CN108947271A - 一种玻璃化学钢化用催化剂及其使用方法 - Google Patents

Abstract

一种玻璃化学钢化用催化剂及其使用方法，属于玻璃的化学钢化领域，按照重量比，所述催化剂由1‑4份的碳酸钾、1‑2份的纳米二氧化硅、1‑2份的纳米氧化铝、0.2‑2份的锡酸钠、0.1‑1份的碲酸钠和1‑2份的氢氧化钾组成。本发明的催化剂能够加速钢化过程中玻璃中钠离子和熔盐中钾离子间的交换，持续清除杂质离子，净化澄清熔盐，弥补微裂纹，能够在不降低超薄电子玻璃性能的基础上显著缩短化学钢化时间，显著延长硝酸钾的使用时间，降低综合生产成本，提高经济效益。

Description

一种玻璃化学钢化用催化剂及其使用方法

技术领域

本发明涉及到玻璃钢化领域的化学钢化，具体的说是一种玻璃化学钢化用催化剂及其使用方法。

背景技术

超薄电子玻璃表面存在微裂纹，容易引起应力集中而导致玻璃容易破裂，严重影响超薄电子玻璃表面的抗张强度。目前的解决方案是将其浸入硝酸钾熔盐中一段时间，增加玻璃的机械强度和热稳定性，也就是玻璃的化学钢化。

玻璃的化学钢化原理是将超薄电子玻璃浸入硝酸钾熔盐中时间从十几个小时到几十个小时不等，玻璃中的钠离子和熔盐中的钾离子进行交换，由于钾离子的半径大于钠离子的半径，钾离子替代钠离子使玻璃表面挤塞膨胀，产生应力，使超薄玻璃表面强度增强。

而钠钙硅玻璃在熔盐中进行钠钾离子交换过程中，钠离子被交换的同时，玻璃中钙镁铁铝等成分也被交换和游离出来进入熔盐中，对熔盐造成污染，造成硝酸钾熔盐的纯度降低，连续使用时间受限，成本升高。

发明内容

本发明为解决现有化学钢化玻璃时存在的硝酸钾熔盐因为杂质离子交换和游离导致的纯度低、连续使用时间短、成本高的问题，本发明提供了一种玻璃化学钢化用催化剂及其使用方法，在化学钢化玻璃时，将本发明的催化剂加入到浴盐中，能够显著提高钢化的速度、提高钢化质量，延长熔盐的使用时间，从而降低了钢化加工的生产成本。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种玻璃化学钢化用催化剂，按照重量比，所述催化剂由1-4份的碳酸钾、1-2份的纳米二氧化硅、1-2份的纳米氧化铝、0.2-2份的锡酸钠、0.1-1份的碲酸钠和1-2份的氢氧化钾组成。

本发明中，所述锡酸钠含量优选为0.2-1份。

本发明中，所述碲酸钠的含量优选为0.1-0.5份。

本发明中，所述碳酸钾、锡酸钠、碲酸钠和氢氧化钾的粒度为100-200目。

本发明中催化剂的制备方法为，将各组分用粉碎机粉碎后，粒度控制在100-200目，而后按照比例加入到混合机内充分混合均匀，即制得催化剂产品，将其包装好以备生产中使用。

上述玻璃化学钢化用催化剂的使用方法，包括以下步骤：

1）将经过预加工的浮法玻璃进行清洗、干燥，并将其预热到350-450℃；

2）按照所述的比例称取各组分，充分混合均匀后制成催化剂加入到钢化处理槽盐浴中，并搅拌均匀，催化剂的用量为钢化处理槽内硝酸钾浴盐质量的0.2-4%；

3）将步骤1）预热完毕的浮法玻璃放入步骤2）的盐浴中，在350-500℃的盐浴温度下反应0.5-5h，而后将盐浴槽内的浮法玻璃提出，并保温20min淋尽浴盐；

4）步骤3）中将淋尽浴盐的浮法玻璃在室温下自然冷却至60-80℃时，进行清洗、干燥从而得到成品。

本发明中，催化剂中各成分的作用机理如下：

1）适量氢氧化钾能够加速离子交换速度，由于氢氧化钾中OH-与硅氧网络反应 ：

=SI-O-SI + OH- = =SI-O + HO-SI=

使硅氧键断裂，有利于钠离子的扩散。同时由于HO-极性较大，使得熔盐中存在的K⁺、OH^-、NO₃ ^-、等容易被玻璃表面吸附，并与玻璃中的Na⁺亲和，加速了表面Na⁺腾出空间向外迁移，有利于熔盐中的K⁺向玻璃种扩散，但过量的氢氧化钾能够腐蚀玻璃表面使玻璃性能下降；

2）适量的碳酸钾可以使熔盐中钢化过程中产生的钙、镁杂质离子通过化学反应形成碳酸盐沉淀物，从而消除杂质离子的不利影响，增加交换效果；

3）适量的锡酸钠能够使熔盐中钢化过程中产生的钙、镁杂质离子形成不溶物沉淀除去，与碳酸钾起协同作用，促进氧化铝、氧化硅吸附除去不溶杂质；

4）适量的碲酸钠做熔盐添加剂可弥补消除玻璃表面微小裂纹，提高玻璃表面强度；

5）纳米氧化铝、纳米氧化硅粒径在10-60纳米之间，比表面积一般大于100m²/g，由于纳米效应使其具有非常大的比表面积和吸附催化活性。在本催化剂中纳米氧化铝、纳米氧化硅首先可以与Na⁺形成难溶化合物除去熔盐中的Na⁺,纳米氧化铝、纳米氧化硅通过吸附钠、钙、镁 、铁等杂质离子与碳酸钾和纳米氧化铝、氧化硅作用形成的沉淀物，净化熔盐，从而延长硝酸钾使用时间。

有益效果：本发明的催化剂能够加速钢化过程中玻璃中钠离子和熔盐中钾离子间的交换，持续清除杂质离子，净化澄清熔盐，弥补微裂纹，能够在不降低超薄电子玻璃性能的基础上显著缩短化学钢化时间，显著延长硝酸钾的使用时间，降低综合生产成本，提高经济效益。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步的阐述。

实施例1

一种玻璃化学钢化用催化剂，按照重量比，所述催化剂由1份的碳酸钾、1份的纳米二氧化硅、1份的纳米氧化铝、0.2份的锡酸钠、0.1份的碲酸钠和1份的氢氧化钾组成。

其制备方法为，将各组分用粉碎机粉碎后，粒度控制在100目，而后按照比例加入到混合机内充分混合均匀，即制得催化剂产品，将其包装好以备生产中使用。

其使用方法包括以下步骤：

1）将经过预加工的浮法玻璃进行清洗、干燥，并将其预热到350℃；

2）将制备好的催化剂加入到钢化处理槽盐浴中，并搅拌均匀，催化剂的用量为钢化处理槽内硝酸钾浴盐质量的0.2%；

3）将步骤1）预热完毕的浮法玻璃放入步骤2）的盐浴中，在500℃的盐浴温度下反应0.5h，而后将盐浴槽内的浮法玻璃提出，并保温20min淋尽浴盐；

4）步骤3）中将淋尽浴盐的浮法玻璃在室温下自然冷却至60℃时，进行清洗、干燥从而得到成品。

实施例2

一种玻璃化学钢化用催化剂，按照重量比，所述催化剂由4份的碳酸钾、2份的纳米二氧化硅、2份的纳米氧化铝、2份的锡酸钠、1份的碲酸钠和2份的氢氧化钾组成。

其制备方法为，将各组分用粉碎机粉碎后，粒度控制在200目，而后按照比例加入到混合机内充分混合均匀，即制得催化剂产品，将其包装好以备生产中使用。

其使用方法包括以下步骤：

1）将经过预加工的浮法玻璃进行清洗、干燥，并将其预热到450℃；

2）将制备好的催化剂加入到钢化处理槽盐浴中，并搅拌均匀，催化剂的用量为钢化处理槽内硝酸钾浴盐质量的4%；

3）将步骤1）预热完毕的浮法玻璃放入步骤2）的盐浴中，在350℃的盐浴温度下反应5h，而后将盐浴槽内的浮法玻璃提出，并保温20min淋尽浴盐；

4）步骤3）中将淋尽浴盐的浮法玻璃在室温下自然冷却至80℃时，进行清洗、干燥从而得到成品。

实施例3

一种玻璃化学钢化用催化剂，按照重量比，所述催化剂由2.5份的碳酸钾、1.5份的纳米二氧化硅、1.5份的纳米氧化铝、1.1份的锡酸钠、0.55份的碲酸钠和1.5份的氢氧化钾组成。

其制备方法为，将各组分用粉碎机粉碎后，粒度控制在150目，而后按照比例加入到混合机内充分混合均匀，即制得催化剂产品，将其包装好以备生产中使用。

其使用方法包括以下步骤：

1）将经过预加工的浮法玻璃进行清洗、干燥，并将其预热到400℃；

2）将制备好的催化剂加入到钢化处理槽盐浴中，并搅拌均匀，催化剂的用量为钢化处理槽内硝酸钾浴盐质量的2.1%；

3）将步骤1）预热完毕的浮法玻璃放入步骤2）的盐浴中，在425℃的盐浴温度下反应3h，而后将盐浴槽内的浮法玻璃提出，并保温20min淋尽浴盐；

4）步骤3）中将淋尽浴盐的浮法玻璃在室温下自然冷却至70℃时，进行清洗、干燥从而得到成品。

为了实验本发明催化剂的实际效果，特做以下对比实验：

对比实验一：硝酸钾浴盐使用时间对比

按照2.5份的碳酸钾、1.5份的纳米二氧化硅、1.5份的纳米氧化铝、1份的锡酸钠、0.5份的碲酸钠和2份的氢氧化钾混合而成形成催化剂；

试验方法：在相同的条件下，对两个盐浴槽，其中一个加入本发明的催化剂，另一个不加催化剂，跟踪监测其硝酸钾浴盐的参数指标，以判定是否需要更换浴盐，实验结果如下表1所示：

将两个盐浴槽内钢化的玻璃分别进行落球实验和抗弯强度实验，以检测两者的性能差异，结果如表2所示：

由表1和表2的实验结果可以看出，在玻璃化学钢化加工中，使用本发明的催化剂不仅能缩短钢化反应时间，而且还能延长硝酸钾的使用时间，显著增强钢化玻璃的抗弯强度，提高抗冲击性能，降低加工成本。

对比实验二：抗弯曲强度检测

实验方法：

1）将40块130*130*0.33mm的玻璃放在玻璃架上，先进行超声波清洗，再放入烘箱进行干燥，然后放入预热炉中进行预热，升温至420℃保温30min；

2）将对比试验一配置的催化剂按照不同的比例加入到多个280*240*300mm的化学钢化盐浴槽中，搅拌均匀，每个盐浴槽内硝酸钾的重量为35kg；

其中，1号盐浴槽中加入0%的催化剂（即不加催化剂），2号盐浴槽中加入0.2%的催化剂，3号盐浴槽中加入2%的催化剂，4号盐浴槽中加入4%的催化剂；在加入催化剂后，恒温4小时，且每30min搅拌一次；

3）将步骤1）中预热好的玻璃分别放入到四个盐浴槽中，在450℃条件下保温2h，即完成钢化操作；

4）将步骤3）中钢化好的玻璃进行淋干、冷却、清洗、干燥得到成品钢化玻璃，分别检测每个盐浴槽中十块玻璃的抗弯曲强度，取平均值作为最终的抗弯曲强度，检测结果分别为：1号盐浴槽308.8mpa，2号盐浴槽475.3mpa，3号盐浴槽506.9mpa，4号盐浴槽495.2mpa；

由结果可知，由于2、3和4号盐浴槽中加入了催化剂，导致其抗弯曲强度明显超过了1号盐浴槽中未加催化剂的玻璃，因此，加入本发明的催化剂，能够增强玻璃的抗弯曲强度。

Claims (5)

1.一种玻璃化学钢化用催化剂，其特征在于：按照重量比，所述催化剂由1-4份的碳酸钾、1-2份的纳米二氧化硅、1-2份的纳米氧化铝、0.2-2份的锡酸钠、0.1-1份的碲酸钠和1-2份的氢氧化钾组成。

2.根据权利要求1所述的一种玻璃化学钢化用催化剂，其特征在于：所述锡酸钠含量为0.2-1份。

3.根据权利要求1所述的一种玻璃化学钢化用催化剂，其特征在于：所述碲酸钠的含量为0.1-0.5份。

4.根据权利要求1所述的一种玻璃化学钢化用催化剂，其特征在于：所述碳酸钾、锡酸钠、碲酸钠和氢氧化钾的粒度为100-200目。

5.根据权利要求1所述的一种玻璃化学钢化用催化剂的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）将经过预加工的浮法玻璃进行清洗、干燥，并将其预热到350-450℃；

2）按照权利要求1所述的比例称取各组分，充分混合均匀后制成催化剂加入到钢化处理槽盐浴中，并搅拌均匀，催化剂的用量为钢化处理槽内硝酸钾浴盐质量的0.2-4%；

3）将步骤1）预热完毕的浮法玻璃放入步骤2）的盐浴中，在350-500℃的盐浴温度下反应0.5-5h，而后将盐浴槽内的浮法玻璃提出，并保温20min淋尽浴盐；

4）步骤3）中将淋尽浴盐的浮法玻璃在室温下自然冷却至60-80℃时，进行清洗、干燥从而得到成品。