СТЕКЛО Российский патент 2004 года по МПК C03C3/16 C03C3/62 

Изобретение относится к составам фосфатных стекол, которые могут быть использованы в качестве оптически прозрачных элементов, устойчивых к действию плесневых грибов.

Известно стекло, включающее в мас.%:

Р₂О₅ 1-20

Al₂O₃ 1-20

Еu₂O₃ 0,5-10

Еr₂O₃ 0,1-10

Sm₂O₃ 0,2-10

(Еr₂О₃+Sm₂O₃=0,2-10)

SiO₂ Остальное

(см. описание к патенту Японии 61-151039, заявл. 26.12.84, №59-273145, опубл. 09.07.86, МКИ С 03 С 3/097, С №С 4/12).

Стекло для лазеров с пониженными показателем преломления, ТКЛР и коэффициентом теплопроводности, обладающее высокой прозрачностью в УФ области спектра и высокой водостойкостью. Однако стекло является питательной средой для плесневых грибов при взаимодействии с культурами последних покрывается пленкой.

Наиболее близким по составу и технической сущности является стекло, содержащее в мол.%:

P₂O₅ 35-65

R₂O 5-40

RO (BaO, MgO, BeO) 5-30

SiO₂ 5

Оксид РЗЭ 0,01-7

(см. описание к патенту US №4075120, кл. С 03 С 3/16, 1978), состав относится к классу лазерных стекол. К действию плесневых грибов показывает низкую устойчивость и является питательной средой.

Целью предлагаемого изобретения является увеличение грибостойкости стекол.

Поставленная цель достигается тем, что стекло, включающее Р₂О₅, ВаО и оксиды редкоземельных элементов, дополнительно содержит SiO₂ при следующем соотношении компонентов в мол.%:

Р₂O₅ 50-62

ВаО 31-40

SiO₂ 6-13

Оксиды РЗЭ 0,1-15

(где в качестве оксидов редкоземельных элементов могут быть: Еu₂О₃, Еr₂O₃, Dy₂O₃, Sm₂O₃ и Y₂O₃).

Стекло характеризуется высокой устойчивостью к действию плесневых грибов типа Aspergillus niger и Trichoderma viride и является весьма технологичным, что позволяет изготавливать из него изделия как прессованием, так отливкой и выдуванием.

Введение в состав стекла пентоксида фосфора в количестве 50-62 мол.% способствует увеличению интервала выработки стекол и инертности их по отношению к действию плесневых грибов.

Введение SiO₂ в количестве 6-13 мол.% способствует увеличению однородности стеклообразной матрицы и упрочнению структурных связей, благодаря чему растет химическая устойчивость стекол по отношению к действию плесневых грибов.

Увеличение содержания в стекле оксида кремния более 13 мол.% приводит к снижению однородности стекла за счет цепочек Si-O-R, способных выделиться в самостоятельный структурный мотив, что является предпосылкой расслоения стекломассы, снижения химической устойчивости.

Введение SiO₂ менее 6 мол.% недостаточно для создания упрочненной структурной матрицы, устойчивой к действию плесневых грибов.

Исследованиями установлено, что химическая устойчивость фосфатных стекол по отношению к действию плесневых грибов напрямую зависит от силы поля катионов модификаторов (Z/a²), где Z-заряд катиона, а -сумма ионных радиусов катиона и кислорода, находящейся в определенных пределах. Введение ВаО в количестве 31-40 мол.% позволяет получить стекла с величиной силы поля катиона от 19, 14 (пример №5) до 27,72 (пример №3), что обеспечивает высокую грибостойкость. Стекла с меньшим содержанием ВаО, порядка 30 мол.% (пример №7) имеет Z/a², равной 29,04, и состав, содержащий 41 мол.% ВаО (пример №6), характеризующийся Z/a², равной 17,64, являются питательной средой для грибов и степень развития плесени отвечает 1 и 2 баллам на полированной поверхности и 2 баллам на изломе (см. таблицу).

Ниже, в таблице составов и свойств, изобретение поясняется на конкретных примерах его выполнения.

В качестве сырьевых материалов для синтеза предлагаемого стекла использовали: аммоний фосфорнокислый однозамещенный, барий углекислый или оксид бария, двуокись кремния и оксиды редкоземельных элементов.

Варку стекол осуществляли в электропечи с карбидкремниевыми нагревателями при температуре 1300-1500°С. Время выдержки при максимальной температуре до полного осветления стекломассы составляет 30-60 минут в зависимости от объема тигля. Нами использовались кварцевые тигли емкостью от 0,3 до 1 л. Готовую стекломассу выливали на подогретую металлическую плиту в виде пластин, которые отжигали в электропечи при температуре 550°С и времени выдержки 40 мин.

Грибоустойчивость определяли в соответствии с ГОСТ 9.049-91 - “Методы лабораторных испытаний на стойкость к воздействию плесневых грибов”.

Сущность методов заключается в выдерживании материалов, зараженных спорами грибов, в условиях, оптимальных для развития, с последующей оценкой грибостойкости по степени развития плесневых грибов и по изменению характерных показателей свойств материалов.

Метод устанавливает:

1. Грибостойкость материалов и их компонентов при отсутствии минеральных и органических загрязнений.

2. Грибостойкость материалов и их компонентов в условиях, имитирующих минеральные загрязнения.

Сущность метода 1 заключается в том, что материал заражают спорами плесневых грибов в воде. Плесневые грибы растут только на питательных веществах, содержащихся в материале.

Сущность метода 2 заключается в том, что материал заражают спорами плесневых грибов в водном растворе минеральных солей. Плесневые грибы растут за счет солей минеральной среды и питательных веществ, содержащихся в материале.

Метод 1 - практически исключают любое загрязнение материала.

Метод 2 - исключают загрязнение материала органическими веществами.

Образцы стекол размещаются в эксикаторах или чашках Петри, причем расстояние между образцами должно быть не менее 10 мм.

Эксикаторы, чашки Петри с образцами в эксикаторах и контрольные чашки Петри переносят в бокс. Поверхность образцов заражают суспензией спор грибов равномерным опрыскиванием, не допуская слияния капель.

Зараженные материалы выдерживают в боксе при температуре (25±10°С) до высыхания капель, но не более 60 минут. Затем материалы, предназначенные для оценки грибостойкости по изменению показателей свойств, переворачивают зараженной стороной вниз, опрыскивают споровой суспензией с другой стороны и высушивают в тех же условиях. Затем чашки Петри и эксикаторы закрывают.

Испытания проводят при температуре (29±2)°С и относительной влажности воздуха более 90%. В эксикаторе и камере не допускается конденсация влаги и воздействие прямого естественного или искусственного освещения.

Продолжительность испытаний при оценке грибостойкости материалов по степени развития грибов составляет 28 сут. С промежуточным осмотром через 14 сут. при оценке грибостойкости по изменению характерных показателей продолжительность испытаний должна быть не менее 84 сут. С промежуточными осмотрами через 30 и 60 сут.

Образцы для определения грибостойкости выбирались однородные, не содержащие газовых и кристаллических включений. Поверхность образцов соответствовала огневой полировке и являлась идеально гладкой, т.к. в процессе выработки и отжига не соприкасалась с другими материалами.

Некоторые образцы раскалывались с целью выявления взаимодействия плесневых грибов с поврежденной неоднородной поверхностью излома.

Во время эксплуатации стеклоизделий вполне возможно незначительное локальное повреждение полированной поверхности в виде сколов от удара, царапин и т.д., поэтому стекло должно соприкасаться с культурами плесневых грибов как с полированной стороны, так и со стороны излома.

Предлагаемое стекло пригодно для изготовления конструкционных элементов с сохранением их светопрозрачности во время эксплуатации.

Изобретение относится к составам стекол, которые могут быть широко использованы в разных областях науки и техники для остекления различных объектов с сохранением светопрозрачности в период эксплуатации за счет инертности по отношению к действию плесневых грибов. Технической задачей изобретения является увеличение грибоустойчивости. Стекло содержит следующие компоненты в мол.%: Р₂O₅ - 50-62, BaO - 31-40, SiO₂ - 6-13, оксиды РЗЭ - 0,1-15. 1 табл.

Стекло, включающее P₂O₅, BaO, SiO₂ и оксиды редкоземельных элементов, отличающееся тем, что оно содержит указанные компоненты в следующем соотношении, мол.%:

Р₂O₅ 50-62

BaO 31-40

SiO₂ 6-13

Оксиды РЗЭ 0,1-15