ЭРКЛЕЗ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛЫХ СТЕКЛЯННЫХ МИКРОСФЕР
BROKEN COLOUR GLASS FOR PRODUCING HOLLOW GLASS MICROSPHERES

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. %:
SiO<sub>2</sub>
54,56-60,53
Na<sub>2</sub>O
12,30-20,10
K<sub>2</sub>O
0,09-1,07
B<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
3,24-7,01
СаО
5,99-6,56
MgO
1,35-2,79
PbO
11,28-12,53
SO<sub>3</sub>
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. %:
2
SiO - 69,0
2
NaO - 8,0
2
3
BO - 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. %:
SiO<sub>2</sub>
55,00-80,00
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0,00-5,00
Na<sub>2</sub>O+K<sub>2</sub>O+Li<sub>2</sub>O
8,00-18,00
B<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
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. %:
SiO<sub>2</sub>
60,0-90,0
R<sub>2</sub>O(Na<sub>2</sub>O+K<sub>2</sub>O+Li<sub>2</sub>O)
2,0-20,0
B<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
1,0-30,0
RO(ZnO, СаО, MgO, BaO, SrO)
0-25,0
R<sub>2</sub>O<sub>3</sub>(Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, Sb<sub>2</sub>O<sub>3</sub>)
0-10,0
RO<sub>2</sub>(TiO<sub>2</sub>, ZrO<sub>2</sub>, MnO<sub>2</sub>)
0-10,0
R<sub>2</sub>O<sub>5</sub>(P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>, V<sub>2</sub>O<sub>5</sub>)
0-10,0
S
0,005-0,5
F
0-5,0
3
Из стекла, заявленного в прототипе, получают полые микросферы с недостаточно высокой прочностью и высокой плотностью (от 0,4 до 1,0 г/см), 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.
2
2
3
2
2
3
3
3
3
Задача достигается присутствием в составе натриево-кальциевоборосиликатного стекла, содержащего ZnO, ZrO, FeO, TiO, AlO и SO в количестве от 0,5 до 1,5 мас. %, которые в сочетании с малыми добавками CrO и МоО в количестве 0,001-0,4 мас. % понижают поверхностное натяжение и энергию активации вязкого течения расплава, тем самым обеспечивая формование легких прочных полых микросфер.
3
Техническим результатом изобретения является получение полых стеклянных микросфер с повышенной прочностью и истинной плотностью от 0,15 до 0,40 г/см.
2
2
2
3
2
2
3
2
2
3
3
3
3
Технический результат достигается тем, что эрклез для получения полых стеклянных микросфер, включающий SiO, NaO, ВО, СаО, ZnO, ΖrO, FeO, TiO, AlO, SO, дополнительно содержит CrO и MoO при следующем соотношении компонентов, мас. %
SiO<sub>2</sub>
60,00-80,00
Na<sub>2</sub>O
8,00-20,00
B<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
8,00-15,00
СаО
4,00-10,00
ZnO
1,00-3,50
ZrO<sub>2</sub>
0,01-0,30
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0,01-0,50
TiO<sub>2</sub>
0,01-0,40
A1<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0,10-1,00
SO<sub>3</sub>
0,50-1,50
CrO<sub>3</sub>
0,001-0,20
MoO<sub>3</sub>
0,001-0,20
3
причем микросферы, полученные из данного эрклеза, обладают повышенной прочностью на гидростатическое сжатие и истинной плотностью от 0,15 до 0,40 г/см.
2
2
2
3
2
2
3
2
2
3
3
3
3
3
Пример осуществления изобретения. Для получения предлагаемого состава готовят шихту, содержащую (мас. %): SiO-68,00; NaO-13,56; ВO-9,40; СаО-6,30; ZnO-1,40; ZrO-0,05; FeO-0,083; ТiO-0,05; AlO-0,35; SO-0,80; СrO 0,002; MoO 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/см.
Примеры 1, 2 и 3 приведены в таблице.
3
Таким образом, использование изобретения позволяет создать эрклез, обеспечивающий производство легких прочных полых микросфер с истинной плотностью от 0,15 до 0,40 г/см, которые могут быть использованы при создании многослойных конструкционных материалов с низкой плотностью для авиастроения, судостроения и автомобильной промышленности.