способ повышения химической стойкости и механической прочности стекла

Формула изобретения

1. Способ повышения химической стойкости и механической прочности стекла путем нанесения водорастворимого кислотного покрытия на поверхность стекла, отличающийся тем, что покрытие формируют из полифосфорных и метафосфорных кислот, модифицированных ионами аммония.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что покрытие наносят из водного раствора, содержащего 1 - 3% пентаоксида фосфора и 0,1 - 0,8% гидроксида аммония.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к стекольной промышленности и может быть использовано на заводах, производящих листовое стекло.

Известно, что листовое силикатное стекло в процессе хранения и транспортировки способно к выщелачиванию. Химическая и коррозионная стойкость стекла к выщелачиванию, механическая прочность во многом определяются состоянием его поверхности.

Свежеотформованная поверхность обладает повышенной реакционной способностью. В процессе хранения и транспортировки происходит воздействие на поверхность стекла паров воды, капиллярной влаги, углекислого газа воздуха, приводящее к коррозии стекла (в отдельных случаях с полной потерей прозрачности) и снижению его механической прочности за счет возникновения микротрещин. Абразивные частицы, например мельчайшие осколки стекла, образующиеся при резке, также вызывают нарушение поверхности и способствуют образованию точечных дефектов, в том числе пятен коррозии.

Для защиты стекла от выщелачивания и повышения его химической стойкости и механической прочности предлагают различные способы, основанные в основном на повышении химической стойкости поверхности стекла, нейтрализации реакционных реагентов с помощью прокладочных материалов, порошков и т.д., а также защите поверхности стекла с помощью покрытий.

Известны способы защиты поверхности стекла от выщелачивания и действия абразивных частиц путем нанесения на горячую поверхность стекла растворов органических полимеров, например, акриловой смолы, полимера окиси этилена, меламин-формальдегидной смолы [1].

Однако органические полимерные покрытия не могут быть нанесены на поверхность стекла при температурах выше 200 - 250^oC, так как в этих условиях происходит термодеструкция полимеров, что приводит к потере прозрачности покрытия, либо покрытие становится несъемным.

Известен также способ защиты поверхности стекла от действия атмосферной влаги и абразивных частиц [2] путем формирования порошкообразного слоя аморфных или кристаллических слабых кислот, в частности, борной, винной, лимонной, бензойной.

Однако такие покрытия слабо влияют на механическую прочность и в основном увеличивают химическую стойкость поверхности.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ [3] , в котором на горячую поверхность стекла наносят 1 - 50%-ный водный раствор глюконовой кислоты и высушивают покрытие.

Однако данный способ позволяет наносить покрытия только при температурах ниже температуры разложения органического соединения, т.е. ниже 105^oC.

В предлагаемом изобретении повышение химической стойкости и механической прочности стекла достигают путем формирования на поверхности стекла защитного покрытия полифосфорных и ультрафосфорных кислот, модифицированных ионами аммония из водного раствора, содержащего 1 - 3% пентаоксида фосфора и 0,1 - 0,8% гидрооксида аммония, наносимого на горячую поверхность стекла.

Полифосфорные и ультрафосфорные кислоты и их аммонийные соли представляют собой полимеры с цепочечной, сетчатой или разветвленной структурой, оптически прозрачные при температурах выше 100^oC сиропообразные жидкости, образующие при охлаждении аморфные, плохо растворимые в воде вещества. Они, находясь на поверхности стекла, образуют покрытие, которое эффективно защищает стекло от воздействия реакционных агентов, абразивных частиц и, кроме того, обеспечивает повышение химической стойкости поверхности стекла за счет ее обесщелачивания при протекании ионообменных процессов

H⁺ покрытие + Na⁺ стекло

Na⁺ покрытие + Н⁺ стекло

NH⁺₄ покрытие + Na⁺ стекло

NH⁺₄ стекло + Na⁺ покрытие.

Наибольший эффект от модифицирования достигается при формировании покрытия из водного раствора, содержащего 1 - 3% пентаоксида фосфора и 0,1 - 0,8% гидроксида аммония при расходе раствора не менее 20 см³/м² поверхности стекла.

Теперь рассмотрим использование предлагаемого изобретения на примерах.

Ленту термически полированного стекла обрабатывали водным раствором, содержащим пентаоксид фосфора и гидрооксид аммония. Концентрацию раствора варьировали следующим образом, %:

Пентаоксид фосфора - 0,5 - 5,0

Гидрооксид аммония - 0,05 - 1,3

Вода - До 100.

Обработку ленты стекла осуществляли во всем температурном интервале печи отжига при расходе раствора не менее 20 см³/м² поверхности. В процессе обработки на поверхности стекла образуется защитное полимерное покрытие полифосфорных и ультрафосфорных кислот, модифицированных аммонием.

Из ленты стекла с защитным покрытием вырезали образцы стекла размером 100 100 мм, которые хранили в стопированном виде в течение двух месяцев, затем проводили испытания образцов на механическую прочность и химстойкость. Перед испытаниями образцы промывали дистиллированной водой. Испытания на прочность проводили методом центрального симметричного изгиба с помощью разрывной машины МР-05-1А. Измерения проводили с погрешностью, не превышающей 1%. Размеры образцов, диаметр нагружающего пуансона и центрирующего корпуса определяли толщиной стекла в соответствии со стандартными инструкциями. Данные приводятся как средние значения по результатам испытаний 25 образцов. Параллельно проводили испытания образцов стекла, полученных из той же ленты стекла без нанесения защитных покрытий и защищенных согласно известным способам. Все типы образцов перед испытаниями хранили и подготавливали к измерениям в идентичных условиях. Химстойкость поверхности стекла исследовали по известным методикам: влагостойкость - методом пластин; коррозионную устойчивость - в климатической камере Г-4.

Результаты испытаний приведены в табл. 1 - 3. Они показывают, что предлагаемое покрытие обеспечивает существенное увеличение эффективности защиты поверхности стекла от выщелачивания и действия абразивных частиц, что проявляется в значительном увеличении средней механической прочности стекла и повышении его водостойкости и коррозионной устойчивости.

Положительный эффект от реализации изобретения достигается при обработке ленты стекла во всем температурном интервале печи отжига, при расходе раствора, образующего покрытие не ниже 20 см³ на квадратный метр поверхности стекла. Оптимальное содержание пентаоксида фосфора и гидроксида аммония в растворе соответственно 1 - 3 и 0,1 - 0,8%.

В зависимости от температуры нанесения предлагаемого покрытия можно получить покрытия с различным содержанием кристаллической фазы. По данным рентгеновского фазового анализа (установка ДРОН-2) обработка при 250^oC дает полностью аморфное покрытие, а при 560^oC - содержание кристаллической фазы в покрытии достигает 20%. При хранении в покрытии протекают процессы кристаллизации, увеличивающие вклад кристаллической фазы в состав покрытия. Основным кристаллизующимся компонентом является ортофосфаты аммония.

Разработанный способ защиты поверхности силикатного стекла в отличии от известных позволяет проводить обработку нижней поверхности термически полированного стекла сразу после выхода ленты стекла из ванны расплава олова. Термостойкое и преимущественно аморфное покрытие защищает нижнюю поверхность ленты стекла от абразивных воздействий со стороны валков печи отжига.