СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СТРОНЦИЙ-АЛЮМОСИЛИКАТНОГО СТЕКЛА Российский патент 2023 года по МПК C03C1/02 C03C3/85 A61K6/77 

Изобретение относится к области химической промышленности и может быть использовано в медицине, в частности в стоматологии.

Известен способ получения стеклокерамики, включающий синтез стронций-алюмосиликатной матрицы при 1600°С с содержанием SrO 20,0-32,0 мас. %.

Недостатком данного способа является длительность технологического процесса за счет использования в шихте в качестве исходного материала кварцевого песка и приготовление конечного продукта путем измельчения в планетарной мельнице со скоростью вращения 43 об/мин в течение 4 ч до дисперсности 4-8 мкм [Патент RU 2534229, МПК C03C 10/06. Композит на основе алюмосиликатной стеклокерамики и способ его получения (варианты) / Орлова Л.А., Чайникова А.С., Винокуров Е. Г., Попович Н.В. № 2013107111/03, заявл. 19.02.2013, опубл. 27.11.2014. Бюл. № 33. 10 с.].

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ синтеза фторсодержащего стронциевоалюмосиликатного стекла в корундовых тиглях с выдержкой 1-2 часа при температурах 1500-1600°С. Недостатком данного способа является использование в составе шихты каолина, оксида фосфора и фторида алюминия, что способствует интенсивному испарению компонентов шихты, в частности - фтора и непостоянству свойств конечного продукта [Особенности синтеза стекол, используемых в качестве наполнителей в стекломерных цементах для стоматологии. Каримова К.Х., Савинков В.И., Сигаев В.Н. Успехи в химии и химической технологии. Т. 33. 2019. № 4.].

Целью предлагаемого способа является: 1. Увеличение выхода конечного продукта после варки за счет снижения испаряемости компонентов шихты, в частности, легколетучего фтора, что не позволяет получить конечный продукт со стабильными свойствами; 2. Обеспечение стабильности свойств конечного продукта; 3. Ускорение процесса стекловарения.

Поставленная цель достигается тем, что предварительно производят мокрый раздельный помол кварцевого стекла, глинозема и карбоната стронция с последующим усреднением, заливку шликера в корундовый тигель; сушкой шликера в тигле; плавлением стронциевоалюмосиликатного стекла при температуре 1600°С с выдержкой при максимально температуре 0,5 часа.

Раздельный мокрый помол с последующим усреднением шликера с последующей сушкой шликера в тигле позволяет увеличить выход готового продукта по сравнению с варкой стекла из порошковой шихты более чем в три раза.

В предлагаемом способе в качестве сырьевых компонентов не используется фторид алюминия и оксиды фосфора, что существенно снижает улетучивание шихты в процессе варки, обеспечивает стабильный химический состав и свойства конечного продукта.

Использование тонкодисперсных сырьевых материалов в тигле (~7 мкм) позволяет ускорить процессы силикатообразования и плавления стронций-алюмосиликатного стекла.

Использование кварцевого стекла позволит ускорить процесс образования и накопления силикатного расплава. Устранение в исходной шихте в предлагаемом способе по сравнению с прототипом летучих компонентов, позволяет получить конечный продукт с необходимыми эксплуатационными показателями. Так, показатель преломления синтезированного стронциевоалюмосиликатного стекла составляет n=1,531-1,538. Как известно, одним из основных требований, предъявляемых к стеклам, используемым в качестве наполнителей в стоматологии, является показатель преломления равный 1,53-1,54.

Сопоставительный анализ известного и предлагаемого способов представлен в таблице 1.

Таблица 1 Сопоставительный анализ известного и предлагаемого способов Известный способ Предлагаемый способ Подготовка шихты путем усреднения порошков

Укладка в корундовый тигель
Плавление в электрической печи

Выработка

Контроль качества Раздельный мокрый помол компонентов
Усреднение компонентов

Заливка шликера в корундовый тигель

Сушка

Плавление в электрической печи

Выработка

Контроль качества

Показатели качества конечного продукта в предлагаемом и известном способах представлены в таблице 2.

Таблица 2 Показатели качества конечного продукта в предлагаемом и известном способах Показатели качества Известный способ Предлагаемый способ 1 2 3 Состав стекла, % SiO₂ - 27-29
Al₂O₃ - 23-25
SrO - 23-25
P₂O₅ - 11-13
AlF₃ - 12-15 Составы 1 , 2, 3
(таблица 5) Шихта (агрегатное состояние) Порошок шихты Шликер Температура сушки шихты, °С - 105 Материал тигля Корундовый тигель Корундовый тигель Температура варки, °С 1500-1600 1600 Время варки, ч 1-2 0,5 Показатель преломления 1,525 1,531-1,538 Плотность, г/см³ 2,90 2,48 ТКЛР, 10^-7 град^-1 53 33,5-35,4 Tg, °С 620 625 Микротвердость, кГ/мм² 560-610 680

В качестве исходных материалов использовали кварцевое стекло, глинозем марки ГК-1 и стронций углекислый.

Химический состав исходных материалов представлен в таблице 3.

Таблица 3 Химический состав исходных материалов Материал Содержание окислов, масс. доли, % SiO₂ SrO Al₂O₃ Fe₂O₃ CaO MgO Na₂O K₂O ппп Кварцевое стекло 99,60 - 0,2 0,02 0,10 0,06 0,01 0,01 - Глинозем ГК-1 0,05 - 98,29 0,04 - - 0,40 - 1,20 Стронций углекислый 0,03 68,52 - 0,01 - 0,02 0,11 - 31,20

Производили раздельный помол кварцевого стекла, глинозема и углекислого стронция в шаровой мельнице. Кварцевое стекло марки ПСК-95 и глинозем марки ГК-1 мололи раздельно в шаровой мельнице периодического действия марки МШ-50. Кварцевое стекло мололи в течение 10 часов, а глинозем в течение 6 часов. Суспензию на основе карбоната стронция готовили путем суспензирования с использованием пропеллерной мешалки марки ES-8300. Технологические свойства суспензий представлены в таблице 4.

Таблица 4 Технологические свойства суспензий Исходный материал суспензий Плотность, г/см³ Относительная влажность, % Время истечения, сек Содержание частиц более 63 мкм, % Кварцевое стекло 1,88 14,5 93 1,9 Глинозем 2,29 24,0 324 - Углекислый стронций 1,56 50,0 12 -

Из суспензий были приготовлены составы сырьевых смесей 1, 2 и 3 (таблица 5).

Таблица 5 Составы сырьевых смесей для варки стронций-алюмосиликатного стекла № состава Кварцевое стекло, % Глинозем, % Карбонат стронция, % 1 66 17 17 2 70 15 15 3 68 15 17

Сырьевые смеси после отвешивания усредняли, заливали в корундовые тигли объемом 100 см³ и сушили в сушильном шкафу при 105°С в течении 0,5 часа.

Тигли с шихтой помещали в печь с хромитлантановыми нагревателями. Варку стекол осуществляли при 1600°С с выдержкой при максимальной температуре 0,5 часа.

Химический состав стекол представлен в таблице 6.

Таблица 6 Химический состав экспериментальных составов и импортного стекла Состав Содержание окислов, масс. доли, % SiO₂ SrO Al₂O₃ Fe₂O₃ CaO MgO Na₂O K₂O 1 69,91 11,66 18,17 0,01 0,03 0,11 0,10 0,01 - 2 73,86 10,30 15,54 0,03 0,04 0,09 0,13 0,01 - 3 72,87 11,06 15,78 0,03 0,03 0,09 0,14 - -

Свойства синтезированных стекол представлены в таблице 7.

Таблица 7 Характеристик стронций-алюмосиликатных стекол Номер состава Плотность, кг/м³ Показатель преломления ТКЛР, ·10^-7°С^-1 Модуль нормальной упругости, Н/м² Модуль сдвига, Н/м² Диэлектрическая проницаемость 1 2515 1,531 35,4 7820 3342 5,71 2 2480 1,538 35,2 7701 3283 5,42 3 2445 1,533 33,5 7656 3258 5,21

Изобретение относится к области химической промышленности, в частности к производству стекла, которое может быть использовано в качестве наполнителей стеклоиономерных цементов в стоматологии. Способ получения стронций-алюмосиликатных стекол включает подготовку шихты, укладку шихты в корундовые тигли, варку и выработку стекла. Предварительно производят раздельный мокрый помол кварцевого стекла в течение 10 часов, глинозема в течение 6 часов и карбоната стронция в течение 15 минут и последующее смешивание и усреднение суспензий кварцевого стекла, глинозема и карбоната стронция, заливку в корундовый тигель, сушку шихты в тигле при 105°С в течении 0,5 часа и варку при 1600°С с выдержкой при максимальной температуре 0,5 часа. Изобретение направлено на увеличение выхода конечного продукта после варки за счет снижения испаряемости компонентов шихты. 7 табл.

Способ получения стронций-алюмосиликатного стекла, используемого в качестве наполнителя в стоматологии, включающий подготовку шихты, укладку шихты в корундовые тигли, варку и выработку стекла, отличающийся тем, что предварительно производят раздельный мокрый помол кварцевого стекла в течение 10 часов, глинозема в течение 6 часов и карбоната стронция в течение 15 минут и последующее смешивание и усреднение суспензий кварцевого стекла, глинозема и карбоната стронция, заливку шликера в корундовый тигель, сушку шликера в тигле при 105°С в течении 0,5 часа и варку при 1600°С с выдержкой при максимальной температуре 0,5 часа.