ПЛАЗМЕННЫЙ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СТРОНЦИЕВОГО 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 1600ºС 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].

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ синтеза фторсодержащего стронциевого алюмосиликатного стекла в корундовых тиглях с выдержкой 2 часа при температурах 1500-1600ºС. [Каримова К.Х., Савинков В.И., Сигаев В.Н. Особенности синтеза стекол, используемых в качестве наполнителей в стеклоиономерных цементах для стоматологии //Успехи в химии и химической технологии. Т. 33. 2019. № 4.].

Недостатком данного способа является использование в составе шихты каолина, оксида фосфора и фторида алюминия, что способствует интенсивному испарению компонентов шихты, в частности – фтора и приводит к непостоянству свойств конечного продукта и его высокая стоимость.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в ускорении процесса получения конечного продукта.

Технический результат достигается тем, что плазменный способ получения стронциевого алюмосиликатного стекла включает подготовку шликера, заливку шликера в корундовый тигель, сушку шликера с образованием шихты, варку и стекла плазменной струей, и выработку, причем предварительно проводят раздельный мокрый помол кварцевого стекла, глинозема и карбоната стронция до размера частиц 5-7 мкм, их последующее усреднение, заливку шликера в корундовый тигель с последующим обезвоживанием путем сушки с образованием шихты.

Предложенный способ отличатся от прототипа тем, что предварительно проводят раздельный мокрый помол кварцевого стекла, глинозема и карбоната стронция до размера частиц 5-7 мкм, их последующее усреднение, с образованием шликера, заливку шликера в корундовый тигель с последующим обезвоживанием путем сушки с образованием шихты, варку плазменной струей и выработку.

Раздельный мокрый помол исходных компонентов с последующим усреднением смеси, ее заливки в корундовый тигель с последующим обезвоживанием, позволяет увеличить выход готового продукта по сравнению с варкой стекла из порошковой шихты более чем в три раза, а также ускорить процесс стекловарения в 10 раз за счет использования плазменной струи.

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 механоактивированной, плотной, тонкодисперсной шихты с размером частиц 5-7 мкм после раздельного помола позволяет ускорить процессы силикатообразования и плавления стронциевого алюмосиликатного стекла.

Использование тонкодисперсного 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.

Использование в качестве теплоносителя плазменной струи позволяет ускорить процесс стекловарения в 10 раз.

Сопоставительный анализ известного и предлагаемого способов представлен в таблице 1.

Таблица 1

Сопоставительный анализ известного и предлагаемого способов

Известный способ
Каримова К.Х., Савинков В.И., Сигаев В.Н. Особенности синтеза стекол, используемых в качестве наполнителей в стеклоиономерных цементах для стоматологии// Успехи в химии и химической технологии. Т. 33. 2019. № 4. Предлагаемый способ Подготовка порошковой шихты путем усреднения компонентов

Укладка шихты в корундовый тигель
Плавление в электрической печи

Выработка

Контроль качества Раздельный мокрый помол компонентов шихты

Усреднение компонентов шихты с образованием шликера

Заливка шликера в тигель c последующим обезвоживанием путем сушки с образованием шихты

Плавление плазменной струей шихты

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 из примера Шихта (агрегатное состояние) Порошок шихты Высушенный монолит шихты с остаточной влажностью 3% Раздельный мокрый помол и механоактивация компонентов шихты, мкм – 5-7 Материал тигля Корундовый тигель Корундовый тигель Температура варки, ºС 1500-1600 2000 Время варки, ч 2 0,1 Показатель преломления 1,525 1,499-1,504 Плотность, г/см³ 2,90 2,44- 2,51 ТКЛР, 10^-7 град^-1 53 34,2-36,4 Tg, ºС 620 С 614-632 С Содержание фтора 6,4-8,4 -

Пример

В качестве исходных материалов использовали кварцевое стекло марки ПСК-95, глинозем марки ГК-1 и стронций углекислый по ГОСТ 2821-75.

Химический состав исходных материалов представлен в таблице 3.

Проводили мокрый помол кварцевого стекла в шаровой мельнице МШ-50 с постадийной догрузкой материала, а течение 10 часов. После помола и стабилизации плотность суспензии составляла 1,88 г/см² с относительной влажностью 14,5%. Производили мокрый помол глинозема в шаровой мельнице МШ-50 с постадийной догрузкой материала в течении 6 часов. После помола и стабилизации плотность суспензии составляла 2,29 г/см² с относительной влажностью 24,0%. Суспензию на основе углекислого стронция получали методом суспензирования с использованием пропеллерной мешалки ES-8300. Смешивание суспензий производили путем гравитационного перемешивания в смесительном барабане в течение 30 минут. Были приготовлены составы сырьевых смесей 1,2 и 3 (таблица № 4).

После смешивания суспензий сырьевая смесь имела плотность 1,85 г/см2 и влажность 25 %. Смесь заливали в корундовый тигель объемом 150 мл. Тигель помещали в сушильный шкаф и обезвоживали при температуре 105ᵒС. Тигель с монолитом высушенной шихты массой 150 г с остаточной влажностью 3% поступал на варку плазменной струей. Механоактивация в результате мокрого раздельного помола позволяет активировать компоненты, снизить энергию активации образования алюмосиликатов стронция, сместить лимитирующую стадию силикатообразования из диффузионной стадии в кинетическую, ускорить процесс образования и накопления силикатного расплава.

Таблица 3

Химический состав исходных материалов

Материал Содержание окислов, масс. доли, % SiO₂ SrO Al₂O₃ Fe₂O₃ CaO MgO Na₂O K₂O ппп Кварцевое стекло 99,60 - 0,20 0,02 0,10 0,06 0,01 0,01 - Глинозем ГК-1 0,05 - 98,29 0,04 - - 0,40 - 1,22 Стронций углекислый 0,03 68,52 - 0,01 - 0,02 0,22 - 31,20

Варку стекол осуществляли плазменной струей с температурой 8500ᵒС плазменной горелки ГН-5р электродугового плазмотрона УПУ -3М в течении 10 минут. Расстояние от среза плазменной горелки до поверхности шихты в тигле составляло 65мм. Температура разогрева расплава, которую контролировали оптическим пирометром ПРОМИНЬ-2, составляла 2000ᵒС. Химический состав стекол определяли рентгенофлуоресцентным методом на спектрометре APL 9900. Параметры излучения спектрометра были следующие: кобальтовый анод и К- излучение, напряжение – 60 кВт

Таблица 4

Составы сырьевых смесей для варки стронциевого алюмосиликатного стекла (составы № 1, 2, 3)

№ состава Кварцевое стекло, % Глинозем, % Карбонат стронция, % 1 67 16 17 2 72 13 15 3 69 14 17

Химический состав стекол представлен в таблице 5.

Таблица 5

Химический состав экспериментальных составов № 1,2 3

Состав Содержание окислов, масс. доли, % SiO₂ SrO Al₂O₃ Fe2O3 CaO MgO Na2O K2O - 1 66,08 10,13 23,16 0,03 0,05 0,02 0,52 0,01 - 2 71,05 8,12 20,09 0,01 0,08 0,05 0,59 0,01 - 3 69,04 9,03 21,25 0,02 0,06 0,03 0,56 0,01 -

Свойства синтезированных стекол представлены в таблице 6.

Таблица 6

Характеристика стронций-алюмосиликатных стекол

Номер состава Показатель преломления ТКЛР, ·10^-7°С^-1 1 1,504 36,4 2 1,501 34,2 3 1,499 35,5

Изобретение относится к области химической промышленности и может быть использовано в медицине, в частности в стоматологии. Технический результат предлагаемого изобретения заключается в получении конечного продукта со стабильными свойствами. Плазменный способ получения стронциевого алюмосиликатного стекла включает подготовку шихты, укладку шихты в корундовый тигель, варку и выработку стекла, причем предварительно проводят раздельный мокрый помол кварцевого стекла, глинозема и карбоната стронция до размера частиц 5-7 мкм, их последующее усреднение, заливку смеси в корундовый тигель с последующим обезвоживанием, варку плазменной струей и выработку. 1 пр., 6 табл.

Способ получения стронциевого алюмосиликатного стекла, включающий подготовку и укладку шихты в корундовый тигель, варку и выработку стекла, отличающийся тем, что предварительно проводят раздельный мокрый помол кварцевого стекла, глинозема и карбоната стронция до размера частиц 5-7 мкм, их последующее усреднение, заливку смеси в корундовый тигель с последующим обезвоживанием, варку плазменной струей и выработку.