Безфториста безборна склоемалева фрита для отримання яскравозабарвлених покриттів

Реферат: Винахід належить до складів покривних силікатних емалей для антикорозійного захисту сталевих виробів, зокрема яскравозабарвлених безфтористих безборних емалей господарчопобутового призначення. Склоемалева фрита для отримання яскравозабарвлених покриттів включає оксиди при наступному їх співвідношенні, мас. %: SiO2 49,5-52,13, ТiO2 16,88-20,0, Na2O 17,0-18,38, Аl2О3 0,38-0,5, K2О 2,25-3,0, СаО 9,0-10,0. Емалі на основі запропонованої фрити мають високі якісні та оптико-колірні показники при необхідних фізико-хімічних властивостях. UA 103405 C2 (12) UA 103405 C2 UA 103405 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Запропонований винахід належить до складів покривних силікатних емалей для антикорозійного захисту сталевих виробів, зокрема яскравозабарвлених безфтористих безборних господарчо-побутового призначення. На сьогодні у виробництві виробів господарчо-побутового й санітарно-технічного призначення широко застосовують білі, світлозабарвлені та яскравозабарвлені бор- та фторвмісні емалеві покриття. Як основу для одержання білих та світлозабарвлених покриттів використовують емалі заглушені діоксидом титану; завдяки високій їх покривальності в тонкому шарі вони практично витіснили інші види покривних емалей. В той же час такі покриття не позбавлені недоліків, серед яких особливо слід відзначити високий вміст у їх складі дорогої й дефіцитної борвмісної сировини та фтору. Такі матеріали забезпечують легкоплавкість емалевих фрит, позитивно впливають на заглушеність покриттів та водночас знижують їх хімічну стійкість і відносно легко вилуговуються з них, переходячи в харчові розчини. Для одержання ж яскравозабарвлених покриттів використовують напівпрозорі емалі, основними глушниками в яких є фториди, які є легколетучими при температурах варки. Зазначене викликає необхідність розробки світло- і яскравозабарвлених емалей на основі безфтористих безборних стекол, які з успіхом протистоять дії агресивних середовищ та є екологічно безпечними. Відома емаль, яка використовується як антикорозійні захисні покриття, зокрема для забарвлених склопокриттів на сталеві вироби господарчо-побутового призначення, яка містить, мас. %: 44,05-65,58 SiO2; 0,35-8,89 ZrO2; 9,26-35,32 ТiO2; 1,69-5,93 CaF2; 7,42-17,28 Na2O; 0,212 4,54 Li2O; 0,2-0,59 Cr2O3 [A.c. 586136 (СССР) МКИ С03С 7/04. Эмаль / Л.Г. Ходский, Э.Э. Мазо, Л.К. Ушаков, Л.А. Куракевич, А.И. Бразговская, B.C. Каминская. - № 1878036 / 29-33; заявл. 02.02.73; опубл. 30.12.77, Бюл. № 48]. Недоліками цієї емалі є: - висока температура випалу (850 °C); - значний вміст дорогого Li2О (до 4,54 мас. %); - високий вміст глушників (ТіО2 до 35,32 % та ZrO2 до 8,89 %); - вміст у складі токсичного фтору; - більш тривалий час плавління емалевих шихт до стану однорідності розплаву з одержанням еластичної склонитки, яка свідчить про закінчення часу варіння емалей. Відома фрита для отримання яскраво-синього емалевого покриття на сталі, яка містить, мас. %: 44,8-48, SiO2; 1,6-2,1 CaF2; 18,9-21,2 Na2O; 13,7-16,0 В2О3; 1,8-2,5 CaO; 3,2-4,4 А12О3; 6,7-11,9 Na3AlF6; 1,5-1,7 Со2О3 [А.с. 1164218 (СССР), МКИ С03С 8/06. Фритта для цветного эмалевого покрытия / Я.И. Белый, Т.А. Шевченко, С.Б. Питкевич, А.И. Бондарь - № 3589464 / 29-33; заявл. 13.03.83; опубл. 30.06.85, Бюл. № 24]. Недоліками цієї фрити є: - вміст дорогого та дефіцитного борного ангідриду (13,7-16,0 мас. %); - леткість борного ангідриду під час варки емалевої фрити; - вміст токсичних фтористих сполук до 14,0 мас. %; - значна кількість дорогокоштуючого оксиду кобальту (до 1,7 мас. %); - вилуговування бору під час експлуатації емальованого посуду. Відома титанова емаль, що включає оксиди: SiO2, В2О3, TiO2, Al2O3, Na2O, K2О, MgO, P2O5 при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: 41,7-42,7 SiO2; 16,0-16,9 В2О3; 17,9-18,1 ТіО2; 2,8-5,6 Аl2О3; 10,4-14,0 Na2O; 0,6-1,9 K2О; 0,9-1,4 MgO; 1,8-3,6 P2O5; 0,6 CoO. Вказана емаль у вигляді фрити входить до складу емалевого шлікеру, мас. ч.: фрита - 100,0; глина часів-ярська - 5,0; калій хлористий - 0,1; натрій азотнокислий - 0,1; вода - 40,0 [Пат. № 27114 Україна, МПК С03С 8/02, С03С 8/08. Світлозабарвлена емаль / Я.І. Білий, С.М. Пономарчук, О.І. Бондар, С.Ю. Науменко, Л.А. Терновська, Ю.М. Антипов (Україна) - № 93006717; Заявл. 06.08.93; Опубл. 28.02.00, Бюл. № 1.-3 с.] Недоліками цієї емалі є: - обмеження в одержанні широкої гами світлозабарвлених покриттів; - додаткові енергетичні й матеріальні витрати, необхідні для промивання плавильної печі при переході на плавку емалі іншого кольору й особливо білих; - підвищена корозія вогнетривкої футерівки печі у зв'язку з присутністю в шихті оксидів змінної валентності; - вилуговування бору під час експлуатації емальованого посуду. Найбільш близькою до винаходу, за технічною суттю і результатом, що досягається, є емаль, що включає, мас. %: 42,8-49,8 SiO2; 12,6-16,6 В2О3; 2,4-8,4 ТіО2; 2,1-8,1 Аl2О3; 14,5-17,5 Na2O; 1,5-3,5 K2О; 2,1-8,1 СаО; 0,01-3,0 Fe2O3; 1,0-7,0 Р2О5 [Пат. № 28677А Україна, МПК С03С 8/02. Безфториста фрита для кольорового емалевого покриття / О.П. Рижова, Я.Л. Білий, С.М. 1 UA 103405 C2 5 10 15 20 25 Пономарчук, Р.І. Кислична, Т.І. Нагорна, Ю.М. Антипов, Л.А. Терновська, О.І. Косенко, В.І. Худяков (Україна); № 97084195; заявл. 20.01.98; опубл. 16.10.00. Бюл. №5 - ІІ.-5 с. - прототип]. Недоліками цього винаходу є: - вміст дорогого та дефіцитного борного ангідриду (12,6-15,6 мас. %); - леткість борного ангідриду під час варки емалевої фрити; - вилуговування бору під час експлуатації емальованого посуду; - більш тривалий час плавлення емалевих шихт до стану однорідності розплаву з одержанням еластичної склонитки, яка свідчить про закінчення часу варіння емалей; - використання значної кількості керамічного пігменту (до 10,0 мас. ч.); - багатокомпонентність хімічного складу емалі. В основу винаходу поставлена задача розробити склад безфтористої безборної емалі з необхідними фізико-хімічними властивостями та отримати на її основі яскравозабарвлені склоемалеві покриття (які б відповідали вимогам ГОСТів до покривних емалей) шляхом коригування кількісного співвідношення компонентів у складі фрити, а також у складі емалевого шлікеру. Поставлена задача досягається там, що відома фрита для отримання яскравозабарвлених покриттів, яка включає оксиди кремнію, титану, алюмінію, натрію, калію та кальцію, відповідно до винаходу містить у своєму складі вище вказані оксиди при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: 49,5-52,13 SiO2; 16,88-20,0 ТiО2; 17,0-18,38 Na2O; 0,38-0,5 Аl2О3; 2,25-3,0 K2О; 9,0-10,0 СаО. Для одержання такої фрити використовують наступні сировинні матеріали, пісок кварцовий, діоксид титану, натрієву та калієву селітри, глинозем та крейду. Варку емалі проводять при температурі 1260-1280 °C протягом 68-80 хвилин з наступною грануляцією розплаву на воду. Емалеві шлікери готують за загально прийнятою технологією з додаванням на 100.0 мас. ч. фрити вогнетривкої глини, електролітів, пігментів та води. Емалеві шлікери наносять на попередньо заґрунтовану металеву поверхню методом обливу; після сушіння склоемалеві покриття випалюють при температурах 780-840 °C протягом 4 хвилин. Оптимальна температура випалу запропонованих покриттів складає 800 °C. Склади запропонованих фрит та емалевих шлікерів наведені в табл. 1, 2 та 4. 30 Таблиця 1 Хімічний склад емалей для безборних яскравозабарвлених покриттів Найменування компонентів SiO2 В2О3 ТіО2 Аl2Оз Na2O K2О СаО Fe2O3 Р2О5 Водостійкість, см /г Клас водостійкості 7 -1 ТКЛР, α·10 град Розтічність, мм Інтервал випалу покриттів, °C Оптимальна температура випалу, °C Прототип по патенту 28677 А Номери запропонованих складів емалей 1 2 3 49,8 49,5 51,88 52,13 14,2 7,4 20,0 18,75 16,88 3,6 0,5 0,38 0,38 14,6 17,0 17,75 18,38 1,8 3,0 2,25 2,25 4,1 10,0 9,0 10,0 2,0 2,5 Властивості фрит та покриттів 0,15 0,14 0,18 0,29 II/98 II/98 II/98 II/98 7 -1 7 -1 7 -1 7 -1 91,9·10 град 97,4·10 град 95,6·10 град 97,0·10 град 24,3 40,8 34,8 36,8 740-820 760-860 780 800 2 UA 103405 C2 Таблиця 2 Склади емалевих шлікерів (мас.ч.) для покриттів синього кольору Безфториста фрита Безфториста безборна емаль №1 Безфториста безборна емаль №2 Безфториста безборна емаль №3 Глина часів-ярська KС1 NaNO3 Н3ВО3 Бірюзовий пігмент № 160 Синій пігмент № 210 H2О, мл 5 Прототип 100,0 Номери емалевих шлікерів 1 2 3 4 5 6 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 5,0 0,2 0,2 3,0 40,0 6,0 0,1 0,1 6,0 0,2 0,05 4,0 42,0 6,0 0,3 0,1 3,0 43,0 5,0 0,2 0,05 4,0 41,0 6,0 0,1 0,05 3,0 42,0 5,0 0,3 0,1 4,0 41,0 3,0 41,0 Склади запропонованих емалевих шлікерів (табл.2 та 4) дещо відрізняються від прототипу вмістом суспендуючої речовини (глини), електролітів та пігменту. Однак, основною відмінністю покриттів є те, що вони отримані на основі безфтористих безборних емалей, а окремі з них мають хороші оптико-колірні показники, які визначались на компараторі кольору КЦ-3 при джерелі світла "А" та блискомірі ФБ-2 (табл. 3 та 5). Таблиця 3 Оптико-колірні характеристики безфтористих безборних яскравозабарвлених емалевих покриттів (синього кольору) на основі запропонованих складів емалей № покриття Прот. 1 2 3 4 5 6 Координати Чистота колірності КДіВ % кольору, % Y Z x y при оптимальній температурі випалу, 800 °C 13,40 5,220 0,4163 0,4200 66 11 9,259 8,109 0,3965 0,3216 68 3 7,987 5,085 0,4093 0,3608 74 3 9,485 5,868 0,4016 0,3696 70 3 7,511 4,499 0,4174 0,3643 60 2 9,613 8,634 0,3878 0,3224 59 2 8,315 6,762 0,3864 0,3383 83 4 Координати кольору X 13,29 11,41 9,060 10,30 8,608 11,56 9,496 10 3 Колірний тон, нм 501 430 460 470 440 440 468 UA 103405 C2 Таблиця 4 Склади емалевих шлікерів (мас. ч.) для покриттів зеленого кольору Компоненти Безфториста фрита Безфториста безборна емаль № 1 Безфториста безборна емаль № 2 Безфториста безборна емаль № 3 Глина часів-ярська KСl NaNO3 Н3ВО3 Сr2О3 Зелений пігмент №6693 Н2О, мл Номери емалевих шлікерів 8 9 10 Прототип 100,0 7 100,0 100,0 5,0 0,2 0,2 3,0 40,0 6,0 0,2 0,05 2,0 41,0 11 12 100,0 100,0 100,0 100,0 6,0 0,1 0,1 2,0 41,0 5,0 0,2 0,05 1,0 43,0 6,0 0,2 0,1 2,0 41,0 6,0 0,3 0,05 1,0 43,0 5,0 0,2 0,1 2,0 41,0 Таблиця 5 Оптико-колірні характеристики безфтористих безборних яскравозабарвлених емалевих покриттів (зеленого кольору) на основі запропонованих складів емалей № покриття Прот. 7 8 9 10 11 12 5 Координати КДзВ, Чистота колірності % кольору, % Y Z x у при оптимальній температурі випалу, 800 °C 16,54 4,918 0,4445 0,4281 60 15 15,20 4,041 0,4416 0,4411 82 21 15,38 4,150 0,4380 0,4425 51 21 15,90 4,247 0,4440 0,4388 69 24 15,68 4,249 0,4435 0,4378 84 20 18,09 4,471 0,4452 0,4448 93 28 15,24 4,135 0,4418 0,4390 90 25 Координати кольору X 17,17 15,22 15,28 16,08 15,88 18,11 15,34 Колірний тон, нм 566 561 560 569 565 569 567 За результатами визначення якісних та оптико-колірних показників яскравозабарвлених (синіх та зелених) емалевих покриттів на основі запропонованої безфтористої безборної фрити встановлено, що вони витримують дію 4 %-ї оцтової кислоти протягом 10 хвилин, мають насичений колір, гарний блиск та чистоту кольору і характеризуються довжиною хвилі 430-470 нм, що відповідає фіолетово-синій частині спектра та 560-569 нм - жовто-зеленій частині спектра. Отримані покриття випробувані у виробничих умовах при емалюванні посуду. 10 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 15 Безфториста безборна склоемалева фрита для отримання яскравозабарвлених покриттів, що містить оксиди кремнію, титану, алюмінію, натрію, калію та кальцію, яка відрізняється тим, що вона містить у своєму складі вищевказані оксиди при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: SiO2 49,5-52,13 ТiO2 16,88-20,0 Na2O 17,0-18,38 Аl2О3 0,38-0,5 K2О 2,25-3,0 СаО 9,0-10,0. 4 UA 103405 C2 Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5