和第二基板的內主表面。通過在遮光物與基板的內表面上形成的導電涂層之間創建電勢差來控制遮光物，可使用涂覆有導電涂層（例如，包括含有Al、Cr、ITO 等的層的涂層）的聚合物膜來產生遮光物中的每一者，鋁涂覆遮光物可提供對可見光以及至多顯著量的全太陽能的部分至完全反射。

2.3.2 間隔物。專利申請WO2022144756A1中記載了與常規退火的316 不銹鋼間隔物相比，已經發現金屬合金間隔物（例如，包含Ti、Cu和/或Zr的合金）具有較低的熱導率和增加的抗壓強度，合金化金屬增加了對壓縮塑性變形的抵抗力并降低了熱導率，對于VIG 窗單元中的間隔件是特別有利的。專利申請CN114375361A 中記載了VIG 單元經受極大的靜態和動態負載，以及在制造（例如，在抽空降壓和熱密封處理期間）和整個使用壽命（例如，在風力負載或機械和熱沖擊期間）期間的應力。用于機械地支撐兩個基底之間的間隙的支柱間隔件傾向于將它們接觸的玻璃表面產生凹痕，從而產生裂縫可能從其傳播并因此削弱玻璃結構的凹痕區域，因此，提供一種復合間隔件系統設計，其中間隔件的最外層是金屬或金屬層，并且在其間設置至少一個基于聚合物的層。一個或多個金屬或金屬層具有以其他方式將施加到聚合物并且提供對聚合物的機械強度的應變，聚合物有助于提供熱斷裂，并且因此增加了VIG 單元的R值，并且復合材料作為一個整體有助于提高VIG 單元的產量，因為支柱很堅固但有些柔韌，因此VIG單元不太可能形成裂縫等。

2.3.3 功能膜。專利申請CN112384486A 中記載了低發射率、低薄層電阻和低薄層電阻特性允許此類涂覆制品阻擋大量的IR 發射，以便減少如車輛或建筑物內部的不期望的加熱，其發現提供夾置在一對電介質層之間的吸收劑層，以定制可見光透射率，在涂層的下部電介質部分中、在玻璃基底與最下IR 反射層（例如，銀等）之間的含氮氧化硅鋯的層改善了IR 反射層的質量，從而允許涂覆制品實現具有低公差變化的低發射率值。并且在涂層的下部電介質部分中，在錫酸鋅層或含錫酸鋅的層下方以及在氧化鋅層或含氧化鋅的層的下方提供氮氧化硅鋯可改善銀的品質，并因此以所期望的方式獲得較低的發射率值和較低的發射率公差值。CN112585100A中記載了在低E 涂層中具有或包含銀的紅外（IR）反射層正下方設置具有或包含摻雜有至少一種摻雜物（例如，Sn）的氧化鋅的沉積態的結晶或基本上結晶（例如，至少50%結晶，更優選的至少60%結晶）的層具有顯著改善涂層的熱穩定性（即，降低ΔE*值）的效應。CN114430732A 中記載了為調節或改善可見光透射特性和/或熱處理前耐久性而采取的某些已知步驟往往會降低熱處理后耐久性和熱穩定性。因此，通常難以獲得期望的可見光透射率值、顏色的熱穩定性和良好耐久性的組合。本申請提供一種在低E 涂層中的吸收膜，該吸收膜被設計成用于調節可見光透射率并為涂覆制品提供期望的著色，同時維持耐久性和/或熱穩定性。吸收膜可以是多層吸收膜，其包括具有或包含銀（Ag）的第一層，以及具有或包含可部分或完全氧化的NiCr（NiCrOx）的第二層。因此，在某些示例性實施方案中，這種多層吸收膜可以由Ag/NiCrOx的層序列構成。

3 結論

通過對國外各龍頭企業在中空玻璃技術方面的專利申請的梳理發現，雖然不同國家企業的技術研究側重點不同，但是，傳統的間隔件、功能膜的設計依然是國外企業專利技術研究和申請的重點，且對其中的技術挖掘得更為深入。其次，隨著智能部件的不斷發展，將其應用于中空玻璃也是新的方向，例如法國和日本的相關公司，已經著手于根據智能部件的需求對中空玻璃的膜層、結構設計等方面進行改進。此外，隨著我國建筑市場的不斷發展，國外企業對在中國的專利布局愈發重視，為防止專利糾紛，我國企業應及早做好專利技術研發和布局，降低市場風險。