Скло

Изобретение относится к хрустальным стеклам., предназначенным для изготовления экологически чистой сортовой посуды ручным и механизированным способами. Известно хрустальное стекло [1] для производства бытовых и декоративных изделий, которое с целью повышения химической стойкости и улучшения выработочных свойств содержит, мас.%: SiO2 52 - 77, CaO 0,1 - 5, K2O 12 - 18, Na2O 1 - 7, B2O3 0,1 - 4. Повышение коэффициента преломления n = 1,512 - 1,533 достигается дополнительным содержанием 2 - 8% PbO или 6 - 20% BaO, что является главным недостатком химического состава стекла ввиду их токсичности. Поскольку химическая устойчивость стекла невелика (III - IV гидролитический класс). При длительном хранении напитков в такой посуде происходит процесс выщелачивания ионов свинца из стекла в раствор после чего они попадают в организм человека. Оптические свойства указанного состава стекла n = 1,512 1,533 позволяет отнести его только к категории хрустальное стекло, но не хрусталь согласно ГОСТ 26822 86. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является бессвинцовое хрустальное стекло, включающее, мас.%: SiO2 65,0 - 70,0, CaO 6,0 - 9,0, K2O 4,0 - 12,0, Na2O 4,0 - 12,0, B2O3 0,5 - 5,0, ZnO 4,0 - 7,0, SbO3 0,1 - 1,0, ZrO2 или TiO2 1 - 6 [2]. Экологическая чистота - основное достоинство данного состава стекла [2] по отношению к описанному выше [1]. Об этом свидетельствует отсутствие в составе стекла токсически вредных PbO и BaO, а физикохимические свойства требуемые для хрустального стекла n ³ 1,52 достигаются введением в состав стекла оксидов ZnO 4 - 7%, ZrO2 или TiO2 1 - 6%. Добавление этих оксидов значительно повышает химическую устойчивость стекла (II гидролитический класс), что делает бытовые изделия из него устойчивыми к воздействию продуктов питания в процессе эксплуатации. Соотношение химических компонентов, особенно ZnO, ZrO2 и щелочных оксидов придают стеклу удовлетворительные технологические свойства, максимальная температура варки Tlogh = 2° = 1430°C, низкая температура кристаллизации (ликвидуса) Tlogh = 14,5 = 950°C. Однако при всех достоинствах рассматриваемого стекла оно обладает недостатком, который состоит в сравнительно малом показателе преломления, n = 1,5215 - 1,532, который лимитируется содержанием оксида циркония ZrO2 - 0,5 - 3,0% для сохранения заданных технологических свойств. Поэтому верхний предел указанный в интегрированном составе стекла [2] авторы в конкретных составах не используют. Повышенные n до 1,552 достигается при содержании в составе стекла TiO2 - 6,0% и отсутствии ZrO2, что влечет при сохранении заданного соотношения оксидов ухудшение варочных и выработочных свойств стекла по сравнению с хрустальным. Следовательно, рассматриваемый состав стекла (n = 1,5215 - 1,532) нельзя отнести к разряду хрусталь по ГОСТ 26822 - 86. Цель заявляемого изобретения - повышение показателя преломления стекла n ³ 1,545, что соответствует классу хрусталь с сохранением его экологической чистоты, высокой химической стойкости (II гидролитический класс) и технологических свойств подобных свинцовому хрусталю. Поставленная задача решается тем, что в стекле, включающем SiO2, ZrO2, B2O3, ZnO, CaO, Na2O, K2O, указанные компоненты содержатся в следующих количествах, мас.%: SiO2 60,98 - 63,19, ZrO2 4,76 - 6,76, B2O3 0,11 - 0,55, ZnO 1,28 - 5,04, CaO 6,95 - 10,06, Na2O 7,20 - 8,11, K2O 10,94 - 12,33, F- 0,15 - 0,74 при соблюдении соотношения в мол.% Na2O/K2O = 1 в пределах их изменения 7,0 - 8,5 мол.%. Известно, что ZrO2 повышает коэффициент преломления и химическую устойчивость стекла, улучшает эксплуатационное качество изделий из него. Одновременно увеличение оксида циркония приводит к возрастанию вязкости расплава, затрудняя его варку и выработку стекла. Установлено, что ион Zr4+ может выполнять роль стеклообразователя в силикатных стеклах, встраиваясь в кремнекислородный каркас, разрыхляя его из-за большого радіуса иона Zr4 - 0,82Å относительно иона Si4+ - 0,39Å. Изначально была выдвинута гипотеза, что существует качественное и количественное соотношение щелочных оксидов, которое могло бы локализовать ионы в каркасе стекла, заполнив, соответствующим образом образовавшиеся пустоты. В результате искомое стекло должно стать менее тугоплавким, что повлечет уменьшение температуры варки и выработки, сохранив заданные n ³ 1,545 и химическую стойкость (II гидролитический класс). Проведение экспериментальных исследований позволило определить, что в заявляемых пределах содержания компонентов при равенстве мольного количества щелочных оксидов, в пределах 7,0 8,5мол.% можно синтезировать составы стекол с температурой варки T = 1440 ± 10°C, и кристаллизация (ликвидуса) T = 950 - 860°C, которые обладают коэффициентом преломления n ³ 1,545 и по химической стойкости относятся ко II гидролитическому классу, что позволяет отнести их к категории хрусталь. Главным достоинством предложенного стекла является сочетание экологической чистоты с относительной простотой состава, обладающего высокими оптическими и химическими свойствами, при технологических характеристиках, которые позволяют применять технологию варки и выработки, адекватную технологии производства свинцового хрусталя. Таким образом, технический результат от использования заявляемого состава при соблюдении мольного равенства щелочных оксидов (7,0 - 8,5мол.%) дает возможность получить стекло с оптимальным сочетанием технологических свойств (температура варки, температура кристаллизации), обеспечивающих производство сортовой посуды заданной конфигурации ручным и механизированным способами. При этом показатель преломления этого стекла достаточен для отнесения его к категории хрусталь, а химическая устойчивость - выше, чем у свинцового хрусталя. Примеры осуществления изобретения. Синтез стекол проводили из следующих сырьевых материалов - песок, мел, поташ, селитра, цинковые белила, борная кислота, циркониевый концентрат, плавиковый шпат. Составы стекол варили в тигельной газовой печи прямого нагрева при температуре 1440 ± 10°C. Вырабатывали методом отлива на плиту. Конкретные составы стекол представлены в табл.1. Для опытно-промышленного опробования использовали состав 4, варку которого проводили в ванной печи прямого нагрева периодического действия при температуре 1450°C. Стекло вырабатывали методом прессовыдувания и выдувания с изготовлением сортовой посуды. Свойства стекол приведены в табл.2, из которой видно преимущество заявляемых составов по сравнению с известными составами (прототип). При адекватности технологических свойств и относительно высокой химической устойчивости (II гидролитический класс) - они обладают более высоким показателем преломления (n ³ 1,545), что позволяет отнести данное стекло к категории хрусталь. Использование заявляемого состава позволит вырабатывать ручным и механизированным способами экологически чистую бытовую хрустальную посуду, химически стойкую к воздействию пищевых продуктов.