KR830002617B1 - 무정형 금속규산염의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

무정형 금속규산염의 제조방법

본 발명은 실리카 함량이 많은 신규의 금속규산염, 특히 규산납 또는 알칼리토금속 규산염의 제조방법에 관한 것이다.

유리제조에는 여러 가지 화합물들이 일반적으로 사용되고 있다는 사실을 잘 알려져 있다. 산화물 형태의 규소, 붕소, 알루미늄 및 인산이 망상구조의 구성 원소로 정의되고 있다. 이들의 비율은 양호한 조건하에서의 용융, 정제 및 균질화의 목적 때문에 종종 제한되고 있다.

그러므로, 이러한 기능을 달성화기 위한 융해 원소로서는 역시 산화물 형태의 리튬, 나트륨 및 칼륨이 소개되고 있다. 그러나, 이들을 첨가하면 원래 시도하였던 용도면에서 볼 때, 불충분한 유리성질을 나타낸다. 다른 산화물을 첨가하여 일정의 성질을 개선시킬 필요가 잇다. 즉 내약품성은 산화칼슘, 굴절율은 바륨 또는 납에 의해 부여되는 한편, 광택성은 산화아연에 의하여 부여된다.

끝으로, 다른 산화물을 첨가하여 여러 가지 용도에 알맞게 한다. 비소, 안티몬, 세륨 및 기타 회토류는 가공작업을 용이하게 한다. 질산염 및 황산염 등의 염은 산화목적으로 도입한다. 중금속을 첨가하면 탈색작용이 있다.

유리성분은 여러 가지 형태로 첨가한다. 실리카성분은 모래로부터 얻으며, 융제는 탄산염이며 기타 성분도 천연 상태인 경우가 많다. 그러므로 유리 조성물은 특히 경제적인 이유로 규정된 상태에서 선택된 재료의 순수한 물리적 혼합물이가고 설명할 수 있다.

그러한 구성성분은 이름을 포함하는 각종 재료의 혼합물과 함께 혼합한다.

순수한 실리카 유리의 경우에는, 석영을 사용하는 것이 가능하지만, 약 1,800℃ 온도에서는 제조상의 문제점을 야기시킨다.

따라서, 대부분의 경우에는, 사용 원료는 모래인데, 여건에 따라, 여기에 장석, 탄산나트륨 및 황산나트륨, 석회석 및 돌로마이트, 연단, 붕산나트륨 등의 각종 화합물을 첨가한다.

이들 구성성분들을 혼합하여 얻은 혼합물의 온도를 점차로 약 1,500℃까지 올려서 용융시키고 혼련하여 유리를 제조한다. 용융조건하에서 괴체는 다량의 기포를 포함하므로, 정제 조작을 수행하여 기포를 제거하고, 제조한 물품을 성형하는데 적합한 점도가 얻어지게 되는 온도로 그 유리를 방치시킨다. 이 조작은 소둔조작(braiding)이라고 알려져 있다.

유리질 혼합물을 융해시키는 데에는 다수의조작이 행해져 왔다. 유리질 재료는 이들 재료의 실질적인 융해조작 이전에 예열처리가 가능하도록 응결시키는 방법까지도 제안되고 있으나(프랑스공화국 특허 제2,281,902호), 현재까지는 본 발명자가 알고 있는 한, 유리질 조성물의 실질적 형태와 그의 구조는 밝혀져 있지 않다.

더우기, 규산납이라는 말은 이들의 SiO₂/PbO의 몰비는 사실상 비교적 낮다.

그러므로, 다수의 염기성 규산납은 Louis Cloutieur Annales de Chimie 1933 N. 19 p41에 의해 Metallurgie Halle a SV. 4 p.649-53에서 이미 1907년초 특히 Mostowitsch가 보고한 바 있다. 그러나 그러한 규산염은 PbO와 SiO₂의 여러 가지 혼합물을 용융시켜서 제조하였다.

이 논문에서, Louis Cloutier는 질산납과 규산염 Na₂SiO₃의 용액에서 침강시켜 이들을 제조하는 방법을 설명하였다. 그러나, 제조된 화합물을 전부 3PbO·2SiO₂에 해당하고, 그 저자에 의하면 기타 규산염은 적절히 규정된 화합물로서 보다는 오히려 일정한 혼합물이라 추정된다고 되어 있다. 그러나, 이때 규산나트륨과 20% Pb(NO₃)₂의 용액들을 침전시키면 PbO·2SiO₂에 가까운 구조식을 가진 화합물을 제조할 가능성이 있다고 지적되었지만(C. A53-145g), 이 방법에 있어서 과량의 납염이 Pb(OH)NO₃결정을 생성시킨다.

초산납과 규산납의 용액으로부터 규산납을 제조하는 방법도 이미 오래 전에 미합중국 특허 제1,895,910호에 기재되어 있다. 그러한 물질은 탄성체용 조성물의 충전재로서 권장되고 있다. 그러나 이 경우, 그 규산염은 몰비가 그 이하로 낮다.

프랑스공화국 특허 제1,187,368호는 사실상 SiO₂의 매분자당 0.75 내지 7.5분자의 SiO₂로 된 안료를 얻을 가능성에 대하여 설명하고 있으나, 이것은 인산납 오에 P_bO, P₂O5 및 SiO₂로 조성된 이화학적 조성형태의 안료이다.

끝으로, 특히 규산나트륨은 SiO₂/Na₂O의 몰비가 증가할 때 수용액 중에서 그의 분자량이 증가하게 된다는 것이 알려져 있는데, 최종 제품에서의 원료 용액의 영향을 예견할 수가 없다.

이제, 구사함량이 높고 우수한 성질을 가진 금속 규산염을 용이하게 제조하는 것이 가능하게 되었음이 밝혀졌다.

본 발명방법에 의한 제품은 SiO₂/MeO의 몰비가 2 이상, 바람직하게는 3 내지 5인 규산염이라는 특징이있다. 여기서, 상기 기호 Me는 특히 Pb, 또는 예컨대 칼슘, 바륨 또는 아연 등의 알칼리토금속이다.

본 발명 방법에 의한 규산납은 실질적으로 등방성 내지 무정형이라는 놀라운 사실을 알게 되었다.

더우기, 이 제품은 실제로 비등수에 불용성이고 900℃, 실제로 500℃ 이상에서의 작열감량이 낮은데, 이것은 이 제품이 산화납과 규사로 된 단순한 조성물과 구별되는 적절히 규정된 화합물이라는 사실을 나타내는 것이다.

더우기, 이 제품은 사실상 금속 불순물이 없다.

또한, 이 제품의 진밀도는 산화납에 비하여 낮다.

본 발명의 방법은 가용성 알칼리 규산염 용액을 제조하려는 가용성 금속 규산염 용액과 반응시켜 원료 규산염 중의 알칼리 금속 산화물 최소한 일부를 금속산화물로 치환시킴으로써 규사를 가용 상태로 하는 것을 특징으로 한다. 이와 같이 그 금속은 특히 납 또는 원자기가 최소한 2에 대응하는 알칼리토 금속으로 구성된다.

치환금속의 납염은 규사생성이 방지되도록 도입되어야 한다.

그러므로 납의 경우, 가용성 알칼리금속 규산염의 용액이 가용성 납염(치환금속)의 용액은 화학량론적 요구량에 대하여 과량의 납염을 첨가하거나 또는 임의의 대응수단에 의하여 반응시킨다.

본 발명의 일예에 있어서는, 화학량론적 요구량의 규산엽에 대하여 과량의 납염을 첨가하여 규산납을 형성시킨 다음, 부생물, 즉 과량의 납염과 알칼리 금속염을 분리하고, 이 염들을 함유하는 모액 또는 세척수를 재순환시킨다.

간단한 조작법에 있어서, 이 방법은 저부층을 납염으로 형성시킴으로써 개시하고 이어서 규산염을 가하고, 가능하다면 납염을 반응 매질 중에 과량 존재하게 하는 이유가 여기에 있다. 여과하여 모액 또는 과량의 납염과 알칼리토금속염을 함유하는 세척수를 재순환시킨다.

더우기, 과량의 납염에 대한 최대량은 포화한계에 의하여 결정되지만, 최종 제품의 오염물이 제거하여야 할 침강 납염이라면 상기 과량을 줄이는 것이 바람직하다.

치환금속인 납은 초산염과 같은 유기 가용성염 또는 무기가용성염을 사용하여 도입할 수 있으나, 납에 질산을 작용시켜 제조하거나 복분해시켜 얻을 수 있는 질산납을 사용하는 것이 유익하다.

납에 질산을 작용시킬 때에는, 규산납 제조시 생성되는 모액 또는 세척액을 납과 질산과의 반응조작에 재순환시키도 좋다. 질산칼륨이 존재하면 납과의 반응이 촉진된다고 생각된다.

이 규산염은 특히 나트륨, 칼륨 및 4급암모늄으로 된 것이며, 생성시킬 규산납의 것에 동등한 높은 몰비를 갖는다.

본 발명에 의하면, 나트륨과 칼륨의 복염(규산염)을 사용하는 것이 가능하다.

본 발명 방법에 의하면, 이들 시약의 농도는 일정 온도하의 반응 매질 중에서의 포화 한계에만 좌우된다.

규산납 생성 반응은 상온에서 수행된다.

모액을 재순환시킬 때에는 보다 고온을 사용하는 것이 질산납 침전 조작동중에 모액 또는 세척수 중의 염의 농도를 안정화시키는데 유리하다.

모액 또는 세척수 분리 후에 얻은 제품은 간단히 수세하여 110℃의 건조 오븐 내에서 건조시킨다.

본 발명의 제품은 일반적으로 특히 그의 독성이 낮고, 또 휘발성과 용해도 및 물중에서의 밀도도 낮기 때문에 산화납의 대용 제품으로서 사용된다. 이것은 또한 충전재 또는 통상 안료로서 탄성재료에 첨가 도입될 수도 있다.

그러나, 놀라운 발견은 유리질 조성물, 특히 유리 제조용으로 사용된다는 사실이다.

사실상, 종전 기술에서 우리 형성산화물을 원료 산화물(모래 또는 규사인 경우에는 석영)에 노출시키는데 반하여, 유리질 원료 조성물의 망상구조에 비교적 간단하고 조절된 방법으로 영향을 줄 수 있는 것으로 알려져 있다. 본 발명에 의하면, 통상적인 방법으로 유리 형성 원소는 용융 원소에 의해 또는 직접 용액 형태로 첨가하며, 다음의 용액을 얻은 것이 가능하다. 즉,

1) 칼륨, 나트륨 또는 리튬의 규산염 용액 또는 4급 암모늄의 규산염 용액

2) 붕산용액

3) 알민산나트륨

4) 칼륨 또는 나트륨의 인산염 용액

납, 칼슘, 바륨, 망간 및 아연 등의 원소는 다음과 같은 어떤 이유로 용이하게 제조될 수 있다.

1) 이들은 규산염 형태일 때 불용성이다.

2) 이들은 붕산염 형태일 때 약용성(弱溶性)이다.

3) 이들은 알민산염 형태일 때 약용성 또는 불용성이다.

4) 이들은 인산염 형태일 때 약용성 또는 불용성이다.

침전 전에 이들 염은 통상 질산 용액 중에 넣는다. 실질적인 견지에서 이것은 특히 알칼리 규산염읨 몰비 SiO₂/MeO가 충분히 높은 2 이상이라는 사실을 가정하는 것이다.

이들을 가용상(可溶相) 중에 통과시켜서 유리 구성 성분을 제조하느 이 조작법은 특히 다음과 같은 정제 조작을 수행하는 이점이 있다.

1) 여과 또는 한외 여과(Ultra-filtration)

2) 불순물 정제

3) 이온 교환수지 등의 담체에의 불순물 고정

또한, 유리 형성 원소는 이들이 알칼리 규산염 또는 금속염으로서 도입되는지의여부에 무관하게 동일한 형태로 사용된다. 그 이유는 이들 원소가 상기 규산염이나 금속염을 침전시키는 작용을 하기 때문이다. 이것은 모든 금속원소에 대하여 적용된다. 이 성질은 용융과정, 정제과정 및 균질화 과정에서 미처 기피하지 않았던 작용을 그 조성물에 부여한다. 실제로 다음과 같은 현상이 관찰된다.

1) 응용작용이 신속하고 온도가 저온이고 일정하다.

2) 역시 보다 신속한 정제, 보다 약간 높은 점도 도달, 그리고 보다 저온 및 특히 정화제의 필요성이 없다.

3) 생성된 유리가 그의 외양에 비하여 품질이 우수하므로, 균질화가 필요없다.

이 방법에 의하여, 대단히 색다른 용융 및 정제조건하에서 조작함으로써 극히 순수한 물질로부터 유리를 제조하는 것이 가능하며, 이들 유리는 고도의 순도와 균질성이 요구되는 산업, 예컨대 광학분야, 광학섬유, 강화섬유 또는 전자용 특수유리에 사용될 수 있다.

결국, 이 유리질 혼합물의 신규한 제조방법은 신규한 공업용 유리의 제법으로 접근하게 한다. 사실상, 화학적으로 제조되는 이들 성분들은 최종 유리제품에 거의 가깝고 또 그것과 동일한 상태에서 동시에 혼합된다. 이들은 무정형이며, 극히 간단한 용융조작에는 연속 균질상 내에서 투명상태로의 전화 조작이 포함되어 있다. 이 현상은 열전환 또는 화학적 전환 공정을 알 수 있는 열차 분석법에 의하여 명백히 알 수 있다.

여러 가지 새로운 특성이 이러한 현상으로부터 유도된다. 알칼리 탄산염의 규사 및 기타 원소와의 혼합에 고온이 요구되고, 불균일성이 나타나거나 내화재료의 부분 용해 현상이 일어날 위험성이 있는 느린 화학 반응에 관여하는 대신, 이 유리질 혼합물은 비교적 낮고 안정된 온도에서 급격히 용해하여 정제조작에 특수한 물질을 첨가하는 일이 없이 극히 단시간 내에 고품질로 정제하기 위한 간단한 온도상승으로 많은 량의 일정한 직경의 기포로 충전된 투명유리를 얻을 수 있다는 사실을 알게 되었다. 용융 조작의 신속성과 유리를 균질하게 하는데 교반이 필요없다는 사실 때문에, 내화재의 불량화가 예방된다. 더우기, 필요로 하는 용융 및 정제온도는 종전의 방법에 의한 동일한 조성의 유리제조에 사용한 온도보다 낮다. 그러므로 이들 성질은 물리적 혼합물을 순수하게 용융 및 정제하는데 내포되는 제반 곤란성 때문에 일반적으로 용인될 수 없었던 조성물을 공업적으로 제조하는 것을 가능하게 하였는데, 소기의 목적으로 각 구성성분을 정제하는 것이 가능하다. 어떤 유리에 대해서는, 탈유리질의 위험성이 낮다. 그 이유는 유리의 구성 원소가 완전히 일정한 몰지로 도입될 수 있기 때문이다.

끝으로, 이 방법에 의하여, 유리의 최종 몰비에 의거하여, 용융 생성물 및 유리 관제품에 대한 색다른 성질, 특히 유동학적 성질을 지배하는 것이 가능하다고 추축될 수 있다. 사실상, 이화학적 성질, 기계적 성질, 광학적 성질 및 전기적 성질은 거의 몰비에 관련이 있는 것 같다.

여러 가지 규산염 형태의 첨가제, 예컨대 규산제일철 또는 규산제이철, 규산코발트, 규산니켈, 규산구리 또는 기타 산화물의 규산염, 바라직하게는 산화셀렌 또는 회토류 금속산화물을 이 조성물에 첨가하는 것은 본 발명의 범위를 벗어나는 것이 아니다.

더우기, 본 발명에 의한 유리질 혼합물을 사용하면 진공하에 혼합하여 용융을 촉진하는 고밀도 보울을 제조하는 것이 가능하다.

더우기, 그러한 혼합물로부터 제조한 유리의 염산 중에서의 작용은 고도의 유리 생성 망상구조의 균질성을 나타낸다. 규사에 대한 작용은 전표면에 걸쳐 규칙적인 방법으로 일러나는데, 이것은 현미경 관찰로 확인된다는 것을 시러제로 알 수 있다.

생성된 유리는 실제로 상온에서 4% 질산 용액에 의하여 침식되지 않는다는 사실을 역시 알 수 있다.

끝으로, 유리의 굴절율과 동등한 굴절율을 가진 액체의 존재하에 광학적 관찰을 행하면 광학적 결함이 없다는 것을 알 수 있다.

본 발명을 실시예로서 상술하면 다음과 같다.

[실시예 1]

질산납 155g을 2,000㎤의 반응용기 중에서 물 845g에 용해한다. 이 용액을 교반시키면서 중량비가 2.3(또는 몰비 3.8), 비중 1.27의 규산칼륨 400g을 20℃의 온도에서 적가한다. 이 혼합물을 교반하면서 10분간 방치하여 반응시킨다. 이 현탁액을 여별건조한다. 함수량 50%, 중량 약 440g의 조침전을 수집한다. 모액은 960g이다.

상기 조침전을 온도 110℃에서 24시간 건조한다. 규산납 및 질산칼륨으로 이루어진 조침전 220g을 수집한다. 모액은 이 단계에서 새로운 침전을 위하여 재순환시킨다. 비중은 1.06이다.

모액 960g에 물 40g을 가하여 1,000g로 한다. 질산납 124g을 여기에 가한 다음, 규산칼슘 400g을 전술한 방법과 조건하에 첨가한다. 이어서 여과건조후, 조침전을 건조하여 앞에서 얻은 침전과 합하고 모액은 새로운 조작을 위하여 재순환시킨다.

5회 이상의 재순환 단계후, 모액과 조침전의 조성의 안정성이 대단히 높아진다는 사실을 알 수 있다.

고온수로 1차 세척조적을 행함으로써 다음의 평균 조성의 규산납이 얻어진다.

2차 세척에 의하여 다음의 평균 조성을 갖는 순수한 규산납이 얻어진다.

이 제품의 겉보기 비중은 0.5이고, 충전 상태에서의 겉보기 비중은 0.6이지만, 진비중은 2.3이다. 세척품은 극성광하에서 관찰하면 반드시 등방형 내지 무정형이다. 이 규산납은 몰비가 3.8인데, 이는 원료 규산염의 몰비와 같은 것이다.

[실시예 2]

초산납 150g을 질산납 155g 대신에 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 1의 방법을 반복한다.

실질적으로 실시예 1과 동일한 제품을 얻는다.

[실시예 3]

이 실시예에서 몰비가 4인 규산나트륨과 납을 사용한다. 질산나트륨 120g(1.41몰)과 질산납 10g을 2l의 반응용기에서 물 1,000㎤에 용해한다. 그리하여 용액 1,130g을 얻는데, 이것의 조성은 모액의 조성과 동일하다.

63% 질산 87g과 보율형 납 400g을 이용액에 첨가한다. 질산을 냉각조건하에 교반하여 질산염 형태의 납 90g(0.0436몰)을 용해한다. 최종 혼합물 조성은 다음과 같다.

상기 혼합물 1307g을 3l반응용기에 넣고, 금속납을 2l반응용기에 넣어서 80℃의 온도로 가열하여 SiO₂104g(1.73몰), Na₂O 27g(0.435몰)을 함유하는 규산나트륨 436g을 교반하게 적가한다.

20℃로 냉각시켜서 규산납과 질산나트륨의 현탄액을 얻는다. 그 조성은 다음과 같다.

여과 건조후, 모액 1130g 및 침전 613g을 수집한다.

침전은 고온수로 세척하고 건조 오븐에서 건조하여 97% 규산납 230g을 얻는다.

모액은 다음 성분을 첨가한 후에 2l반응용기 내에서의 새로운 조작을 위하여 재순환시킨다.

-납 : 90g

-63% 질산 : 81g

그 결과 얻은 생성물은 실시예 1 및 2에서 얻은 것과 유사하며, 즉시 세척한 후의 시료를 관찰한 결과는 다음과 같다.

2차 세척 조작에 의하여 다음 조성의 순수한 규산납이 얻어진다.

또한, 용해도 시험을 수행하는데, 이 시험에 있어서는 시료 30g을 취하여 이를 물 100ml에 가하는 것이다. 이 혼합물을 pH6에서 교반하에 12시간 방치한다. 이 용액 중의 Pb의 양을 측정한 방, PbO로서 280mg임이 밝혀졌다. 납의 용해도가 낮다는 사실은 PbO가 일정한 화합물 형태로 결합되어 있기 때문에, 하나의 생성물이며 납과 규사의 인접위치가 아니라는 사실을 반영하는 것이다.

[실시예 4]

이 실시예의 목적은 본 발명에 의한 생성물의 성질과 특징을 관찰하기 위한 것이다.

실시예 3에서 얻은 규산납 150g을 사용한다.

제1액체 세척으로부터 몰비 3.8의 규산칼륨 240g 및 수산화나트륨 18g을 가하여 규산납 및 규산나트륨 현탁액을 얻는다. 이 현탄액을 건조시킨다. 생성물을 분쇄하여 100 내지 200μ범위로 선별한다. 이것은 용융상태에서 다음의 조성에 해당한다.

이 생성물을 온도 900℃로 놀리고, 응용의 개시를 관찰하고, 이때 산화납 및 모래를 사용할 때 그러한 용융을 형성시키기 위하여, 1,300℃ 내지 1,500℃ 가량의 온도로 조작할 필요가 있는 바, 그에 따라 본 발명에 의한 생성물의 성질과 유리 제조에 있어서의 그의 특징을 분명히 알 수 있다.

[실시예 5]

이중 세척후의 실시예 3의 규산납 150g을 사용한다. 몰비 3.8, 비중 1.27의 액상 규산납 150g을 사용한 다음, 몰비 4, 비중 1.27의 액상 규산납 80.2g을 가하고, 최종적으로 수산화나트륨 24g을 가한다. 그 결과 생성되는 제품은 폴리규산염에 수산화나트륨을 반응시킨 현탁액으로서, 다음 조성을 가진 대단히 치밀한 혼합물이다.

건조, 분해 및 선별후, 다음 조성을 가진 100 내지 200μ의 용융 상태의 생성물을 얻는다.

본 발명에 의한 제품과 모래 및 산화납과 탄산칼륨 및 탄산나트륨을 사용하여 용융시켜서 얻은 동일한 제품을 비교하면, 900℃을 온도로부터 용융이 관찰되는 반면, 대조품에 대해서는 1,300℃의 온도에 달하여야 한다.

153㎤의 백금 도가니에서, 1,150℃의 온도에 달할 때 기타 물질을 첨가하는 일이 없이 유리 267g을 정제하는 한편, 대조품을 그때까지고 이 온도에서 용해되지 않는 규사를 함유하고 있다.

끝으로, 생성된 유리에 대하여는, 전자가 상온에서 4% 초산에 의한 부식을 덜 받는다는 것을 알았다.

두께가 1mm이고 크기가 30㎝×4㎝의 판상 유리 시험편을 사용할 때의 초산 용액에서의 최대 손실량은 0.026% 대신 0.013%인데, 평형은 24시간 후에 도달된다.

[실시예 6]

실시예 3에서는 얻은 규산납 150g을 사용한다. 비중이 1.27이고 규산납과 동일한 몰비를 가진 규산나트륨 96g을 가한다. 그 결과 얻은 현탁액을 진공 건조한 다음, 직경 13mm, 두께 4mm인 과립상 유리질 혼합물을 얻는다. 그러므로, 비중 2인 고체가 얻어진다.

이 혼합물은 1,460℃의 온도에서 용융상태로 된다. 이 유리로서 양호한 외관과 특히 고도의 균질성이 관찰된다. 사실상, 유리와 동일한 굴절율을 가진 액체의 존재하에서 광학적 관찰을 한 결과 그러한 균질성이 나타나는데, 유리편은 하등의 광학적 결함을 나타내는 일이 없이 그 액체와 완전히 병합되어 있다.

[실시예 7]

몰비 4의 규산나트륨과 납을 사용한다. 질산나트륨 120g(1.41몰)과 질산납 10g을 2l의 반응용기에서 물 1,000㎤에 용해시킨다. 그 결과, 모액과 동일한 조성의 용액 1130g을 얻는다.

63% 질산 87g(0.87몰)과 보올 형상의 납 400g을 이 용액에 첨가한다. 질산을 냉각 상태에서 교반후 질산염 형태의 납 90g(0.435몰)을 용해시킨다. 이 혼합물의 조성은 다음과 같다.

혼합물 1307g을 3l반응기에 넓고 금속납을 2l반응기에 가하여 80℃에서 가열하고 SiO₂104g(1.73몰) 및 Na₂O 27g(0.435몰)을 함유하는 규산나트륨 436g을 교반하게 적가한다.

20℃로 냉각시켜서 다음 조성물을 갖는 규산납과 질산나트륨의 현탄액을 얻는다.

여과 건조후, 모액 1130g과 다음 조성의 침전 613g을 얻는다.

이 침전을 고온수로 세척하고 건조 오븐에서 건조하여 97% 규산납 207g을 얻는다.

이 조성물에 다음 성분을 가한다.

-몰비가 4이고 35% 건식 엑키스를 함유한 액상 규산칼륨 : 307g

-몰비가 4이고 30% 건식 엑키스를 함유한 액상 규산나트륨 : 176g

-질산나트륨 : 11g

-무수탄산나트륨 : 15.5g

이 현택을 건조시키고 압착하여 직경 13mm, 두께 4mm인 과립상 유리질 혼합물을 얻는다. 이 생성물은 비중 2인 고체이다.

이어서, 이 혼합물은 1,460℃의 온도에서 42분 내에 용융상태로 되고 착색이 전혀 없는 극히 균질하고 실질적으로 균질한 두께의 다음 조성을 갖는 유리를 생성하기 전에 2시간 동안 1280℃에서 방치한다.

비교의 목적으로 장석, 균산질 모래, 탄산나트륨, 질산나트륨 및 탄산칼륨으로 된 유리질 혼합물을 생성시킴으로써 전술한 것과 동일 조성의 유리를 제조하고 비교시험을 행하였다.

용용, 정제 및 "소둔"을 동일 조선하에 행한다. 2종의 유리의 성질은 동일하다. 특히, 비중은 2.9564이다.

[실시예 8]

다음 조성의 유리 1kg을 제조하기 위하여, SiO₂/PbO+K₂O의 몰비를 계산한 바, 3.12라는 사실을 알았다.

규산칼륨 용액을 몰비 3.12의 유리질 조성물로부터 제조한다. 이 제조 단계는 계산된 모래와 산화칼륨의 혼합물을 용융하는 것이다.

이 규산염 용액을 조심스럽게 여과시켜서 불순 금속을 제거하면 완전히 투명해진다.

순수한 모래 550g과 탄산칼륨 405g을 취하여, 용융 및 용해시킨 결과, 규사 550g과 산화칼륨 276.6g을 함유하는 용액 2755g을 얻는다.

우선, 이 용액 1261.3g을 취하여 질산 용액 중에서 산화납 330g으로부터 출발하여 규산납을 얻는다. 이것은 10%의 PbO의 과량에 해당한다. 모든 부생물을 제거하여 고체 형태의 규산납 551.8g을 얻는다.

이 생성물을 사용하지 않았던 규산칼륨 용액 중의 현탁액에 넣는다. 이어서, 규산납 551.8을 용액 1493.7g에 첨가한다.

이 현탁액을 혼합하고 100℃에서 진공 건조시켜서 목적하는 유리질 조성물인 치밀한 건식 분말을 얻는다.

이 예에 있어서, 목적하는 유리질 조성물의 정확도는 최초에 제조한 규산칼륨의 품질에 좌우된다. 왜냐하면, 제조원리는 산화납에 의한 알칼리 산화물의 일부 치환에 근거한 것이다. 치환은 화학량론적으로 일어나므로, 과량의 Pb가 모액 중에 잔존한다.

이 실시예에 기재한 조성물 10g을 사용하여 용량 약 50CC의 백금제컵에 넣는다. 외양변화를 열차분석법으로 관찰한다.

최대 750℃의 온도에서, 분말을 백색인 채로 유지된다.

750℃에서, 열차 분석은 발열현상을 나타내어, 분말은 모두 투명한 유리질 괴체로 변화한다.

[실시예 9]

이 실시예는 앞의 실시예와 동일하다. 다만, 규산칼륨을 금속과산화물 BaO₂존재하의 고압고온하에서 수산화나트륨을 직접 모래에 작용시켜 제조한다. 이 경우에 생성물은 순도가 대단히 높고 철분 함량이 5ppm이하인 규산염 용액이다. 결과는 동일하지만 유리는 철분함량이 대단히 낮아 20ppm 이하이고 따라서 광학적 성질이 우수하다.

[실시예 10]

유리 1kg을 제조하기 위하여, 다음 성분의 조성물을 얻는다.

이 유리의 몰비는 2.52이다.

규산나트륨 용액은 몰비가 2.52인 유리질 규산염으로부터 제조한다.

이 제조조작은 계산된 모래와 탄산나트륨의 혼합물물을 용행시킴으로써 수행한다. 이 용액을 조심스럽게 여과하여 모두 금속불순물을 제거하면 투명해진다.

순수한 모래 720과 탄산나트륨 504g을 취하여 물 중에서 용융 및 용해하면 규사 720g과 산화나트륨 294g이 함유된 용액 3380g을 얻는다.

우선, 이 용액 1774.5g을 사용하여 규산납에 대하여 사용하였던 것과 유사한 방법으로 규산칼슘을 얻는다.

질산염 형태의 산화칼슘 154g 취하여, 규산칼슘 고체 518g을 얻는다.

이어서, 이 생성물을 사용하지 않았던 규산나트륨 중의 현탁액에 가한다. 그리하여, 규산칼슘 518g을 용액 1605.5g에 가한다.

이 현탁액을 혼합하고 100℃에서 진공건조하여 치밀한 건식 분말을 얻는다. 이 분말은 목적하는 유리질 조성물이다.

실시예 7 내지 10에 있어서는, 이 분말을 조립(造粒)하고 2시간 동안 1,500℃에서 용융시킨다.

생성된 유리를 상온에서 10% 염산에 2시간 넣어둔다. 대단히 규칙적인 부식현상이 관찰되며, 이로 인하여 유리 중의 규사격자의 완전한 분포를 알 수 있다.

[실시예 11]

2,000cm₃의 비이커 내에서 6% 붕산수 500g을 제조한다. 이 용액을 격렬히 교반하면서 몰비 4 ; 비중 1.27의 규산나트륨 용액 500g과 혼합한다. 겔이 신속히 형성되며 교반에 의하여 파괴된다. 63% 질산 75g(47.25g)을 가한다. 24시간 진탕시킨다. 세척, 여과 및 110℃에서 건조후, 다음 조성의 고체 생성물 180g을 얻는다.

이 혼합물은 1,500℃로 가열하면 고품도의 유리로 신속히 전환된다.

[실시예 12]

다음 조성의 유리를 제조하기 위한 것이다.

이 유리의 몰비를 계산한다.

몰비 2.4, 비중 1.43의 규산나트륨을 사용하여 이들의 가장 일반적으로 알려진 가용성염, 예컨대 염화물 또는 질산염 또는 황화물로부터 제조한다. 이들 모든 화합물을 혼합하여 목적하는 조성물을 얻는다.

Claims (1)

1. 금속 규산염의 유리-형성 조성물을 유리로 용융, 청징 및 성형시킴에 있어서, 알칼리 금속 규산염용액과 다음 일반식(Ⅱ)의 금속염용액을 반응시켜 알칼리 금속 규산염 중의 알칼리 금속 산화물을 MeO르 치환시켜 SiO₂/MeO의 몰비가 출발물질인 SiO₂/알칼리 금속 산화물의 몰비와 같게 하고 SiO₂/MeO의 몰비가 2 내지 5이며 금속 불순물을 함유하지 않는 일반식(Ⅰ)의 부정형 금속 규산염을 제조하는 방법

   SiO/MeO (Ⅰ)

   MeA (Ⅱ)

   위 일반식에서 Me는 납, 아연, 칼슘 또는 바륨을 나타내며 A는 산의 잔기를 나타낸다.