ДЕКОРАТИВНОЕ СТЕКЛО Российский патент 2000 года по МПК C03C10/06 C03C3/87 

Настоящее изобретение относится к стекольной промышленности, в частности к составу декоративных многоцветных стекол, которые могут быть использованы для производства облицовочных и художественных изделий.

При утилизации горнопромышленных отходов одной из возможных областей их использования являются строительные материалы, в том числе декоративное каменное литье. Такие материалы обладают высокой декоративностью и могут быть использованы при производстве художественных изделий, в отделке объектов общественного назначения и т.д.

Известно декоративное стекло (см. а.с. N 1454796, МПК⁴ C 03 C 3/097, 8/08, 1989 г.), содержащее SiO₂, Al₂O₃, B₂O₃, Na₂O, P₂O₅, TiO₂ при следующем соотношении компонентов, мас.%:
SiO₂ - 45,0 - 53,5
Al₂O₃ - 5,0 - 9,3
B₂O₃ - 18,5 - 28,2
Na₂O - 8,5 - 10,0
P₂O₅ - 1,8 - 4,0
TiO₂ - 5,5 - 9,0
Недостатком данного стекла является то, что оно обладает недостаточно высокой декоративностью и для его производства требуются дорогостоящее первичное сырье, в частности, оксиды и соли.

Известно также декоративное стекло (см. пат. РФ N 2033398, МПК⁶ C 03 C 10/06, C 04 B 30/00, 1995 г.), включающее SiO₂, Al₂O₃, FeO, Fe₂O₃, MgO, CaO, Na₂O, K₂O, B₂O₃ и P₂O₅ при следующем соотношении компонентов, мас.%:
SiO₂ - 40,77 - 47,24
Al₂O₃ - 6,26 - 9,11
FeO - 0,48 - 1,72
Fe₂O₃ - 0,20 - 4,95
MgO - 2,42 - 5,77
CaO - 27,35 - 29,58
Na₂O - 2,07 - 3,71
K₂O - 4,24 - 6,41
B₂O₃ - 0,20 - 4,15
P₂O₅ - 0,73 - 2,06
Известное декоративное стекло характеризуется высокой температурой отжига (700 - 800^oC), недостаточно высокими декоративными свойствами и кислотостойкостью (не более 90%). Кроме того, для его производства требуется чистая соль - бура.

Настоящее изобретение направлено на решение задачи получения декоративного стекла, обладающего более низкой температурой отжига, повышенной кислотостойкостью и декоративностью, а также на расширение сырьевой базы за счет использования вторичного сырья.

Поставленная задача решается тем, что декоративное стекло, включающее SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, MgO, CaO, Na₂O, K₂O и P₂O₅ согласно изобретению дополнительно содержит TiO₂ при следующем соотношении компонентов, мас.%:
SiO₂ - 61,05 - 61,85
Al₂O₃ - 2,10 - 3,73
Fe₂O₃ - 0,32 - 6,83
MgO - 0,02 - 11,37
CaO - 18,86 - 33,48
Na₂O - 0,32 - 2,10
K₂O - 0,50 - 1,09
P₂O₅ - 0,42 - 0,54
TiO₂ - 0,10 - 0,50
Поставленная задача решается также тем, что нормативный минеральный состав стекла отвечает системе пироксены-кварц-полевые шпаты, при этом содержание пироксена составляет 64.62 - 73.93 мас.%, а соотношение кварца и полевых шпатов - 0.78 - 1.52:1.

Для получения декоративного стекла используется шихта, включающая, мас. %: нефелин-полевошпатовые (нефелин или пегматит) породы - 6.45 - 7.52, магнезиально-кальциевые породы (диопсид или мелилитит, или мел) - 46.87 - 79.13, кварц - 13.35 - 45.88 и апатит (сверх 100%) - 1.00.

Введение TiO₂ в состав декоративного стекла в количестве 0.10 - 0.50 мас.% способствует повышению его кислотостойкости. Увеличение его содержания выше 0.5 мас.% нецелесообразно, так как это не приводит к дальнейшему росту кислотостойкости, но требует применения чистых оксидов или богатых титаном концентратов.

При содержании кремнезема более 61.85 мас.% увеличивается температура варки и вязкость расплава. При содержании менее 61.05 мас.% - снижается кислотостойкость и ухудшаются декоративные качества стекла.

При пониженных содержаниях оксида алюминия (менее 2.10 мас.%) и натрий-калиевых щелочных компонентов (менее 0.82 мас.%) снижается роль нормативных полевых шпатов, вследствие чего резко возрастает температура полного плавления шихты и требуется увеличение температуры варки. При более высоких содержаниях этих компонентов снижается кислото- и щелочестойкость стекла.

При содержании Fe₂O₃ более 6.83 мас.% появляется самостоятельная оксидная кристаллическая фаза в виде гематита или магнетита, что приводит к ухудшению декоративных свойств стекла. Нижний предел Fe₂O₃ обусловлен его содержанием в сырье.

При содержании оксидов магния и кальция менее соответственно 0.02 и 18.86 мас. % заметно возрастает вязкость расплава и даже при температуре 1500^oC не удается достичь его осветления. При более высоких содержаниях этих компонентов снижается кислотостойкость материала.

Содержание пентаоксида фосфора менее 0.42 мас.% не обеспечивает процесс ликвации в расплавах данного состава. Увеличение его содержания более 0.54 мас. % нецелесообразно, так как при этом увеличивается вязкость расплава, возникает вероятность непровара и ухудшаются декоративные качества стекла.

Сырьевые компоненты декоративного стекла подбирают таким образом, чтобы при пересчете на нормативный минеральный состав стекло отвечало системе пироксены-кварц-полевые шпаты при содержании пироксенов 64.62 - 73.93 мас.% и соотношении кварца и полевых шпатов - 0.78 - 1.52:1. При этом под нормативным минеральным составом понимается состав, который получился бы при полной кристаллизации расплава данного химического состава.

При содержании пироксенов менее 64.62 мас.% резко возрастает вязкость расплава, что затрудняет процесс варки и осветления стекломассы. При содержании более 73.93 мас.% - снижается интервал выработки и кислотостойкость готового стекла.

При соотношении кварца и полевых шпатов более 1.52:1 резко возрастает влияние колебаний состава сырья на важнейшие технологические свойства силикатного расплава, в первую очередь - температуру полного плавления и вязкость силикатного расплава. При соотношении кварца и полевых шпатов менее 0.78:1 не удается инициировать ликвацию и достичь декоративного эффекта материала.

Примеры конкретного выполнения изобретения приведены в таблицах 1 и 2 и соответствуют технологическому процессу, включающему плавление шихты при температуре 1400 - 1450^oC, изотермическую выдержку не менее 1 часа, формование расплава литьем при одновременном его охлаждении до 450 - 600^oC и отжиг при температуре 450 - 600^oC. Яркость окраски и контрастность рисунка зависят от температуры отжига: при низких температурах рисунок более темный и менее контрастный. Свойства полученного материала приведены в таблице 3.

Таким образом, предлагаемый способ получения декоративного стекла по сравнению с прототипом позволяет снизить температуру отжига с 700 - 800 до 450 - 600^oC и повысить кислотостойкость на 9% и более при сохранении высоких декоративных свойств материала. Для получения декоративного стекла используются только отходы горнопромышленного комплекса.

Изобретение относится к стекольной промышленности, в частности к составу декоративных многоцветных стекол, которые могут быть использованы для производства облицовочных и художественных изделий. Декоративное стекло содержит, мас.%: SiO₂ 61,05 - 61,85, Аl₂O₃ 2,10 - 3,73, Fе₂O₃ 0,32 - 6,83, MgO 0,02 - 11,37, CaO 18,86 - 33,48, Na₂O 0,32 - 2,10, K₂O 0,50 - 1,09, Р₃О₅ 0,42 - 0,54, TiO₂ 0,10 - 0,50. Нормативный минеральный состав стекла отвечает системе пироксены-кварц-полевые шпаты, при этом содержание пироксенов составляет 64,62 - 73,93 мас.%, а соотношение кварца и полевых шпатов 0,78 - 1,52: 1. Для получения декоративного стекла используется шихта, включающая, мас. %: нефелинполевошпатовые (нефелин или пегматит) породы 6,45 - 7,52, магнезиально-кальциевые породы (диопсид или мелилитит, или мел) 46,87 - 79,13, кварц 13,35 - 45,88 и апатит (сверх 100%) 1,00. Технический результат заключается в снижении температуры отжига и повышении кислотостойкости при сохранении высоких декоративных свойств материала. 1 з.п. ф-лы, 3 табл.

1. Декоративное стекло, включающее SiO₂, AI₂O₃, Fe₂O₃, MgO, CaO, Nа₂О, К₂О и Р₂O₅, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит TiO₂ при следующем соотношении компонентов, мас.%:
SiO₂ - 61,05 - 61,85
AI₂O₃ - 2,10 - 3,73
Fe₂O₃ - 0,32 - 6,83
MgO - 0,02 - 11,37
CaO - 18,86 - 33,48
Nа₂О - 0,32 - 2,10
К₂О - 0,50 - 1,09
Р₂O₅ - 0,42 - 0,54
TiO₂ - 0,10 - 0,50
2. Декоративное стекло по п.1, отличающееся тем, что нормативный минеральный состав стекла отвечает системе пироксены-кварц-полевые шпаты, при этом содержание пироксенов составляет 64,62 - 73,93 мас.%, а соотношение кварца и полевых шпатов - 0,78 - 1,52:1.