СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ЗЕЛЕНОГО ТЕПЛОПОГЛОЩАЮЩЕГО СТЕКЛА Российский патент 2002 года по МПК C03C3/87 C03C4/02 

Изобретение относится к стекольной промышленности и может быть использовано в производстве окрашенного в массе листового стекла для транспорта и строительства.

Теплопоглощающее стекло получают путем введения в стекломассу веществ, частично поглощающих солнечную энергию в большей степени в ИК и УФ-области спектра и умеренно в видимой области спектра.

Ответственным за поглощение солнечного излучения является оксид двухвалентного железа FeO.

FeO в стекле можно получить либо по восстановительной технологии (авт. свидетельство N 1135716, МКИ C 05 B 1/00) путем совместного введения Fe₂O₃ (крокуса) и восстановителя, либо по окислительной технологии путем введения в шихту металлического железа (патент РФ N 1480325, МКИ C 05 C 1/00, 6/02). И в том и в другом случае стекло имеет голубовато-зеленый оттенок. Получить чисто зеленый цвет с использованием указанных компонентов не удается.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является патент РФ N 2156619, МКИ C 05 C 6/02, 1/00. В соответствии с данным способом зеленовато-голубое теплопоглощающее стекло получают путем сочетаний железосодержащих, кобальтсодержащих компонентов, сульфата натрия, хлорида натрия и натриевой силитры.

Недостатком способа является использование большого числа компонентов для достижения необходимых показателей и недостаточная насыщенность зеленого цвета.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что производство зеленого теплопоглощающего стекла на базе основного стекла, включающего, мас. %: 68-72 SiO₂, 0,3-4,0 Al₂O₃; 7-10 CaO; 3-4,5 MgO; 9-14 Na₂O; 0,3-1 Fe₂O₃; 0,3-0,5 SO₃, осуществляют путем составления шихты из стеклообразующих и железосодержащих компонентов и сульфата натрия, дополнительно вводят в шихту сульфат калия (K₂SO₄) и смесь кобальт-титансодержащих компонентов и графита в количествах и сочетаниях, определяемых соотношением оксидов железа и обеспечивающих светопропускание стекла при толщине 5 мм не менее 70%, а пропускание полной солнечной энергии не более 50%, при этом стекло имеет максимальное пропускание в области длин волн 0,5-0,55 мкм.

Сущность достижения максимального пропускания в зеленой области состоит в следующем. Железо в стекле находится в 2-х степенях окисления: в виде FeO и Fe₂O₃. Оксид железа FeO придает стеклу голубой оттенок, степень восстановления 25-35%, четырехкоординированный ион трехвалентного железа, один из ионов кислорода, который замещен ионом восстановленной из сульфата сульфидной серы, дает желтую окраску. Сложение голубой и желтой окраски дает зеленоватый цвет. Для усиления зеленого цвета в шихту добавляют сульфат калия (К₂SO₄), смесь кобальт-титансодержащих компонентов и графит (CoO + TiO₂) + C). Углерод способствует более полному восстановлению железа и приданию стеклу высоких теплозащитных свойств, и при этом вместе с оксидом кобальта /CoO/ усиливает голубой цвет, а оставшийся оксид железа /Fe₂O₃/ вместе с диоксидом титана /TiO₂/ дает интенсивное желтое окрашивание.

Сложение этих цветов дает зеленый цвет стекла, этому способствует и введение в шихту сульфата калия, так как введение в стекло щелочного оксида с большим атомным весом сдвигает цвет стекла от красной области спектра к более коротковолновому синему цвету. Стекло имеет максимальное пропускание в области длин волн 0,5-0,55 мкм.

Сульфат калия вводят в количестве /маc. % на 100 мас. частей стекломассы/ 0,3-1,5; оксид титана /TiO₂/ - 0,05-0,15; оксид кобальта /CoO/ - 0,0005-0,0015; графит /C/ - 0,25-1,0, при этом /CoO + TiO₂ + C/ = 0,5-1,15 на 100. Содержание оксида железа в стекле колеблется в пределах 25-30% от общего содержания оксидов железа.

Пример 1.

Варят стекло состава /мас. %/: 72,6 SiO₂; 1,0 Al₂O₃; 8,9 CaO; 3,7 MgO; 13,3 Na₂O; 0,4 Fe₂O₃; 0,5 SO₃, из шихты состава: /маc. % на 100% стекломассы/: песок - 70,5; доломит - 17,5; мел - 6,0; полевой шпат - 3,6; сульфат натрия - 1,2; сода - 21,4.

Дополнительно в шихту вводят 0,9 K₂SO₄ и 0,35 /CoO + TiO₂ + C/.

Варку стекла производят в стекловаренной печи производительностью 100 т/сутки при температуре 1540^oC. Стекло вырабатывают на флоат-линии, цвет стекла - зеленый.

Светопропускание при толщине стекла 5 мм - 77%; пропускание полной солнечной энергии - 48%, доминантная длина волн - 0,53 мкм.

Пример 2.

Варят стекло состава /мас. %/: 70,7 SiO₂; 1,5 Al₂O₃; 8,9 CaO; 3,8 MgO; 13,85 Na₂O; 0,8 Fe₂O₃; 0,5 SO₃ из шихты состава /мас. % на 100 мас. % стекломассы/: песок - 74,25; доломит - 20,6; полевой шпат - 0,55; мел - 4,7; сульфат натрия - 0,3; сода - 22,37.

Дополнительно в шихту вводят 0,4% K₂SO₄ и 0,55%/CoO+TiO₂+C/.

Варку стекла производят в печи производительностью 60 т/сутки при температуре 1500^oC, стекло вырабатывают на линии вертикального вытягивания.

Цвет стекла - зеленый.

Светопропускание при толщине стекла 5 мм - 75%, пропускание полной солнечной энергии - 50%, доминантная длина волны - 0,55 мкм,
Пример 3.

Варят стекло состава /мас. %/: 71,2 SiO₂; 1,4 Al₂O₃; 8,7 CaO; 3,75 MgO; 12,75 Na₂O; 0,5 Fe₂O₃; 0,5 SO₃ из шихты состава /маc. % на 100 мас. % стекломассы/: песок - 74,36; доломит 19,21; мел - 5,13; полевой шпат - 0,5; сульфат натрия 0,25; сода - 22,86.

Дополнительно в шихту вводят 1,4% K₂SO₄ и 1,15 /CoO+TiO₂+C/.

Варку стекла производят в печи производительностью 200 т/сутки, при температуре 1580^oC. Стекло вырабатывают способом непрерывного проката.

Цвет стекла - зеленый.

Светопропускание при толщине стекла 5 мм - 76%, пропускание родной солнечной энергии - 48%.

Доминантная длина волны - 0,51 мкм.

Способ производства зеленого теплопоглощающего стекла на базе основного стекла, включающего, мас. %: 68-72 SiO₂; 0,3-4,0 Al₂O₃; 7-10 СаО; 3-4,5 МgO; 9-14 Na₂O; 0,3-1,0 Fe₂O₃; 0,3-0,5 SO₃, включает составление шихты из стеклообразующих и железосодержащих компонентов и сульфата натрия. Дополнительно вводят сульфат калия и смесь кобальт-титансодержащих компонентов и графита в количествах и сочетаниях, определяемых соотношением оксидов железа и обеспечивающих светопропускание стекла при толщине 5 мм не менее 70%, а пропускание полной солнечной энергии не более 50%. При этом стекло имеет максимальное пропускание в области длин волн 0,50-0,55 мкм. 1 з. п. ф-лы.

1. Способ производства зеленого теплопоглощающего стекла на базе основного стекла, включающего, мас. % 68-72 SiO₂; 0,3-4,0 Al₂O₃; 7-10 СаО; 3-4,5 МgO; 9-14 Na₂O; 0,3-1,0 Fe₂O₃; 0,3-0,5 SO₃, путем составления шихты из стеклообразующих и железосодержащих компонентов и сульфата натрия, отличающийся тем, что в шихту дополнительно вводят сульфат калия и смесь кобальт-титансодержащих компонентов и графита в количествах и сочетаниях, определяемых соотношением оксидов железа и обеспечивающих светопропускание стекла при толщине 5 мм не менее 70%, а пропускание полной солнечной энергии не более 50%, при этом стекло имеет максимальное пропускание в области длин волн 0,50-0,55 мкм. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сульфат калия вводят в шихту в количестве 0,3-1,5 мас. %, а смесь кобальт-титансодержащих компонентов и графит вводят в количестве 0,3-1,15 мас. %.