CN103708723A - 一种用于提高无铅高折射晶质玻璃透明度和折射率的复合脱色剂 - Google Patents

一种用于提高无铅高折射晶质玻璃透明度和折射率的复合脱色剂 Download PDF

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彭志钢
杜晓鸥
田培静
郑伟宏
李诗文
潘清涛
程金树
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Abstract

本发明涉及一种用于提高无铅高折射晶质玻璃透明度和折射率的复合脱色剂，其含有占配合料总重量百分比的如下组分：Sb2O3:0～0.35%，XNO3：0～4.5%，Er2O3：0.010～0.25%，Nd2O3：0.015～0.5%，其中X为Na和/或K。本发明的复合脱色剂能够有效消除玻璃中的铁钛着色，使TiO2掺入量达到15%以上仍能显示很好的“白度”及透明度，因此可以大幅度提高无铅晶质玻璃的折射率，使无铅晶质玻璃最终取代铅晶质玻璃，消除铅晶质玻璃的生产对环境的污染。

Description

一种用于提高无铅高折射晶质玻璃透明度和折射率的复合脱色剂
技术领域
本发明涉及一种用于提高无铅高折射晶质玻璃透明度和折射率的复合脱色剂，属于环保型高折射晶质玻璃技术领域。
背景技术
折射率和透明度是晶质玻璃最重要的光学性能之一，高的折射率和极佳的透明度能够给玻璃带来极其炫目的折光效果，因此折射率、透明度的最大化以及二者的平衡是晶质玻璃生产者以及消费者最大的追求。
根据国际上关于晶质玻璃的两大标准[EEC（欧洲经济共同体）规定的晶质玻璃标准以及英国在1983年在EEC标准的基础上对晶质玻璃进行的补充规定]可以总结出：铅晶质玻璃折射率应不小于1.545，无铅或低铅晶质玻璃折射率应不小于1.52。多年来市场的竞争使实际生产的晶质玻璃性能高于此标准，但是对比来看，中铅晶质玻璃在保持较高的透明度的情况下一般能够达到折射率不小于1.6的性能，而无铅晶质玻璃的折射率只能保持在1.54~1.56范围内。
究其原因主要有：具有较高折射率能够取代铅的元素主要有钡、锌、锆、钛等，但是钡水晶由于氧化钡含量过高对耐火材料侵蚀严重、易出现二次气泡，且透明度、白度及折光性均较铅水晶玻璃逊色。锌水晶虽然侵蚀作用有所改善但折射率却有所降低。ZrO2熔制困难性限制了锆水晶玻璃的生产。除此之外，TiO2的折射率高于PbO，相比之下易于熔融且腐蚀性较小，是替代PbO的最理想的材料，它的不足是易使玻璃着色，对水晶玻璃的透明性和白度不利，因此目前掺入量很少。
中国专利CN1143834C公开了一种提高浮法玻璃和平板玻璃透光率和“白度”的复合脱色剂及其应用方法，获得了透光率和颜色较佳的平板玻璃。但是从该专利的技术效果看，在加入脱色剂后，玻璃的折射率由1.51892提高为1.51901，对折射率的改善并不理想。
本发明将解决不同领域中玻璃的脱色问题，其成分中Nd2O3作为物理脱色剂存在双色效应，本发明添加的Er2O3能够有效消除双色效应，同时配以硝酸盐的应用，使玻璃的脱色效果极佳。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够消除玻璃种的铁钛着色，大幅度提升TiO2的掺入量，并仍能使玻璃显示良好的白度及透明度，并且还可以进一步提高玻璃的折射率的复合脱色剂。
本发明所采用的技术方案如下：
本发明的复合脱色剂含有占配合料总重量百分比的如下组分：
Sb2O3:0～0.35%，
XNO3：0～4.5%，
Er2O3：0.010～0.25%，
Nd2O3：0.015～0.5%，
其中X为Na和/或K。
本发明的复合脱色剂中X为Na或K，XNO3占配合料总重量的百分比为0～3.5%。
本发明的复合脱色剂还包括下述占配合料总重量百分比的组分：CoO：0～0.0002%。
本发明的复合脱色剂含有占配合料总重量百分比的如下组分：
Sb2O3: 0.15～0.25%，
NaNO3：3.0～4.0%，
Er2O3：0.015～0.2%，
Nd2O3：0.03～0.3%，
CoO：0.0001～0.0002%。
本发明的复合脱色剂含有占配合料总重量百分比的如下组分：
Sb2O3: 0.2%，
NaNO3：3.5%，
Er2O3：0.015～0.2%，
Nd2O3：0.03～0.3%，
CoO：0.0001～0.0002%。
本发明的复合脱色剂所述复合脱色剂占配合料总重的0～6% 。
本发明的复合脱色剂适用的玻璃基础料中Ti含量不低于15%，Fe含量不高于0.025%。
本发明所述的配合料是指复合脱色剂与玻璃基础料的混合料。
本发明所述的X为Na和K，表示NaNO3和KNO3的混合物。
本发明的有益效果为：
本发明的复合脱色剂能够有效消除玻璃中的铁钛着色，使TiO2掺入量达到15%以上仍能显示很好的“白度”及透明度，因此可以大幅度提高无铅晶质玻璃的折射率，使无铅晶质玻璃最终取代铅晶质玻璃，消除铅晶质玻璃的生产对环境的污染。本发明引入的稀土元素具有较大的极化率，对提高折射率也有比较明显的作用，这在市场产品及其他专利中均未曾涉及。
具体实施方式
在硅酸盐玻璃中，Fe2+显示蓝绿色，Fe3+显示黄色、黄绿色，TiO2在玻璃中呈现价态变化，Ti3+在玻璃中会呈现黄棕色，Ti4+无色，本发明采用化学脱色剂提供过氧化气氛使玻璃中的Ti离子以四价存在。色彩知识中，黄绿色补色为紫色，黄色补色为蓝色。本发明利用氧化反应使铁的着色能力降低的同时根据色彩知识对杂色进行补充从而达到脱色的效果。
本发明的复合脱色剂中NaNO3和/或 KNO3主要起氧化剂的作用，属于化学脱色剂。Fe2+的着色是Fe3+着色能力的十倍，硝酸盐的加入可以使Fe2+氧化为Fe3+，使蓝绿色消失，在不加物理脱色剂的情况下也能使黄色减淡。Sb2O3能在低温下与硝酸盐分解出的氧气反应，又能在高温下分解出氧气，保持高温下玻璃液的氧化气氛，硝酸盐与Sb2O3共用效果更佳，具有协同增效的作用。
本发明的复合脱色剂中CoO、Er2O3和Nd2O3是物理脱色剂，在玻璃中能够形成一定的颜色抵消掉化学脱色残余的杂色。钴常以Co3+状态存在，在硅酸盐玻璃多以四配位出现，吸收带在620nm附近，颜色偏蓝，能与加入的钛产生的黄色中和。Nd2O3和Er2O3为两种稀土氧化物，光谱特性和着色十分稳定，受玻璃成分和熔制工艺影响较小，因此脱色更加稳定。Nd2O3和Er2O3的另一作用是提高玻璃的透过率和折射率,使玻璃清彻明亮。Nd2O3通常以Nd3+状态存在于玻璃中，显示紫红色，能与黄色、黄绿色中和，Nd2O3是显示紫红色的氧化物中脱色效果最理想且脱色最稳定的物质，具有双色效应。Er2O3显示粉红色，它的加入消除双色效应，使脱色更彻底，获得晶莹透亮的无铅高折射晶质玻璃。
本发明使用过渡金属元素（Sb、Co）与稀土元素(Nd、Er)相结合的方式，既能使玻璃获得较好的透明度及折射率，又能使成本相应的降低。
实施例1
选取复合脱色剂组分（配合料总量的重量百分比）：
Sb2O3: 0.2%，NaNO3：3.5%，Er2O3：0.015%，Nd2O3：0.04%，将上述组分混合成为复合脱色剂。
选取基础玻璃组分：
SiO2：54.05%、Al2O3 ：0.55%、TiO2：12.9、CaO：1.30%、BaO：14.7 %、K2O：3.5%、Na2O：9.5%。
将上述基础玻璃准确配料称量、充分混合并均匀分成两份，一份直接熔融（试样1），另一份与脱色剂混合均匀再进行熔融（试样2），均制成4mm厚的试样。
试样1：折射率：1.620，透过率：89.55%；试样2：折射率：1.631透过率:91.06%。
实施例2
选取复合脱色剂组分（配合料总量的重量百分比）：
Sb2O3: 0.2%，NaNO3： 3.5%，CoO： 0.0001%，Er2O3： 0.02%，Nd2O3：0.06%，将上述组分混合成为复合脱色剂。
选取基础玻璃组分：
SiO2：50.05%、Al2O3 ：0.55%、TiO2：16.9、CaO：1.30%、BaO：14.7 %、K2O：3.5%、Na2O：9.5%。
将上述基础玻璃准确配料称量、充分混合并均匀分成两份，一份直接熔融（试样1），另一份与脱色剂混合均匀在进行熔融（试样2），均制成4mm厚的试样。
试样1：折射率：1.643透过率:88.21%；试样2：折射率：1.652透过率88.83%。
实施例3
选取复合脱色剂组分（配合料总量的重量百分比）：
Sb2O3: 0.2%，NaNO3： 3.5%，CoO： 0.0001%，Er2O3： 0.05%，Nd2O3：0.1%，将上述组分混合成为复合脱色剂。
选取基础玻璃组分：
SiO2：36.05%、Al2O3 ：0.55%、TiO2：25.9、CaO：1.30%、BaO：19.7 %、K2O：3.5%、Na2O：9.5%。
将上述基础玻璃准确配料称量、充分混合并均匀分成两份，一份直接熔融（试样1），另一份与脱色剂混合均匀在进行熔融（试样2），均制成4mm厚的试样。
试样1：折射率：1.743透过率:87.46%；试样2：折射率：1.752透过率88.05%。
实施例4
选取复合脱色剂组分（配合料总量的重量百分比）：
Sb2O3: 0.2%，NaNO3： 3.5%，CoO： 0.0002%，Er2O3： 0.10%，Nd2O3：0.2%，将上述组分混合成为复合脱色剂。
选取基础玻璃组分：
SiO2：21.05%、Al2O3 ：0.55%、TiO2：35.9、CaO：1.30%、BaO：24.7 %、K2O：3.5%、Na2O：9.5%。
将上述基础玻璃准确配料称量、充分混合并均匀分成两份，一份直接熔融（试样1），另一份与脱色剂混合均匀在进行熔融（试样2），均制成4mm厚的试样。
试样1：折射率：1.883透过率:85.58%；试样2：折射率：1.890透过率86.83%。
实施例5~8
各实施例选取的复合脱色剂组分（配合料总量的重量百分比）如表1所示。
选取基础玻璃组分（与实施例4的基础玻璃组分相同）：
SiO2：21.05%、Al2O3 ：0.55%、TiO2：35.9、CaO：1.30%、BaO：24.7 %、K2O：3.5%、Na2O：9.5%。
将上述基础玻璃准确配料称量、充分混合后与脱色剂混合均匀再进行熔融，均制成4mm厚的试样。所得的玻璃的折射率、透光率及白度检测如表2所示。对照为实施例4所制得的试样1。
表1 实施例5~  8的复合脱色剂组分
                                                 
Figure 2013107015681100002DEST_PATH_IMAGE001
表2实施例5~8的检测指标
Figure 2013107015681100002DEST_PATH_IMAGE002
通过上述实施例，加入本发明所述的复合脱色剂，可以进一步提高所制得的无铅玻璃的折射率和透明度，使玻璃具有较高的品质。

Claims (7)

1.一种用于提高无铅高折射晶质玻璃透明度和折射率的复合脱色剂，其特征在于其含有占配合料总重量百分比的如下组分：
Sb2O3:0～0.35%，
XNO3：0～4.5%，
Er2O3：0.010～0.25%，
Nd2O3：0.015～0.5%，
其中X为Na和/或K。
2.根据权利要求1所述的一种用于提高无铅高折射晶质玻璃透明度和折射率的复合脱色剂，其特征在于X为Na或K，XNO3占配合料总重量的百分比为0～3.5%。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于提高无铅高折射晶质玻璃透明度和折射率的复合脱色剂，其特征在于其还包括下述占配合料总重量百分比的组分：CoO：0～0.0002%。
4.根据权利要求3所述的一种用于提高无铅高折射晶质玻璃透明度和折射率的复合脱色剂，其特征在于其含有占配合料总重量百分比的如下组分：
Sb2O3: 0.15～0.25%，
NaNO3：3.0～4.0%，
Er2O3：0.015～0.2%，
Nd2O3：0.03～0.3%，
CoO：0.0001～0.0002%。
5.根据权利要求4所述的一种用于提高无铅高折射晶质玻璃透明度和折射率的复合脱色剂，其特征在于其含有占配合料总重量百分比的如下组分：
Sb2O3: 0.2%，
NaNO3：3.5%，
Er2O3：0.015～0.2%，
Nd2O3：0.03～0.3%，
CoO：0.0001～0.0002%。
6.根据权利要求1或2所述的一种用于提高无铅高折射晶质玻璃透明度和折射率的复合脱色剂，其特征在于所述复合脱色剂占配合料总重的0～6% 。
7.根据权利要求1或2所述的一种用于提高无铅高折射晶质玻璃透明度和折射率的复合脱色剂，其特征在于其适用的玻璃基础料中Ti含量不低于15%，Fe含量不高于0.025%。
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