СТЕКЛО, НЕ СОДЕРЖАЩЕЕ СВИНЦА, И ПОСУДА И ДЕКОРАТИВНЫЕ ХРУСТАЛЬНЫЕ ИЗДЕЛИЯ ИЗ НЕГО Российский патент 1999 года по МПК C03C3/85 

Описание патента на изобретение RU2129100C1

Настоящее изобретение относится к стеклу, практически не содержащему свинца и имеющему физические характеристики свинцовосодержащих хрустальных стекол.

Среди стекол, используемых в эстетических целях или в качестве украшения стола, хрусталь занимает исключительное положение: яркость, плотность и звучность делают его очень ценным материалом. Кроме того, он проявляет свойства формообразования при умеренных температурах, имеет широкий диапазон рабочих температур, легко подвергается обработке резанием и полированием.

Традиционно эти свойства достигались за счет наличия в составе стекла окисла свинца. Однако свинец токсичен и его обработка, производство и особенно применение являются в настоящее время весьма проблематичными, поскольку свинец может мигрировать из стекла в пищевые продукты, контактирующие с этим стеклом, при этом свинец в особенности ядовит после контактирования с кислой средой, такой, например, как фруктовые соки, или с алкоголем.

Повышение безопасности требует создания стекол, не содержащих свинца, но имеющих такие же, как у хрусталя, свойства и затраты на производство.

Настоящее изобретение позволяет решить эту проблему путем создания стекла, не содержащего свинец и пригодного для изготовления посуды и/или декоративных хрустальных изделий и отвечающего следующим требованиям:
1. Плотность стекла должна быть не менее 2,9 г/см3.

2. Коэффициент преломления должен быть не менее 1,545.

3. Стекло должно обладать приятной звучностью.

4. Стекло должно иметь умеренный линейный коэффициент термического расширения (ниже чем 100 • 10-7/oC в диапазоне от 0 до 300oС) для снижения чувствительности к термоудару.

5. Вязкость стекла при высокой температуре должна быть близка к вязкости хрусталя; температура, при которой стекло имеет вязкость 10 Па•с (100 пуаз), не должна превышать 1470oС.

6. Вязкость стекла при температуре ликвидуса должна составлять более 600 Па•с (6000 пуаз).

Изобретение более конкретно относится к стеклам, практически не содержащим свинца (в шихте отсутствуют добавки свинца за исключением случайных примесей) и имеющим следующий состав, мас.% считая на оксиды,
SiO2 - 53 - 62
Na2O - 2 - 7
K2O - 3 - 11
Σ Na2O + K2O - 8 - 14
BaO - 15 - 19
ZnO - 8 - 13
Σ BaO + ZnO - 27 - 32
Li2O - Не более 2
Σ Li2O + Na2O + K2O - Не более 14
SrO - Не более 3
Σ SrO + BaO + ZbO - Не более 32
Al2O3 - Не более 3
ZrO2 - Не более 4
Σ SiO2 + Al2O3 + ZrO2 - 56 - 65
CaO - Не более 5
BaO, ZnO и SiO2 используются для получения требуемых плотности и коэффициента преломления.

BaO является наиболее эффективным компонентом, добавляемым для увеличения коэффициента преломления и плотности. Кроме этого, он дает меньшее увеличение стоимости, чем ZnO и SrO. Однако его количество должно быть ниже 19% во избежание нежелательного расстекловывания.

ZnO предпочтительнее, чем SrO, поскольку SrO имеет тенденцию придавать стеклу желтый цвет, его стоимость относительно высока и он в большей степени повышает коэффициент температурного расширения стекла, чем ZnO.

Количество SiO2 + Al2O3 + ZrO2 должно составлять 56-65 для придания стеклу приемлемой химической стойкости.

Li2O оказывает благоприятное воздействие на вязкость стекла. Однако его содержание ограничено 2% из-за высокой стоимости.

Прочие компоненты, такие, как ZrO2, CaO и La2O3, можно добавлять для корректировки свойств стекла.

В частности, ZrO2 оказывает необычное воздействие на плотность и коэффициент преломления стекла. Однако в количествах, больших 6%, он образует тугоплавкие стекла, склонные к расстекловыванию.

Для того, чтобы получить бесцветное или очень незначительно окрашенное стекло с высокой степенью прозрачности, как это часто требуется для посуды или декоративных изделий, необходимо, чтобы содержание примесей в стекле было низким. Например, желательно иметь количество Fe2O3, меньшее чем 150 частей на миллион.

Окрашивающие компоненты, такие, как по меньшей мере один оксид переходного или редкоземельного металла, можно добавлять в общей сумме до 0,1% с целью маскировки цветовых оттенков, придаваемых различными примесями. Эти компоненты можно добавлять и в большем количестве для окрашивания материала, если требуется получить окрашенное стекло.

Al2O3 и Sb2O3 также можно добавлять в обычном соотношении в качестве осветляющего вещества.

Стекло, имеющее состав, который лежит в указанных пределах, обладает интересной комбинацией различных свойств, которые относятся как к простоте изготовления, так и к конечному продукту. Например, низкое содержание Li2O и SrO дает возможность уменьшить стоимость состава. Одновременное присутствие Na2O и K2O облегчает плавление стекла.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами, которые, однако, не ограничивают изобретения.

В табл. 1 приведены конкретные составы стекол в мас.%. В прилагаемой табл. 2 приведены примеры стекол в массовых частях. Но поскольку сумма компонентов приблизительно или точно равна 100, то для всех практических целей отдельные значения можно считать массовыми процентами. Для всех образцов 3000 г шихты плавили в течение 4 часов в платиновом тигле. Затем из расплавленного стекла формовали бруски, на которых проводили испытания. Хотя данные примеры отражают результаты лабораторных экспериментов, стекла согласно изобретению могут быть изготовлены на промышленных предприятиях, применяющих классическую технологию выплавки и формования стекла.

Для оценки химической стойкости стекла проводили следующие три испытания.

1. Испытание на гидролитическую стойкость (DIN 12111). Для получения стойкости, сравнимой с хрусталем, количество Na2O, определяемое после воздействия воды, должно быть меньшим чем 120 мкг/г.

2. Испытание на кислотостойкость (ACID). Испытание проводилось на полированных образцах, погружаемых на 3 часа в кипящий водный раствор, содержащий 20% объемных HCl. Для получения удовлетворительной стойкости потеря веса должна быть меньшей чем 30 мг/дм2.

3. Испытание на стойкость к воздействию щелочей (ISO 695). Испытание проводилось на полированных образцах, погружаемых в раствор щелочи. Для получения удовлетворительной стойкости потеря веса должна быть меньшей чем 230 мг/дм3.

Измерения температуры, соответствующей определенной вязкости, в Па•с и oC, вязкости при температуре ликвидуса в Па•с, температурного коэффициента линейного расширения (0o - 300oC) в единицах x 10-7, плотности в г/см3, температуры размягчения (S. P.), обжига (S.A.) и деформации (St.Р.) в oC, а также коэффициента преломления производили в соответствии с методиками, принятыми при производстве стекла.

Образцы 1-6 относятся к области предпочтительных составов. Образцы 7-10 находятся вне области предпочтительных составов, но входят в диапазон, описываемый изобретением.

Образцы 11-15 находятся вне диапазона, описываемого изобретением, по следующим причинам.

В образцах 11, 12 и 13 количество BaO, а также BaO + ZnO + SrO является слишком малым и стекла не имеют требуемой плотности или коэффициента преломления.

В образце 14 содержание BaO слишком велико и материал обладает неприемлемым расстекловыванием.

В образце 15 суммарное содержание BaO + ZnO + SrO слишком велико, а вязкость при температуре ликвидуса слишком мала.

Образец 1 представляет собой наиболее предпочтительное стекло.

Похожие патенты RU2129100C1

название год авторы номер документа
БЕССВИНЦОВОЕ И БЕЗБАРИЕВОЕ ХРУСТАЛЬНОЕ СТЕКЛО С ВЫСОКИМ СВЕТОПРОПУСКАНИЕМ 1993
  • Марк Клемент[De]
  • Петер Брикс[De]
  • Лудвиг Гашлер[De]
RU2102345C1
СТЕКЛУЕМАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ВЫСОКОСОРТНОГО СТЕКЛА 1995
  • Джанкарло Боски
  • Фабио Палоски
RU2137725C1
ЩЕЛОЧНОЗЕМЕЛЬНЫЕ АЛЮМОСИЛИКАТНЫЕ СТЕКЛЯННЫЕ КОМПОЗИЦИИ С УЛУЧШЕННОЙ ХИМИЧЕСКОЙ И МЕХАНИЧЕСКОЙ СТОЙКОСТЬЮ 2012
  • Дрейк Мелинда Энн
  • Морена Роберт Майкл
RU2632084C2
БОРОСИЛИКАТНОЕ СТЕКЛО С ВЫСОКОЙ ХИМИЧЕСКОЙ СТОЙКОСТЬЮ И НИЗКОЙ ВЯЗКОСТЬЮ, КОТОРОЕ СОДЕРЖИТ ОКСИД ЦИРКОНИЯ И ОКСИД ЛИТИЯ 1996
  • Экхарт Ватцке
  • Андреа Кэмпфер
  • Петер Брикс
  • Франц Отт
RU2127709C1
СТЕКЛЯННАЯ УПАКОВКА, ОБЕСПЕЧИВАЮЩАЯ ЦЕЛОСТНОСТЬ ЕМКОСТИ 2013
  • Демартино Стивен Эдвард
  • Шот Роберт Энтони
RU2624083C2
СТЕКЛОПРЯЖИ, ПРИГОДНЫЕ ДЛЯ АРМИРОВАНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ И/ИЛИ НЕОРГАНИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ 2008
  • Лаланд Жером
  • Бертеро Анн
RU2471730C2
КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ НЕ СОДЕРЖАЩЕГО СВИНЕЦ ПРОЗРАЧНОГО НЕЗАКРИСТАЛЛИЗОВАННОГО СТЕКЛА, СПОСОБ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ И ИЗДЕЛИЯ ИЗ ЭТОГО СТЕКЛА 1994
  • Филип Энтони Эванс
  • Поль Харрисон
  • Рольф Альфред Виртз
RU2135423C1
ГЛАЗУРЬ 2012
  • Афанасьев Сергей Васильевич
  • Махлай Сергей Владимирович
RU2498952C1
ФТОРСОДЕРЖАЩЕЕ СТРОНЦИЙАЛЮМОСИЛИКАТНОЕ СТЕКЛО ДЛЯ СТОМАТОЛОГИЧЕСКИХ СТЕКЛОИОНОМЕРНЫХ ЦЕМЕНТОВ 2022
  • Савинков Виталий Иванович
  • Зинина Энжегель Мансуровна
  • Клименко Наталия Николаевна
  • Сигаев Владимир Николаевич
  • Романенко Анастасия Андреевна
  • Посохова Вера Фёдоровна
  • Чуев Владимир Петрович
  • Бузов Андрей Анатольевич
  • Казакова Валентина Сергеевна
RU2801216C1
ЩЕЛОЧНОЗЕМЕЛЬНЫЕ АЛЮМОСИЛИКАТНЫЕ СТЕКЛЯННЫЕ КОМПОЗИЦИИ С УЛУЧШЕННОЙ ХИМИЧЕСКОЙ И МЕХАНИЧЕСКОЙ СТОЙКОСТЬЮ 2012
  • Дрейк Мелинда Энн
  • Морена Роберт Майкл
RU2691186C2

Иллюстрации к изобретению RU 2 129 100 C1

Реферат патента 1999 года СТЕКЛО, НЕ СОДЕРЖАЩЕЕ СВИНЦА, И ПОСУДА И ДЕКОРАТИВНЫЕ ХРУСТАЛЬНЫЕ ИЗДЕЛИЯ ИЗ НЕГО

Настоящее изобретение относится к производству стекла, не содержащего свинца и имеющего плотность не менее 2,9 г/см3, коэффициент преломления - не менее 1,545, и посуде и декоративным хрустальным изделиям из него. Стекло имеет следующий состав, мас. %: SiO2 53-62; SrO не более 3; ZrO2 не более 4; Na2O 2-7, Σ SiO2+Al2O3+ZrO2 56-65; K2O 3-11; Σ Na2O+K2O 8-14; CaO не более 5; BaO 15-19; ZnO 8-13; Σ SrO+BaO+ZnO 27-32; Li2O не более 2; Σ Li2O+Na2O+K2 не более 14; Al2O3 не более 3; ΣSrO+BaO+ZnO не более 32. Стекло может содержать по меньшей мере один оксид переходного или редкоземельного металла в количестве до 0,1%. Технической задачей изобретения является получение стекла, не содержащего свинца и имеющего плотность не менее 2,9 г/см3 и коэффициент преломления не менее 1,545. 2 с. и 7 з.п. ф-лы, 2 табл.

Формула изобретения RU 2 129 100 C1

1. Бессвинцовое стекло, содержащее SiO2, BaO, ZnO, Na2O, K2O, отличающееся тем, что оно содержит указанные компоненты в следующих количествах, мас. %, считая на оксиды:
SiO2 - 53 - 62
BaO - 15 - 19
ZnO - 8 - 13
Na2O - 2 - 7
K2O - 3 - 11
причем Σ Na2O + K2O составляет от 8 до 14, а Σ BaO + ZnO - от 27 до 32, и имеет плотность по меньшей мере 2,9 г/см3 и коэффициент преломления по меньшей мере 1,545.
2. Стекло по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит, мас. %, считая на оксиды:
Li2O - Не более 2
причем Σ Li2O + Na2O + K2O составляет не более 14.
3. Стекло по п.1 или 2, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит, мас.%, считая на оксиды:
SrO - Не более 3
причем Σ SrO + BaO + ZnO составляет не более 32.
4. Стекло по любому из пп.1 - 3, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит, мас.%, считая на оксиды:
CaO - Не более 5
5. Стекло по любому из пп.1 - 4, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит, мас.%, считая на оксиды:
Al2O3 - Не более 3
6. Стекло по любому из пп.1 - 5, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит, мас.%, считая на оксиды:
ZrO2 - Не более 4
7. Стекло по п.5 или 6, отличающееся тем, что Σ SiO2 + Al2O3 + ZrO2 составляет от 56 до 65 мас.%.
8. Стекло по любому из пп.1 - 7, отличающееся тем, что Σ SiO2 + Al2O3 + ZrO2 составляет от 57 до 65 мас.%. 9. Стекло по любому из пп.1 - 7, отличающееся тем, что оно содержит по меньшей мере один оксид переходного или редкоземельного металла в количестве, составляющем в сумме до 0,1%. 10. Посуда и/или декоративные хрустальные изделия, изготовленные из стекла, отличающиеся тем, что стекло представляет собой бессвинцовое стекло по любому из пп.1 - 9.

Приоритет по пунктам:
10.12.93 по пп.1 - 6, 8 - 9;
06.12.94 по п.7.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 1999 года RU2129100C1

US 5270269 A, 14.12.93
Стекло 1975
  • Баублис Саулюс Клеменсо
  • Гедминене Дора Ионо
  • Лауцявичус Телесфорас Пранович
  • Липницкайте Витуоле Ионо
  • Иокубайтис Витуатас Ионо
  • Пуртулис Римантас Юльевич
  • Пуоджюнас Гедиминас Ионович
  • Тумас Альвидас Ионович
  • Шипелис Бронислав Владиславович
SU574408A1
Стекло 1980
  • Баублис Саулюс Клеменсович
  • Кирдейкис Ионас Пранович
  • Лауцявичене Нийоле-Она Юозовна
  • Навицкас Винцентас Пранцишкович
  • Иокубайтис Витаутас Ионович
  • Пуртулис Римантас Юльевич
  • Тумас Альвидас Ионович
  • Шипялис Бронислав Владиславович
  • Шипшинскас Ионас Винцентович
SU962228A1
US 5109860 A, 28.04.92
СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДВУХСЕКЦИОННОГО СОЧЛЕНЕННОГО ВЕЗДЕХОДНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА 2003
  • Кочанов-Сорокин С.С.
RU2260535C2

RU 2 129 100 C1

Авторы

Комт Мари Жаклин Моник

Даты

1999-04-20Публикация

1994-12-06Подача