DE580295C

DE580295C - Phosphatglaeser

Info

Publication number: DE580295C
Application number: DE1930580295D
Authority: DE
Inventors: Dr Hans Georg Grimm; Dr Paul Huppert
Original assignee: IG Farbenindustrie AG
Current assignee: IG Farbenindustrie AG
Priority date: 1930-09-19
Filing date: 1930-09-19
Publication date: 1933-07-08
Also published as: FR724367A; US1964629A; FR43722E; DE596471C; FR43500E

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
8. JULI 1933

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 32 b GRUPPE

32 b 138.

I. G. Farbenindustrie Akt.-Ges. in Frankfurt a. M.*) Phosphatgläser

Patentiert im Deutschen Reiche vom 20. September 1930 ab

Es wurde gefunden, daß man Gläser mit wertvollen technischen Eigenschaften, z. B. sehr großer Durchlässigkeit für ultraviolettes Licht, erhält, wenn man in Silicatglasansätzen beliebiger Zusammensetzung die Kieselsäure ganz oder teilweise durch Aluminiumorthophosphat in der Weise ersetzt, daß auf je 2 Siliciumatome je 1 Aluminium- und ι Phosphoratom kommen.

Die Herstellung der Gläser erfolgt ganz analog der der gewöhnlichen Gläser; im Glassatz wird lediglich die erforderliche Menge SiO₂ ganz oder zum Teil durch die halbmolekulare Menge Al P O₄ ersetzt, indem man

z. B. das Aluminiumphosphat direkt mit den anderen Gemengebestandteilen mischt. Vorteilhaft kann man statt dessen auch Aluminiumoxyd und die anderen festen Gemengebestandteile in eine Phosphorsäurelösung bekannter Konzentration eintragen, das Gemisch entwässern und dann in das Schmelzgefäß einführen.

Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens besteht darin, daß man anstatt Aluminiumoxyd und Phosphorsäure solche Verbindungen des Aluminiums und Phosphors in den Satz einführt, die beim Erhitzen Aluminiuniorthophosphat und außer diesem keine unerwünschten Reaktionsprodukte bil-

LJm eine gute Durchlässigkeit für ultraviolettes Licht zu erzielen, ist es naturgemäß notwendig, solche Ausgangsstoffe zu verwenden', die frei von Ultraviolett absorbierenden Stoffen, wie Fe₂ O₃ oder Ti O₂, sind.

Es sind bereits Gläser bekannt, in denen Kieselsäure durch Aluminiumphosphat ersetzt ist. Während aber bei diesen Gläsern der P₂O₅-Gehalt stets so groß gewählt ist, daß er mindestens zur Bildung von Aluminiumpyrophosphat, meistens sogar von Metaphosphat ausreicht, handelt es sich bei dem vorliegenden Erfindungsgegenstand um Gläser, bei denen die Kieselsäure ganz oder teilweise speziell durch Aluminiumorthophosphat im Verhältnis von 2 Mol Si O₂ : 1 Mol Al P O₄ ersetzt ist. Die beanspruchten Gläser besitzen gegenüber den bekannten Phosphatgläsern den Vorzug, daß sie vollkommen klar sind und dabei eine ausgezeichnete Wasserbeständigkeit besitzen. Ihre Durchlässigkeit für ultraviolettes Licht ist bei Abwesenheit von Ultraviolett absorbierenden Stoffen, wie Fe₂O₃, TiO₂, PbO, CeO₂, sehr groß und übertrifft bei weitem diejenige aller bisher bekannten SiIicatgläser. Diese Eigenschaft wird auch durch Bestrahlung der Gläser nicht verändert.

Beispiel 1

Eine Mischung aus 21,4 Gewichtsteilen Kaliumcarbonat, 7,8 Gewichtsteilen Kalium-

*) Von dem Patentsweher sind als die Erfinder angegeben worden:

Dr. Hans Georg Grimm in Heidelberg und Dr. Paul Huppert in Mannheim.

nitrat, 19,5 Gewichtsteilen Calciumcarbonat und 29,6 Gevvichtsteilen Aluminiumoxyd wird in eine wäßrige Phosphorsäurelösung eingetragen, die 57,0 Gewichtsteile Orthophosphorsäure gelöst enthält; das Gemisch wird entwässert und dann in ein Schmelzgefäß eingetragen. Durch Schmelzen bei 1500 bis 1550⁰ erhält man ein gut läuterndes, farbloses Glas von dar molaren Zusammensetzung ι K₂O · ι CaO · 3 AlPO₄, das im Sinne des Erfindungsgedankens einem Kieselsäureglas von der molaren Zusammensetzung ι Κ₂0· ι CaO · 6 SiO₂ entspricht. Als besondere wertvolle Eigenschaft besitzt das neue Glas ausgezeichnete Durchlässigkeit im Ultravioletten, während seine Wasserangreifbarkeit von derselben Größenordnung ist wie bei normalem Fensterglas, im Gegensatz zu den bisher bekannten Phosphatgläsern. Zur Erzielung besonders guter Durchlässigkeit im Ultravioletten empfiehlt es sich, möglichst eisenfreie Schmelzgefäße zu verwenden.

₂, B e i s ρ i e 1 2

Ein Satz aus 40,0 Gewiehtsteilen Kaliumcarbonat, 14,6 Gewiehtsteilen Kaliumnitrat, 27,6 Gewiehtsteilen Aluminiumoxyd und 53,0 Gewiehtsteilen Orthophosphorsäure wird in der in Beispiel 1 beschriebenen Weise vorbehandelt und bei 1450 bis 1500⁰ geschmolzen. Man erhält ein farbloses, klares Glas von der molaren Zusammensetzung 2K₂O-3 AlPO₄, dias im Sinne des Erfindungsgedankens einem Wasserglas von der Zusammensetzung 1K₂O-3 SiO₂ entspricht. Im Gegensatz zu den Kieselsäurewassergläsern wird das neue Glas von Wasser niehl mehr angegriffen als normales, Fensterglas; ferner ist es ebenso wie das in Beispiel 1 beschriebene Glas durch vorzügliche Durchlässigkeit für das ultraviolette Licht ausgezeichnet.

Beispiel 3

Eine Mischung aus 40,44 Gewiehtsteilen Kaliumnitrat, 40,04 Gewiehtsteilen Calciumcarbonat, 60,98 Gewiehtsteilen Aluminiumoxyd und 117,67 Gewiehtsteilen Phosphorsäure (H₃PO₄) wird bei 1500 bis 1550⁰ in einem möglichst eisenfreien Tiegel geschmolzen. Man erhält ein farbloses Glas von ausgezeichneter Ultraviolettdurchlässigkeit und folgender Zusammensetzung in glasbildenden Oxyden:

Molekülprozent Gewichtsprozent

Das Glas entspricht einem Kieselsäureglas von folgender molarer Zusammensetzung:

K₂O ...	11,1	10,0
CaO ....	-2.2,2.	12,0
Al₂O₃ ...	33.3	32,5
PoO, ....	33.3	45.5

K,0	Molekülprozent 6,7 13.3 80,0.
CaO	i el 4
Si O₂
B e i sp

64,7 Gewichtsteile Kaliumnitrat, 8,02 Gewichtsteile Calciumcarbonat und 60,98 Gewichtsteile Aluminiumoxyd werden mit einer wäßrigen Phosphorsäurelösung, die 117,67 Gewichtsteile Phosphorsäure (H₃PO₄) enthält, vermischt, worauf das Ganze entwässert und bei etwa 1550⁰ geschmolzen wird. Das entstehende farblose Glas hat folgende Zusammensetzung in glasbildenden Oxyden:

Molekülprozent Gewichtsprozent 20,0 16,7

5.O 2,5

37.5 33.6

37.5 47.2. .

Das Glas ist für das ultraviolette Gebiet weitgehend durchlässig, wenn Verunreinigungen durch Fe₂O₈ und (oder) TiO₂ vermieden werden.

Das Glas entspricht einem Kieselsäureglas go von der Zusammensetzung:

K₂O
CaO
Al₂O₃
P₂O₅

K₂O ....	Molekülprozent .... 11,4
CaO	.... 2,9
SiO., ....	85,7.

Beispiel 5

68,04 Gewichtsteile Monokaliumphosphat und 38,20 Gewichtsteile Aluminiumoxyd werden in eine wäßrige Lösung von 24,52 Gewiehtsteilen Phosphorsäure eingetragen, worauf das Gemisch nach dem Entwässern bei etwa 1450 bis 1480° geschmolzen wird. Man erhält ein farbloses Glas, das eine gute Widerstandsfähigkeit gegen hydrolytische Einflüsse besitzt. Seine Zusammensetzung in glasbildenden Oxyden ist folgende:

Molekülprozent Gewichtsprozent

K₂O 25,0 2O,S

Al₂O₃ ... 37,5 33,i

P₂O₅ ..;. 37,5 46,4.

Das Glas entspricht einem Kaliwasserglas von folgender Zusammensetzung;

Molekülprozent

K₂O 14,3

SiO₃ 8_5j7.

Beispiel 6 .

Ein Gemisch aus 80,88 Gewiehtsteilen Kaliumnitrat, 78,96 Gewiehtsteilen Barium-

5S02Ö5

carbonat und 6i,i6 Gewichtsteilen Aluminiumoxyd wird in eine wäßrige Lösung von 117,67 Gewichtsteilen Phosphorsäure eingetragen, das Ganze entwässert und bei 1500 bis 15 50 ° geschmolzen. Der erkaltete Schmelzfluß ergibt ein Glas von folgender Zusammensetzung in glasbildenden Oxyden:

K₂O
BaO
Al₂O₃
P₂O₅

Moleltülprozent

20,0

; 20,0
30,0
30,0

Gewichtsprozent

15.4 25,0 24,9 34.7·

Das Glas entspricht einem Kalibarytsilicatglas von folgender Zusammensetzung:

Molektilprozent

K₂O 12,5

BaO 12,5

SiO₂ 75.0.

Beispiel 7

Ein bleihaltiges Aluminiumphosphatglas erhält man durch Schmelzen folgenden Satzes bei etwa 1400 ° : 44,20 Gewichtsteile Kaliumcarbonat, 16,18 Gewichtsteile Kaliumnitrat, 91,50 Gewichtsteile Mennige, 61,16 Gewichtsteile Aluminiumoxyd und 117,67 Gewichtsteile Phosphorsäure. Das Glas hat die Zusammensetzung in glasbildenden Oxyden:

K. O
PbO
Al₂O₃
P, O₅

Molekülprozent
20,0
20,0
3O,o
3°.°

Gewichtsprozent

13.7 32,7 22,4

Das entsprechende Silicatglas hat folgende Zusammensetzung:

Molekülprozent

K₂O 12,5

PbO 12,5

SiO₂ 75,0.

Beispiel 8

Ein farbloses Glas wird durch Schmelzen folgenden Satzes bei etwa 1400⁰ in einem möglichst eisenfreien weißen Schmelztiegel erhalten: 68,01 Gewichtsteile Natriumnitrat, 28,83 Gewichtsteile Kieselsäure, 18,33 Gewichtsteile Aluminiumoxyd und 35,35 Gewichtsteile Phosphorsäure. Das erhaltene Glas hat folgende Zusammensetzung in glasbildenden Oxvden:

Na₂O
SiO₂
AIoO₃
P₉O,

Malekülprozent
32,25

3&>75
14,50
14,50

Gewichtsprozent

25.-4 29,6 l8,8 26,2.

Das Glas ist aus einem Natronwasserglas der molaren Zusammensetzung 1 Na₂O-J" 3 SiO₂ durch halbmolaren Ersatz von· 60 Molekülprozent der Kieselsäure durch Aluminiumorthophosphat entstanden.

Beispiel 9

Ein aus 68,01 Gewichtsteilen Natriumnitrat, 14,41 Gewichtsteilen Kieselsäure, 24,41 Gewichtsteilen Aluminiumoxyd und 47,21 Gewichtsteilen Phosphorsäure bestehender Satz wird bei 1300 bis 1350⁰ geschmolzen; es wird ein farbloses Glas von folgender Zusammensetzung in glasbildenden Oxyden erhalten:

	Molekillprozent	Gewichtsprozent
Na₂O .	35.71	25,4
SiO₂ '. .	21,43	14,7
AUO₃ .	21,43	25,0
P₂O₅ . .	21,43	34,9·

K₂O ...
SiO₂ ...
Al₂O₃ .
P₂O₅ ..,

Molekülprozent

14,3
57,1
14.3
14,3

Gewichtsprozent
16,3
41,6
17,6
24,5·

Dieses Glas ist aus dem in Beispiel 8 erwähnten Natronwasserglas durch halbmolaren Ersatz von 80 Molektilprozent der Kieselsäure durch Aluminiumorthophosphat entstanden.

Ersetzt man bei dem obenerwähnten Glassatz 68,01 Gewichtsteile Natriumnitrat durch 8o,88 Gewichtsteile Kaliumnitrat, so erhält man ein Glas von analoger molarer Zusammensetzung; in Gewichtsprozent ist die Zusammensetzung folgende:

Molekülprozent

K₂O 34,0

SiO₂ 13,0

Al₂O₃ 22,1

P₂O₅ 30.9·

Beispiel 10

Ein thermisch sehr widerstandsfähiges Glas mit einem hohen Erweichungspunkt und geringem, thermischem Ausdehnungskoeffizienten erhält man durch Schmelzen folgen- ¹⁰S den Satzes bei etwa 1550⁰ : 109,0 Gewichtsteile Monokaliumphosphat, 96,10 Gewichtsteile Kieselsäure und 40,78 Gewichtsteile Aluminiumoxyd. Man erhält ein farbloses Glas von folgender Zusammensetzung in glasbildenden Oxyden:

Das Glas ist enstanden durch halbmolaren Ersatz der Hälfte der in einem Kali- wasserglas der molaren Zusammensetzung ι K₂O -f- 8 SiO₂ enthaltenen Kieselsäure.

Beispiel ii

Ein alkalifreies Glas erhält man durch Schmelzen folgenden Satzes bei 1300⁰ : 198,73 .Gewichtsteile Bleinitrat, 10,19 Gewichtsteile Aluminiumoxyd, 19,61 Gewichtsteile Phosphorsäure. Man erhält ein klares gelbes Glas von folgender Zusammensetzung in glasbildenden Oxyden:

	Molekülprozent	Gewichtsprozent
PbO	75.O	84,6
Al₂O₃	12,5	6,4
P₂O₅	12,5	9,o.

' Das' Glas entspricht einem Bleisilicatglas folgender Zusammensetzung:

PbO
SiO₂

Molekülprozent 60,0 40,0.

Claims

Patentanspruch:

Phosphatgläser, dadurch gekennzeichnet, daß in beliebigen Silicatglasansätzen die Kieselsäure ganz oder teilweise durch Aluminiutnorthophosphat oder dessen Komponenten im Verhältnis von 2 SiO₂ zu ι Al P O₄ ersetzt ist.