使用五水硼砂的節(jié)能型鈉鈣硅酸鹽玻璃組合物的制作方法
【專利說明】
[0001] 以下的說明書具體描述了本發(fā)明和本發(fā)明的實施方式：
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及一種使用五水硼砂的節(jié)能型鈉鈣硅酸鹽玻璃組合物。具體而言，本發(fā) 明涉及一種在生產(chǎn)上述不同工業(yè)玻璃時通過使用低成本的五水硼砂（Na 2B407 ? 5H20 ;47~ 48重量％ B203, 21~22重量％ Na20以及30~31重量％ H20)作為原料來引入氧化硼，同 時通過引入來源于五水硼砂的Na20來代替使用蘇打灰作為Na 20源。此鈉鈣硅酸鹽玻璃通 過用五水硼砂代替25~100重量％的蘇打灰原料來制造。另外，CaO組分也被五水硼砂的 Na 20所代替。此舉使得玻璃基質(zhì)中通過代替Si(V#量而同時引入B 203。對發(fā)明的玻璃的 特性表征是通過對其不同的性質(zhì)例如熱膨脹系數(shù)（CTE)、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（T g)、玻璃變形溫 度（Td)、折射率、透射光譜以及機械性能等進行評價而完成的。以最佳量（28. 5~30. 3重 量％ B203)加入五水硼砂對鈉鈣硅酸鹽玻璃的玻璃熔融溫度的影響也通過粘度測量和加熱 階段的微觀研究來進行評價，發(fā)現(xiàn)玻璃熔融溫度降低了 150~200°C。該玻璃熔融溫度的降 低實質(zhì)上節(jié)約了能量和降低了生產(chǎn)成本。其排除了蘇打灰和石灰石的使用，因而降低了二 氧化碳（C0 2)的排放從而減輕了全球變暖；所以對環(huán)境無害。而且，其給玻璃工業(yè)帶來了巨 大的利益，同時開辟了五水硼砂的新應用。觀察到向本發(fā)明的硅酸鹽玻璃中引入氧化硼降 低了其熱膨脹系數(shù)，提高了其折射率和硬度。所以，玻璃被評價的性質(zhì)顯示出本發(fā)明的玻璃 適用于生產(chǎn)改進了品質(zhì)的容器玻璃、浮法玻璃和用于眼科用鏡片坯的玻璃。
[0003] 發(fā)明背景
[0004] 本發(fā)明涉及一種改進的鈉鈣硅酸鹽浮法玻璃和容器玻璃組合物，該組合物能夠在 熔融和成形階段產(chǎn)生經(jīng)濟優(yōu)勢，且具有優(yōu)異的性質(zhì)例如機械、熱和物理性能。為了達到平板 /容器玻璃產(chǎn)品的生產(chǎn)和之后的加工中所必需的一系列性質(zhì)，商業(yè)上生產(chǎn)的浮法和容器玻 璃的組成被標準化在一個窄的范圍內(nèi)。改變一種或多種成分來變換組成以調(diào)節(jié)一種性能通 常對至少一種或多種其它性能具有相反的影響?？紤]到使熔融溫度最低、表面耐磨性、表面 耐候性、對耐火材料的低腐蝕性、回火性以及最重要的生產(chǎn)成本，用于生產(chǎn)平板和容器玻璃 的玻璃組合物被標準化。已經(jīng)確定的是，降低玻璃中的二氧化硅量和或增加堿含量能夠降 低玻璃的熔融溫度和減少用于熔融的能耗，但是這樣做會降低玻璃產(chǎn)品的表面耐久性。玻 璃耐久性的損失可以通過調(diào)整其它組分來補償，但會導致加工范圍的縮小，例如玻璃能夠 不失透而成形的溫度范圍的縮小。因此，對于平板玻璃的制造者、特別是浮法玻璃的生產(chǎn)者 而言，為了達到熔融優(yōu)勢、節(jié)能、維護和/或改進的性質(zhì)而改變組成是不切實際的。玻璃工 業(yè)中有許多使用不同生產(chǎn)工藝的領(lǐng)域（sector)。
[0005] 市售的鈉鈣硅酸鹽玻璃的用途隨著房地產(chǎn)的增長而迅猛增加，因為這些玻璃勢必 會提升商業(yè)/住宅建筑物的美觀。除了美觀，這些玻璃還被用于保護建筑物不受自然災害 和陽光等的侵害，以控制室內(nèi)的氛圍。這些玻璃通常用于平板玻璃（汽車和建筑）、玻璃容 器（食品、飲料、香水和藥物）和許多其它玻璃工業(yè)中。
[0006] 平板玻璃領(lǐng)域（通常也稱為浮法玻璃領(lǐng)域，基于在制造平板玻璃中的生產(chǎn)工藝的 名稱）的年產(chǎn)量大約為500萬噸玻璃，其中住宅和商業(yè)建筑以及汽車工業(yè)占到了市場的 80%。平板玻璃工業(yè)主要為汽車（層壓和強化玻璃）和建筑（窗戶和門）市場生產(chǎn)玻璃。 這兩個領(lǐng)域分別占到平板玻璃總出貨量的60%和30%。其余的則是用于例如鏡子、太陽能 板、標識和光學玻璃等領(lǐng)域。
[0007] 容器玻璃領(lǐng)域是玻璃工業(yè)中最大的生產(chǎn)者。容器玻璃工業(yè)的需求預計將以每年 2. 2%的速率擴張。玻璃容器工業(yè)表現(xiàn)為一個非常穩(wěn)健的市場。飲料瓶占該工業(yè)的最大份 額，其中啤酒瓶是領(lǐng)頭羊，葡萄酒瓶和非酒精飲料瓶緊隨其后。食品容器市場也占有很大的 份額，其它領(lǐng)域包括盥洗用品、化妝品和實驗室玻璃器皿。著色玻璃在該工業(yè)中十分突出， 有用于啤酒的琥珀色（深棕色）容器和用于葡萄酒的多種綠色容器。透明玻璃、無色玻璃 (flint glass)則用于食品和飲品。
[0008] 其它玻璃工業(yè)包括照明設(shè)備；用于視屏、電視機和太陽能電池板的技術(shù)玻璃；絕 緣玻璃（纖維）；泡沫玻璃；和許多其它"特種"玻璃。
[0009] 玻璃工業(yè)是一個不斷增長的市場，其中最新技術(shù)被持續(xù)改進以確保精密制品的生 產(chǎn)能夠更快速和更廉價。另外，新的技術(shù)特種玻璃和功能性玻璃正不斷地引入市場，例如防 彈玻璃、多層層壓玻璃和自潔玻璃。通過浮法工藝生產(chǎn)且具有大約510°C的應變點的鈉鈣硅 酸鹽玻璃也被用作等離子體顯示器的基材（美國專利第5780373號和第5858987號）。
[0010] 由于建筑、汽車和消費性包裝品工業(yè)對于其玻璃產(chǎn)品有新的技術(shù)和功能性要求， 對高質(zhì)量鈉鈣硅酸鹽玻璃的需求會持續(xù)增長一一現(xiàn)在和可預見的未來。
[0011] 因此，全世界的研究人員都在致力于開發(fā)更低成本的改進了性質(zhì)的基于鈉鈣硅酸 鹽的商業(yè)玻璃。
[0012] 目前為了生產(chǎn)鈉鈣硅酸鹽玻璃，使用蘇打灰、石灰石和二氧化硅。本發(fā)明涉及利用 低成本的五水硼砂原料代替市售可得的鈉鈣硅酸鹽玻璃中的蘇打灰和石灰石（Na 20和CaO) 以生產(chǎn)改進了性質(zhì)的玻璃，即改進的熱、機械、耐久性以及最重要的降低熔融溫度從而達到 生產(chǎn)節(jié)能。
[0013] 美國專利第5071796號（James V ? Jones和S ? M ? Ohlberg)披露了具有改進 的熔融和回火性質(zhì)的平板玻璃組合物。這些玻璃具有比標準的市售鈉鈣硅酸鹽玻璃更低 的熔融溫度，并且是通過用二氧化硅部分代替高熔點的氧化鋁而達到的。然而，該發(fā)明的 不足之處在于沒有提及最重要的例如對光學領(lǐng)域中的應用尤其是對窗玻璃而言所必需的 光學性質(zhì)。他們開發(fā)的玻璃的熱膨脹系數(shù)（CTE)比標準浮法玻璃（8. 62X 10 6/°C)要高 (10. 44X 10 6/°C )。這將最終削弱玻璃的耐熱沖擊性。
[0014] 可以參考美國專利第346768號（Ernst Winter等人），其中報道了含有釩的鈉鈣 硅酸鹽玻璃的開發(fā)，其呈現(xiàn)出對小于350nm的波長的高UV吸收，這種玻璃可用于制造玻璃 容器，例如運輸和儲藏牛奶、酸奶、含有維生素的果汁等的UV敏感性食品的瓶子。據(jù)稱這種 玻璃可以通過節(jié)省成本的方式生產(chǎn)，但是對如何達到該節(jié)省成本的細節(jié)并沒有詳細闡明。 然而，該發(fā)明的主要缺陷在于其沒有將其他的必需性質(zhì)例如熱、機械、光透性等與標準的市 售可得的鈉鈣硅酸鹽玻璃進行比較。
[0015] 還可以參考美國專利第5362689號（Shigeki Morimoto等人），其涉及一種適用于 建筑物和汽車車窗的、在可見光透射率和紅外線以及紫外線吸收上取得良好平衡的玻璃的 發(fā)明，其包含一種改進的鈉鈣硅酸鹽玻璃組合物，該組合物引入用量相對較少且受嚴格規(guī) 定的氧化鐵、氧化鈰和氧化鈦，同時還有很少量的氧化鎂。據(jù)稱該發(fā)明的玻璃具有高楊氏模 量、柏松比和熱膨脹系數(shù)。然而，關(guān)于這些性質(zhì)的具體數(shù)據(jù)并未報道，而且報道的光學透射 率為大約70 %，考慮到用于窗戶的應用，該光學透射率是低的。該玻璃的較高熱膨脹系數(shù)也 會導致較差的耐熱沖擊性能。
[0016] 美國專利第5364820號（Shigeki Morimoto等人）中披露了一種中性灰色紅外和 紫外輻射吸收玻璃的發(fā)明，其通過引入有限量的氧化鐵、&02和痕量的C〇0和Se來調(diào)整鈉 鈣硅酸鹽玻璃的組成，以調(diào)節(jié)玻璃的顏色和光學特性。該專利雖然報道了光學性質(zhì)和回火 能力，但是未提及其它的必需性質(zhì)，例如物理、熱性能、熔融溫度、機械性質(zhì)、耐久性等。
[0017] 還可以參考美國專利第5478783號（P ? L ? Higby和B ? E ? Penrod)，其中報道了 通過引入氧化鈷、氧化鐵、氧化鎳和Ti02來調(diào)整基于納-鈣-硅的組合物，以得到用于汽車 車窗的紅外線和紫外線吸收玻璃。該專利雖然報道了光學透射性，但是對該發(fā)明的玻璃的 其他必需性質(zhì)未作討論。
[0018] 還可以參考美國專利第5558942號（M.Itoh和T.Kijima)，其中報道了通過引入 V 205和Fe 203來調(diào)整基于納-鈣-硅的組合物，以開發(fā)出用于建筑物和汽車的能吸收紫外線 的著色玻璃。該發(fā)明只評價了光透射和紫外線透射性，但是對其它必需的物理、熱、機械性 質(zhì)、耐久性等未作討論。該專利也沒有提到組成的改變對熔融溫度的影響。
[0019] 美國專利第6063718號（N.E.Khilati等人）披露了納-鈣-硅玻璃組合物及 其應用。他們發(fā)明了適用于生產(chǎn)玻璃帶的玻璃組合物，可以從該玻璃帶上裁切出窗格。據(jù) 稱這些玻璃是耐火的；因此，其可用于制造耐火的窗玻璃或者可以用作制造等離子體屏、電 致