CN101348332A - 一种玻璃强化催化剂及玻璃强化的方法 - Google Patents
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Abstract
一种玻璃强化催化剂，其中，该催化剂包括氢氧化钾、组分A和组分B；所述组分A为磷酸钾、焦磷酸钾、硅酸钾、高锰酸钾、硫酸钾、铬酸钾和锑酸钾中的一种或几种，所述组分B为氧化铝和/或硅藻土。本发明提供的玻璃强化催化剂不但能够大幅度的提高玻璃的抗弯曲性能，玻璃的抗冲击能力也显著的提高。
Description
技术领域
本发明是关于一种玻璃强化催化剂及玻璃强化的方法。
背景技术
玻璃易破裂，通常采用化学强化的方法强化玻璃。化学强化的方法是用钾离子替换玻璃中的钠离子，由于钾离子的半径大于钠离子，替换后玻璃的压应力增加，因而增加了玻璃的强度。
例如，CN1795149A公开了一种强化玻璃的方法和设备，该方法包括由熔融玻璃形成玻璃制品，该玻璃制品具有退火点温度；然后将形成的玻璃制品浸入至熔融盐浴中，该盐浴包含钾离子，其中，在该浸渍步骤期间该玻璃制品的表面温度至少是该玻璃的退火点温度；并且将玻璃制品的温度维持在该玻璃的应变点温度以下约150℃至少约5分钟。该方法提高了玻璃的强度，但是强化后的玻璃的抗弯曲能力较低，因此影响了强化玻璃的应用。
目前在进行玻璃强化时，通常还加入氧化铝或硅藻土作为催化剂以进一步提高强化后玻璃的强度，但是强化后玻璃的抗弯曲性能仍然较低。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有催化剂强化的玻璃的抗弯曲性能较低的缺点，提供一种能够使强化的玻璃具有较高抗弯曲性能的玻璃强化催化剂。
本发明提供了一种玻璃强化催化剂，其中，该催化剂包括氢氧化钾、组分A和组分B；所述组分A为磷酸钾、焦磷酸钾、硅酸钾、高锰酸钾、硫酸钾、铬酸钾和锑酸钾中的一种或几种，所述组分B为氧化铝和/或硅藻土。
本发明还提供了一种玻璃强化方法，该方法包括将玻璃进行预热，然后将预热后的玻璃浸入至熔融的盐浴中进行强化，所述预热的条件包括预热温度为300-400℃，预热时间为5-20分钟，所述强化的条件包括强化温度为350-450℃，强化时间为15-35小时，其中，所述盐浴中含有钾盐和本发明提供的催化剂。
本发明的发明人意外地发现氢氧化钾、组分A和组分B结合使用能够大幅度的提高玻璃的抗弯曲性能，同时玻璃的抗冲击能力也具有显著的提高。例如，使用本发明实施例1-4得到的玻璃强化催化剂S1-S4进行强化而得到的强化玻璃A1-A4的与使用对比例1-2得到的参比玻璃强化催化剂CS1-CS2进行强化而得到的参比强化玻璃CA1-CA2相比，抗弯曲性能达到300牛顿以上，说明使用本发明提供的玻璃强化催化剂的强化玻璃的抗弯曲性能大幅度的提高；并且抗冲击能力达到30厘米以上，说明本发明提供的玻璃强化催化剂在提高玻璃的抗弯曲性能的同时，还显著提高了玻璃的抗冲击能力。
具体实施方式
本发明提供了一种玻璃强化催化剂，该催化剂包括氢氧化钾、组分A和组分B，所述组分A为磷酸钾、焦磷酸钾、硅酸钾、高锰酸钾、硫酸钾、铬酸钾和锑酸钾中的一种或几种，所述组分B为氧化铝和/或硅藻土。
根据本发明，所述催化剂中氢氧化钾、组分A和组分B的含量可以在很大范围内改变，优选情况下，以催化剂的总重量为基准，氢氧化钾的含量为5-10重量％，组分A的含量为10-50重量％，组分B的含量为40-85重量％；进一步优选为，以催化剂的总重量为基准，氢氧化钾的含量为5-10重量％，组分A的含量为10-25重量％，组分B的含量为65-85重量％。
本发明人意外地发现氢氧化钾中的氢氧根离子能够使玻璃中的硅-氧键断裂，使钾离子与钠离子的替换更加彻底，能够大幅度的提高玻璃表面的应压力，从而提高玻璃的抗冲击能力。
所述组分A为磷酸钾、焦磷酸钾、硅酸钾、高锰酸钾、硫酸钾、铬酸钾和锑酸钾中的一种或几种，组分A中的大分子阴离子能够吸引钾离子，并且易吸附于玻璃表面，因此，增加了玻璃表面的钾离子的浓度，使钾离子与钠离子的替换更加彻底，从而提高玻璃的抗冲击能力，同时组分A中的大分子阴离子能够进入玻璃表面的微小缝隙中，从而提高了玻璃的抗弯曲性能，优选情况下，所述组分A为磷酸钾和/或焦磷酸钾。
所述组分B为氧化铝和/或硅藻土，组分B能够与替换出的钠离子形成难熔物，从而消除替换出的钠离子杂质，提高钾离子的纯度，使钾离子于钠离子的替换更加彻底，能够大幅度的提高玻璃表面的应压力，从而提高玻璃的抗冲击能力。
根据本发明，含有氢氧化钾、组分A和组分B的催化剂可以通过将氢氧化钾、组分A和组分B混合得到，混合的条件没有特别的限制，只要混合均匀即可。在混合的过程中，氢氧化钾、组分A和组分B的含量可以在很大范围内改变，优选情况下，以催化剂的总重量为基准，氢氧化钾的含量为5-10重量％，组分A的含量为10-50重量％，组分B的含量为40-85重量％；进一步优选为，以催化剂的总重量为基准，氢氧化钾的含量为5-10重量％，组分A的含量为10-25重量％，组分B的含量为65-85重量％。
所述组分A为磷酸钾、焦磷酸钾、硅酸钾、高锰酸钾、硫酸钾、铬酸钾和锑酸钾中的一种或几种；优选情况下，所述组分A为磷酸钾和/或焦磷酸钾。
所述组分B为氧化铝和/或硅藻土。
本发明提供一种玻璃强化方法，该方法中预热条件和强化条件可以为各种常规低温强化的条件，在常规低温强化的条件中，预热温度和强化温度均低于玻璃的应变温度和退火温度，优选情况下，可以将玻璃预热至300-400℃，然后将预热后的玻璃浸入至熔融的盐浴中进行强化，该盐浴中含有钾盐，强化的条件包括温度为350-450℃，强化的时间为15-35小时，其中，所述盐浴中还含有本发明提供的催化剂。所述钾盐为本领域技术人员所公知，例如，所述钾盐为硝酸钾、氯化钾和硫酸钾中的一种或几种。
根据本发明，所述盐浴中含有的钾盐和催化剂的含量可以在很大范围内改变，优选情况下，以盐浴的总重量为基准，所述催化剂的含量为0.5-5重量％，所述钾盐的含量为95-99.5重量％；进一步优选为，以盐浴的总重量为基准，所述催化剂的含量为0.5-2重量％，所述钾盐的含量为98-99.5重量％。
下面的实施例将对本发明做进一步的说明。
实施例1
本实施例用于说明本发明提供的玻璃强化催化剂。
将5重量份的氢氧化钾、10重量份的磷酸钾、40重量份的氧化铝和45重量份的硅藻土(广东光华化学试剂厂有限公司，分析纯)混合得到玻璃强化催化剂S1。
实施例2
本实施例用于说明本发明提供的玻璃强化催化剂。
将5重量份的氢氧化钾、25重量份的硅酸钾、35重量份的氧化铝和35重量份的硅藻土(广东光华化学试剂厂有限公司，分析纯)混合得到玻璃强化催化剂S2。
实施例3
本实施例用于说明本发明提供的玻璃强化催化剂。
将10重量份的氢氧化钾、15重量份的磷酸钾、10重量份的锑酸钾和65重量份的硅藻土(广东光华化学试剂厂有限公司，分析纯)混合得到玻璃强化催化剂S3。
实施例4
本实施例用于说明本发明提供的玻璃强化催化剂。
将5重量份的氢氧化钾、20重量份的焦磷酸钾和75重量份的氧化铝混合得到玻璃强化催化剂S4。
对比例1
使用氧化铝作为参比玻璃强化催化剂CS1。
对比例2
使用硅藻土作为参比玻璃强化催化剂CS2。
实施例5-8
分别将经过抛光的长38.6毫米、宽30.84毫米和高0.75毫米的钠钙玻璃(日本板硝子公司，莱宝1.1)清洗、烘干；然后将清洗、烘干后的钠钙玻璃放入烘箱内预热至400℃，并维持15分钟；将预热后的钠钙玻璃浸入到分别含有2重量份玻璃强化催化剂S1-S4的盐浴中，该盐浴由98重量份的的硝酸钾组成，强化的温度为420℃，强化的时间为24小时，然后将强化后的钠钙玻璃取出，冷却至室温，用去离子水清洗并干燥，得到强化玻璃A1-A4。
对比例3-4
分别将经过抛光的长38.6毫米、宽30.84毫米和高0.75毫米的钠钙玻璃(日本板硝子公司，莱宝1.1)清洗、烘干；然后将清洗、烘干后的钠钙玻璃放入烘箱内预热至400℃，并维持15分钟；将预热后的钠钙玻璃浸入到分别含有2重量份参比玻璃强化催化剂CS1-CS2的盐浴中，该盐浴由80重量份的的硝酸钾和18重量份的氯化钾组成，强化的温度为420℃，强化的时间为24小时，然后将强化后的钠钙玻璃取出，冷却至室温，用去离子水清洗并干燥，得到参比强化玻璃CA1-CA2。
实施例9-12
对实施例5-8得到的强化玻璃A1-A4按照以下方法进行抗冲击能力测试和抗弯曲性能测试：
抗冲击能力测试
将强化玻璃放在测试台上，强化玻璃四周边缘3毫米宽度由硬木质台扳支撑，中间悬空，将直径为3厘米、重量为135克的钢球从距玻璃10厘米高度处自由下落，以后依次上升5厘米测试一次，记录玻璃破碎时钢球冲击的高度，结果如表1所示。
抗弯曲性能测试
将强化玻璃放在测试台上，强化玻璃的两端由木质台板支撑，中间悬空，将直径为5毫米的压头以10毫米/秒的速度压下，记录玻璃破碎时压头的最大压力，结果如表1所示。
对比例5-7
将对比例3-4得到的参比强化玻璃CA1-CA2，按照实施例9-12所述的方法进行抗冲击能力测试和抗弯曲性能测试，结果如表1所示。
表1
| 实施例编号 | 实施例9 | 实施例10 | 实施例11 | 实施例12 | 对比例5 | 对比例7 |
| 强化玻璃编号 | A1 | A2 | A3 | A4 | CA1 | CA2 |
| 抗冲击能力(厘米) | 40 | 30 | 35 | 35 | 25 | 20 |
| 抗弯曲性能(牛顿) | 312.5 | 301.1 | 314.6 | 324.3 | 188.7 | 143.7 |
从上表1可以看出，使用本发明实施例1-4得到的玻璃强化催化剂S1-S4进行强化而得到的强化玻璃A1-A4的与使用对比例1-2得到的参比玻璃强化催化剂CS1-CS2进行强化而得到的参比强化玻璃CA1-CA2相比，抗弯曲性能达到300牛顿以上，说明使用本发明提供的玻璃强化催化剂的强化玻璃的抗弯曲性能大幅度的提高；并且抗冲击能力达到30厘米以上，说明本发明提供的玻璃强化催化剂在提高玻璃的抗弯曲性能的同时，还显著提高了玻璃的抗冲击能力。
Claims (7)
1、一种玻璃强化催化剂，其特征在于，该催化剂包括氢氧化钾、组分A和组分B；所述组分A为磷酸钾、焦磷酸钾、硅酸钾、高锰酸钾、硫酸钾、铬酸钾和锑酸钾中的一种或几种，所述组分B为氧化铝和/或硅藻土。
2、根据权利要求1所述的催化剂，其中，以催化剂的总重量为基准，氢氧化钾的含量为5-10重量％，组分A的含量为10-50重量％，组分B的含量为40-85重量％。
3、根据权利要求2所述的催化剂，其中，以催化剂的总重量为基准，氢氧化钾的含量为5-10重量％，组分A的含量为10-25重量％，组分B的含量为65-85重量％。
4.根据权利要求1所述的催化剂，其中，所述组分A为磷酸钾和/或焦磷酸钾。
5、一种玻璃强化方法，该方法包括将玻璃进行预热，然后将预热后的玻璃浸入至熔融的盐浴中进行强化，所述预热的条件包括预热温度为300-400℃，预热时间为5-20分钟，所述强化的条件包括强化温度为350-450℃，强化时间为15-35小时，其中，所述盐浴中含有钾盐和权利要求1所述的催化剂。
6、根据权利要求5所述的强化方法，其中，所述钾盐选自硝酸钾、氯化钾和硫酸钾中的一种或几种。
7、根据权利要求5或6所述的强化方法，其中，以盐浴的总重量为基准，所述催化剂的含量为0.5-5重量％；所述钾盐的含量为95-99.5重量％。
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