ЭРКЛЕЗ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛЫХ СТЕКЛЯННЫХ МИКРОСФЕР Российский патент 2015 года по МПК C03C3/93 

Изобретение относится к составам стекол, в частности к составам натриевоборосиликатного стекла для производства эрклеза, из которого изготавливают легковесные неорганические дисперсные наполнители - легкие прочные полые стеклянные микросферы различных марок, использующиеся при создании многослойных конструкционных материалов с низкой плотностью для авиастроения, судостроения и автомобильной промышленности, в производстве сферопластиков, взрывчатых веществ, герметиков, красок, шпаклевки, в радиотехнике и др.

К наиболее важным свойствам микросфер, обуславливающих их области применения, относятся истинная плотность и прочность при всестороннем сжатии, которая оценивается величиной гидростатического давления в воде, вызывающего разрушение определенного количества (10%) микросфер.

Для достижения определенных свойств полых стеклянных микросфер решающее значение имеет выбор химического состава стекла для эрклеза и режимы его синтеза. При этом должны учитываться не только требования, предъявляемые к физико-механическим свойствам микросфер, но и показатели, играющие существенную роль в процессе сферолизации микросфер, а именно реологические свойства и поверхностное натяжение стекломассы.

Известен состав стекла для получения полых микросфер (Патент РФ №2235693, кл. С03В 19/10, 2001 г.), включающий, мас. %:

SiO₂ 54,56-60,53 Na₂O 12,30-20,10 K₂O 0,09-1,07 B₂O₃ 3,24-7,01 СаО 5,99-6,56 MgO 1,35-2,79 PbO 11,28-12,53 SO₃ 0,30-0,80

Недостатком этого состава стекла является наличие большого количества оксида свинца, пониженная вязкость и высокая плотность.

Также известно стекло для производства полых микросфер (Патент РФ №2059574, кл. С03В 19/10, 1992 г.), включающее, масс. %:

SiO₂ - 69,0

Na₂O - 8,0

B₂O₃ - 8,0

СаО - 8,0

ZnO - 2,0

Но в составе этого стекла не указаны газообразующие компоненты, обеспечивающие процесс сферолизации.

Также известен состав стекла для производства полых микросфер (Патент США №4661137, кл. С03В 19/08, 1987 г. - аналог), включающий, мас. %:

SiO₂ 55,00-80,00 Al₂O₃ 0,00-5,00 Na₂O+K₂O+Li₂O 8,00-18,00 B₂O₃ 1,00-10,00 CaO+MgO+BaO+ZnO 4,00-14,00 S 0,01-0,05

Однако в этих стеклах присутствует малое содержание серы, недостаточное для получения полых микросфер с пониженной плотностью. Кроме того, наличие оксида бария, являющегося токсичным компонентом, повышает вязкость и снижает производительность процесса формования микросфер.

Наиболее близким к заявленному по технической сущности и достигаемому результату является стекло для производства стеклянных полых микросфер (Патент США №4391646, кл. С03С, 13/00, 1983 г. - прототип), включающее, мac. %:

SiO₂ 60,0-90,0 R₂O(Na₂O+K₂O+Li₂O) 2,0-20,0 B₂O₃ 1,0-30,0 RO(ZnO, СаО, MgO, BaO, SrO) 0-25,0 R₂O₃(Al₂O₃, Fe₂O₃, Sb₂O₃) 0-10,0 RO₂(TiO₂, ZrO₂, MnO₂) 0-10,0 R₂O₅(P₂O₅, V₂O₅) 0-10,0 S 0,005-0,5 F 0-5,0

Из стекла, заявленного в прототипе, получают полые микросферы с недостаточно высокой прочностью и высокой плотностью (от 0,4 до 1,0 г/см³), при этом разброс по диаметру полых микросфер составляет 5-200 мкм. Кроме того, недостаточное количество газообразователя S в составе стекла прототипа не дает возможности сформовать полые микросферы с низкой плотностью.

Заявленное изобретение направлено на устранение указанных недостатков данного состава, предназначенного для получения эрклеза, используемого при производстве легких прочных полых стеклянных микросфер.

Задача настоящего изобретения заключается в разработке высокотехнологичного состава стекла для получения эрклеза, обеспечивающего производство легких прочных полых микросфер.

Задача достигается присутствием в составе натриево-кальциевоборосиликатного стекла, содержащего ZnO, ZrO₂, Fe₂O₃, TiO₂, Al₂O₃ и SO₃ в количестве от 0,5 до 1,5 мас. %, которые в сочетании с малыми добавками CrO₃ и МоО₃ в количестве 0,001-0,4 мас. % понижают поверхностное натяжение и энергию активации вязкого течения расплава, тем самым обеспечивая формование легких прочных полых микросфер.

Техническим результатом изобретения является получение полых стеклянных микросфер с повышенной прочностью и истинной плотностью от 0,15 до 0,40 г/см³.

Технический результат достигается тем, что эрклез для получения полых стеклянных микросфер, включающий SiO₂, Na₂O, В₂О₃, СаО, ZnO, ΖrO₂, Fe₂O₃, TiO₂, Al₂O₃, SO₃, дополнительно содержит CrO₃ и MoO₃ при следующем соотношении компонентов, мас. %

SiO₂ 60,00-80,00 Na₂O 8,00-20,00 B₂O₃ 8,00-15,00 СаО 4,00-10,00 ZnO 1,00-3,50 ZrO₂ 0,01-0,30 Fe₂O₃ 0,01-0,50 TiO₂ 0,01-0,40 A1₂O₃ 0,10-1,00 SO₃ 0,50-1,50 CrO₃ 0,001-0,20 MoO₃ 0,001-0,20

причем микросферы, полученные из данного эрклеза, обладают повышенной прочностью на гидростатическое сжатие и истинной плотностью от 0,15 до 0,40 г/см³.

Пример осуществления изобретения. Для получения предлагаемого состава готовят шихту, содержащую (мас. %): SiO₂-68,00; Na₂O-13,56; В₂O₃-9,40; СаО-6,30; ZnO-1,40; ZrO₂-0,05; Fe₂O₃-0,083; ТiO₂-0,05; Al₂O₃-0,35; SO₃-0,80; СrO₃ 0,002; MoO₃ 0,005. Шихту загружают в печь и плавят при температуре 1270±10°С. Затем расплав стекломассы отливают в воду, получая эрклез, из которого после измельчения формуют микросферы с плотностью от 0,15 до 0,40 г/см³.

Примеры 1, 2 и 3 приведены в таблице.

Таким образом, использование изобретения позволяет создать эрклез, обеспечивающий производство легких прочных полых микросфер с истинной плотностью от 0,15 до 0,40 г/см³, которые могут быть использованы при создании многослойных конструкционных материалов с низкой плотностью для авиастроения, судостроения и автомобильной промышленности.

Изобретение относится к составам эрклеза для получения легковесных неорганических наполнителей - легких прочных полых стеклянных микросфер различных марок, использующихся при создании многослойных конструкционных материалов с низкой плотностью для авиастроения, судостроения и автомобильной промышленности. Техническим результатом изобретения является получение полых стеклянных микросфер с истинной плотностью 0,15-0,40 г/см³ и повышенной прочностью. Стекло для получения эрклеза содержит компоненты в следующем соотношении, мас. %: Na₂O 8,00-20,00; B₂O₃ 8,00-15,00; СаО 4,00-10,00; ZnO 1,00-3,50; ZrO₂ 0,01-0,30; Fe₂O₃ 0,01-0,50; TiO₂ 0,0-0,40; Al₂O₃ 0,0-1,00; SO₃ 0,50-1,50;CrO₃ 0,001-0,20; MoO₃ 0,001-0,20; SiO₂ остальное. 1 табл.

Эрклез для получения полых стеклянных микросфер, включающий SiO₂, Na₂O, В₂О₃, CaO, ZnO, ZrO₂, Fe₂O₃, TiO₂, Al₂O₃, SO₃, отличающийся тем, что дополнительно содержит CrO₃ и MoO₃ при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Na₂O 8,00-20,00 В₂О₃ 8,00-15,00 СаО 4,00-10,00 ZnO 1,00- 3,50 ZrO₂ 0,01-0,30 Fe₂O₃ 0,01-0,50 TiO₂ 0,01-0,40 Al₂O₃ 0,01-1,00 SO₃ 0,50-1,50 CrO₃ 0,001-0,20 MoO₃ 0,001-0,20 SiO₂ остальное