Стеклянный микрошарик Российский патент 2018 года по МПК C03B19/00 

Предложенное решение относится к стеклянным микрошарикам, которые могут быть использованы для струйной обработки, для противоожоговых кроватей, в качестве наполнителя (при изготовлении полимеров, цементов, бетонов, облицовочных материалов, мастик, шпатлевок, герметиков, синтаксических пен), для изготовления световозвращающих устройств, например, в системах обеспечения безопасности дорожного движения и, в частности, при разметке поверхности дорог. Предложенное решение может быть использованы в химической, нефтегазодобывающей, судостроительной, авиационной и других отраслях промышленности, а также в строительной индустрии.

В отечественной и мировой практике широко применяются материалы и устройства, содержащие стеклянные микрошарики (СМШ). При этом одной из основных характеристик СМШ, характеризующих их качество величина, является содержание в готовом продукте микрошариков сферической формы.

Наиболее близкими к предлагаемому решению являются СМШ, которые могут быть использованы при разметке поверхности дорог и при изготовлении свето-возвращающих устройств (патент РФ № 2602328, МПК C03B 19/10, 2013 г.). СМШ для дорожной разметки получают из боя стекла (в основном листового). В «Методических рекомендациях по устройству горизонтальной дорожной разметки безвоздушным способом» (приняты и введены в действие распоряжением Росавтодора от 01.11.2001 г. № OC-450-р) указывается, что показатель преломления СМШ для дорожной разметки составляет не более 1,53, а содержание СМШ несферической формы не должно превышать 20%.

Недостатком известных СМШ является высокое содержание частиц несферической формы (до 20%), что ухудшает сыпучесть и порционирование материала, снижает плотность его упаковки, усложняет поверхностную обработку, а также снижает эффективность световозвращения СМШ.

Технический результат предложенного решения заключается в повышении качества СМШ за счет увеличения содержания частиц сферической формы и эффективности световозвращения СМШ.

Указанный технический результат достигается тем, что поверхностное натяжение стекла, из которого изготовлен СМШ, составляет при температуре 1300^оС не менее 335 мН/м. А температурный диапазон изменения вязкости стекла, из которого изготовлен СМШ, в интервале от 10⁴ Па*с до 10⁸ Па*с не превышает 216^оС.

СМШ, в частности, может быть изготовлен из прозрачного бесцветного натрий-кальций-силикатного стекла, содержащего 54,0-70,0 мас.% SiO₂, 17,0-30,0 мас.% CaO, 7,0-16,0 мас.% Na₂O и/или K₂O, 0-5,0 мас.% MgO, 0-5,0 мас.% Al₂O₃, не более 0,1 мас.% Fe₂O₃, имеющего показатель преломления более 1,53, предпочтительно не менее 1,539.

Увеличение поверхностного натяжения стекла, из которого изготовлен СМШ, до не менее 335 мН/м при температуре 1300^оС обеспечивает более эффективное формирование сферической формы СМШ, и, следовательно, повышает качество СМШ.

Снижение до 216^оС температурного диапазона изменения вязкости стекла, из которого изготовлен СМШ, от 10⁴ Па*с до 10⁸ Па*с сокращает время формования СМШ, поэтому микрошарики меньше деформируются от соприкосновения между собой и корпусом печи, что увеличивает содержание СМШ сферической формы в готовом продукте, а, следовательно, повышает его качество.

Предложенное решение повышает эффективность световозвращения СМШ, которое возрастает с увеличением содержания СМШ сферической формы. Кроме того, предложенный состав стекла имеет более высокий коэффициент светопропускания, что также повышает эффективность световозвращения СМШ.

Предложенный вариант стекла для изготовления СМШ варят в газовой или электрической стекловаренной печи по общепринятой в стеклоделии технологии с последующим гранулированием расплава стекла. Охлаждение стекломассы, содержащей 54,0-70,0 мас.% SiO₂, 17,0-30,0 мас.% CaO, 7,0-16,0 мас.% Na₂O и/или K₂O, 0-5,0 мас.% MgO, 0-5,0 мас.% Al₂O₃ и не более 0,1 мас.% Fe₂O₃, производят со скоростью предотвращающей образование кристаллической фазы, например, отливкой в воду. Поверхностное натяжение данного стекла составляет при температуре 1300^оС не менее 335 мН/м. Температурный диапазон изменения вязкости данного стекла в интервале от 10⁴ Па*с до 10⁸ Па*с не превышает 216^оС. Показатель преломления стекла составляет более 1,53, предпочтительно не менее 1,539.

Полученный стеклогранулят (стеклобой, эрклез) далее подвергают измельчению и классификации полученных при измельчении порошков стекла на фракции в диапазоне размеров 5-1500 мкм. Затем из полученных порошков стекла формуют стеклянные микрошарики во взвешенном состоянии в восходящем потоке газов при температуре 1100-1500^оС.

Некоторые варианты составов стекол для СМШ приведены в таблице 1.

В последнем столбце таблицы приведен традиционный состав стекла, представляющий собой стеклобой листового стекла, используемый для изготовления СМШ.

Свойства СМШ, изготовленных из перечисленных в таблице 1 составов стекла, приведены в таблице 2.

Проведенные исследования показывают, что применение предложенного решения существенно повышает эффективность световозвращения СМШ.

Предложенное решение относится к стеклянным микрошарикам, которые могут быть использованы для струйной обработки, для противоожоговых кроватей, в качестве наполнителя (при изготовлении полимеров, цементов, бетонов, облицовочных материалов, мастик, шпатлевок, герметиков, синтаксических пен), для изготовления световозвращающих устройств, например, в системах обеспечения безопасности дорожного движения и, в частности, при разметке поверхности дорог. Для производства световозвращающих микрошариков используется стекло, температурный диапазон изменения вязкости которого в интервале от 10⁴ Па*с до 10⁸ Па*с не превышает 216^оС, а поверхностное натяжение составляет не менее 335 мН/м. Технический результат предложенного решения заключается в повышении качества СМШ за счет увеличения содержания частиц сферической формы и эффективности световозвращения СМШ. 3 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Стеклянный микрошарик, отличающийся тем, что поверхностное натяжение стекла, из которого выполнен микрошарик, при температуре 1300°С составляет не менее 335 мН/м, а температурный диапазон изменения вязкости стекла, из которого выполнен микрошарик, в интервале от 10⁴ Па*с до 10⁸ Па*с не превышает 216°С.

2. Стеклянный микрошарик по п. 1, отличающийся тем, что коэффициент световозвращения стекла составляет не менее 415 мКд.

3. Стеклянный микрошарик по п. 1, отличающийся тем, что показатель преломления стекла составляет не менее 1,53.

4. Стеклянный микрошарик по п. 1, отличающийся тем, что коэффициент светопропускания стекла составляет не менее 85%.