RU2749002C1 - Способ получения пористого стекла - Google Patents
Способ получения пористого стекла Download PDFInfo
- Publication number
- RU2749002C1 RU2749002C1 RU2020137332A RU2020137332A RU2749002C1 RU 2749002 C1 RU2749002 C1 RU 2749002C1 RU 2020137332 A RU2020137332 A RU 2020137332A RU 2020137332 A RU2020137332 A RU 2020137332A RU 2749002 C1 RU2749002 C1 RU 2749002C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- glass
- porous glass
- autoclave
- water
- production
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C15/00—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by etching
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C17/00—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating
- C03C17/22—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with other inorganic material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C21/00—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Glass Compositions (AREA)
Abstract
Изобретение относится к технологии производства пористого стекла и может найти применение для производства фильтрующих трубок с контролируемым размером пор, которые могут быть использованы в промышленных установках, использующих принцип фильтрации в виде трубчатых систем, и позволяет создать более простой в исполнении способ получения пористого стекла с заданными свойствами. Поставленная задача решается тем, что в способе получения пористого стекла, включающем обработку исходного щелочно-боросиликатного стекла или изделия из него при повышенной температуре выщелачивающим агентом в автоклаве, в качестве выщелачивающего агента используют пароводяную смесь, при этом изделие из исходного стекла подвергают изотермической выдержке в автоклаве, частично заполненном дистиллированной водой, в течение 1-7 суток при температуре 250-300°С под давлением насыщенного пара с последующим охлаждением. 3 табл., 2 ил.
Description
Изобретение относится к технологии производства пористого стекла и может найти применение для производства фильтрующих трубок с контролируемым размером пор, которые могут быть использованы в промышленных установках, использующих принцип фильтрации в виде трубчатых систем.
Для получения пористых стекол наиболее широко используют метод выщелачивания компонентов стекломассы.
Так, известен способ получения пористого стекла из фосфоросиликатного сырья, содержащего оксиды: SiO2, СаСО3, Na2CO3, Са3(PO4)2, включающий стадии: получения стекла из смеси указанных оксидов путем сплавления при Τ=1500°С в течение 2 час с последующим отжигом охлажденного расплава при 520°С в течение 3 час, измельчения стекла в порошок, смешения порошка с растворимым в воде порообразователем - сахарозой, формирования под давлением пресса заготовки, стадии спекания при 650°С в течение 1 час, охлаждения и приведения полученного материала в контакт с водой при комнатной температуре с получением конечного продукта макропористой структуры [патент US 2012189844, кл. В32В 17/00; В32 В 3/26; В32В 5/16; С03В 19/06, опубл. 2012 г.].
Недостатками указанного способа являются: многостадийность и сложность его осуществления, а также повышенные энергозатраты, связанные с тремя стадиями нагрева при температурах 1500°С, 520°С и 650°С, соответственно.
Известен способ получения пористого стекла состава Na2O-B2O3-SiO2, который обеспечивает получения пористого стекла путем более простого процесса, который не требует использования длительной высокотемпературной термической обработки. Способ включает стадии: смешивания оксидов натрия, бора и кремния в соотношениях: 4-6.5: 26-36: 60-68 мас.%, соответственно, нагревания до температур 500-700°С и расплавления смешанных материалов; выливания (литья) смешанного расплава в специальные формы и охлаждения расплавленного материала с получением двухфазного стекла с взаимопроникающими фазами, одна из которых водорастворима, и приведения в контакт с водой с выщелачиванием водорастворимой фазы и получением конечного продукта [патент US 2013/0045853, кл. С03С 11/00, опубл. 2013].
Недостатками указанного способа, как и предыдущего, являются многостадийность и необходимость расплавления исходного материала. Общим недостатком обоих способов является отсутствие возможности получения пористого стекла с заданными свойствами.
Известен способ получения пористого стекла путем длительного контактирования исходного модельного двухфазного стекла состава: 15K2O-15BaO-70SiO2 (мол. %) предварительно нарезанного в виде пластин, отшлифованного и полированного, с выщелачивающим агентом - расплавом нитрата натрия (NaNO3) в специальном сосуде с изотермической выдержкой в течение 2-192 часов (8 суток) в интервале температур 350-500°С [патент RU 2540751, кл. С03С 21/00, B82Y 40/00, опубл. 2015 г.].
Основным недостатком данного способа является трудоемкость и сложность работы с солевым расплавом, а также дороговизна, связанная с тем, что каждая новая операция обработки требует новой порции расплава нитрата натрия.
Наиболее близким по технической сути к предлагаемому техническому решению является способ получения пористого стекла путем травления (выщелачивания) порошка двухфазного щелочно-боросиликатного стекла в автоклаве при давлении 9,8-14,7 МПа четыре стадии, а именно: вначале травление в 0,5-2Н растворе серной кислоты в течение 30-60 мин при температуре 120-200°С с последующим промыванием в воде, затем травление в 0,5-1Η растворе гидроксида натрия в течение 30-60 мин при температуре 120-200°С с завершающим промыванием в воде [Патент РФ 2680622, кл. С03С 15/00, опубл. 25.02.2019].
Недостатками указанного способа являются многостадийность, необходимость использования агрессивных растворителей, и возможность получения пористого стекла в ограниченном, наноразмерном диапазоне.
Общим недостатком перечисленных способов является трудоемкость, энергозатратность и необходимость в специальном технологическом оборудовании для получения исходного двухфазного стекла.
Задачей предложенного технического решения является создание более простого в исполнении способа получения пористого стекла с заданными свойствами.
Поставленная задача решается тем, что в способе получения пористого стекла, включающем обработку исходного щелочноборосиликатного стекла или изделия из него при повышенной температуре выщелачивающим агентом в автоклаве, в качестве выщелачивающего агента используют пароводяную смесь, при этом изделие из исходного стекла подвергают изотермической выдержке в автоклаве, частично заполненном дистиллированной водой, в течение 1-7 суток при температуре 250-300°С под давлением насыщенного пара с последующим охлаждением.
Процесс воздействия воды на щелочноборосиликатное стекло описывается сложным механизмом, включающим диффузию молекул воды в свободные полости, имеющиеся в структуре стекла, ионный обмен между щелочными катионами стекла и ионами гидроксония H3O+, и гидролиз оксидов-сеткообразователей. Взаимодействие воды со стеклом приводит к переходу в раствор ионов Na+, K+, растворению В2О3, частично SiO2 и формированию пористой высококремнистой структуры. Скорость проникновения воды превышает скорость растворения силикатной составляющей, гидратация поверхностного слоя приводит к его «распуханию», что вызывает растягивающие напряжения в структуре стекла и возникновение микротрещин в соседних областях неповрежденного стекла. Молекулы воды проникают в микротрещины, в результате чего начинается формирование пор и, с течением времени, поры все дальше продвигаются вглубь объема стекла, образуя сквозные каналы.
Размер пор получаемого продукта регулируют выбором агента, температурой и временем обработки, при этом получают пористое стекло с размером пор в интервале от 10 нм до 16 мкм.
На Фиг. 1 представлен фильтрующий элемент, полученный в результате термической обработки водой стеклянной трубки в автоклаве при Τ=300°С в течение 1 суток.
На Фиг. 2 - ЭМ-изображение внутреннего среза образца стекломатериала, полученного при контакте стекла С-51-1 с водой (увеличение в 2300 раз) при Τ=300°С в течение 24 час.
Пример
В стальной автоклав помещают трубку, изготовленную из стандартного щелочноборосиликатного стекла марки С-52-1 состава: SiO2 - 72,8; В2О3 - 17,4; Al2O3 - 2,2; Na2O - 4,5; K2O - 3,0 (мас.%) длиной чуть меньше глубины автоклава и дистиллированную воду (коэффициент заполнения Кзап ~ 1/3). Величина Кзап подбирают так, чтобы при температуре опыта одна половина трубки (нижняя часть) находилась в воде, а другая (верхняя часть) в паре. Автоклав герметично закрывают, прогревают в электропечи при 300°С под давлением насыщенного пара в течение 24 час, а затем охлаждают в выключенной электропечи. Трубку, извлеченную из автоклава, разрезают поперек по границе раздела вода-пар.
Обе части трубки были пористыми. Образованный стекломатериал имел в своем в объеме сеть мельчайших сквозных пор макроразмера. Полученный материал утратил прозрачность и увеличился в объеме. Объем пористой стекломассы, полученной в результате контакта с водой, превышал объем исходного стекла - в 2,3 раза, а под воздействием пара - в 1,8 раза.
Методом электронной микроскопии (сканирующий электронный микроскоп JMS-6700F, JEOL) исследована структура пористого материала, полученного в примере при обработке стекла (фиг. 2). На изображении хорошо различимы поры диаметром от 3 до 9 мкм. Как следует из анализа микрофотографии, торцевая часть образца представляет собой объемную массу, пронизанную многочисленными макропорами.
Методом ртутной порометрии определили распределение пор по размерам в образцах пористого стекла. Результаты измерения размера пор методом электронной микроскопии хорошо согласуются с результатами, полученными при использовании ртутных порометров (Pascal 140, Pascal 440, Thermo). В таблице 1 приведены характеристики пористого стекла, полученного в результате обработки стеклянных трубок (стекло С52-1) толщиной 1 мм при разных температуре и времени воздействия.
В таблице 2 приведено распределение пористости по диапазонам диаметров в образцах, полученных при обработке пароводяной смесью трубки из стекла С52-1 толщиной 1 мм при Т=300°С.при разных температурах и временах воздействия.
Пористость стекломатериала после воздействия на стекло водяным паром варьировала от 25 до 47%, а пористость стекла, выщелоченного водой, находилась в пределах 60-68%.
В таблице 3 представлено распределение пористости по диапазонам диаметров в образцах, полученных при обработке пароводяной смесью трубки из стекла С52-1 толщиной 1 мм при Т=250°С и 275°С.
Технический результат, достигаемый при использовании заявленного способа, заключается в получении пористого стекломатериала с заданными свойствами, в зависимости от агента (воды или пара), температуры и продолжительности воздействия, влияющих на строение образующейся структуры и распределение пор по размеру. Трубки из полученного пористого стекла могут быть использованы в виде фильтрующих элементов в промышленных и лабораторных установках.
Преимуществом заявленного способа является: возможность использования уже готового стекла, выпускаемого отечественной промышленностью;
- доступность технологического оборудования;
- возможность изготовления, помимо трубок, фильтрующих элементов любой заданной формы.
Claims (1)
- Способ получения пористого стекла, включающий обработку исходного щелочно-боросиликатного стекла или изделия из него при повышенной температуре выщелачивающим агентом в автоклаве, отличающийся тем, что в качестве выщелачивающего агента используют пароводяную смесь, при этом изделие из исходного стекла подвергают изотермической выдержке в автоклаве, частично заполненном дистиллированной водой, в течение 1-7 суток при температуре 250-300°С под давлением насыщенного пара с последующим охлаждением.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020137332A RU2749002C1 (ru) | 2020-11-13 | 2020-11-13 | Способ получения пористого стекла |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020137332A RU2749002C1 (ru) | 2020-11-13 | 2020-11-13 | Способ получения пористого стекла |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2749002C1 true RU2749002C1 (ru) | 2021-06-02 |
Family
ID=76301449
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020137332A RU2749002C1 (ru) | 2020-11-13 | 2020-11-13 | Способ получения пористого стекла |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2749002C1 (ru) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2337460A (en) * | 1942-02-25 | 1943-12-21 | Pittsburgh Plate Glass Co | Formation of thin films upon glass surfaces |
SU1544737A1 (ru) * | 1988-05-26 | 1990-02-23 | Институт Химии Силикатов Им.И.В.Гребенщикова | Способ получени пористого стекла |
WO2011145714A1 (en) * | 2010-05-20 | 2011-11-24 | Canon Kabushiki Kaisha | Method of producing porous glass |
RU2540751C1 (ru) * | 2013-09-17 | 2015-02-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова Российской академии наук (ИХС РАН) | Способ получения пористого стекла |
KR20170036985A (ko) * | 2015-09-25 | 2017-04-04 | 한국세라믹기술원 | 석영 유리의 표면 엠보싱화 방법 |
RU2680622C1 (ru) * | 2017-12-18 | 2019-02-25 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования - Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева (РХТУ им. Д.И. Менделеева) | Способ получения пористого стекла |
-
2020
- 2020-11-13 RU RU2020137332A patent/RU2749002C1/ru active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2337460A (en) * | 1942-02-25 | 1943-12-21 | Pittsburgh Plate Glass Co | Formation of thin films upon glass surfaces |
SU1544737A1 (ru) * | 1988-05-26 | 1990-02-23 | Институт Химии Силикатов Им.И.В.Гребенщикова | Способ получени пористого стекла |
WO2011145714A1 (en) * | 2010-05-20 | 2011-11-24 | Canon Kabushiki Kaisha | Method of producing porous glass |
RU2540751C1 (ru) * | 2013-09-17 | 2015-02-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова Российской академии наук (ИХС РАН) | Способ получения пористого стекла |
KR20170036985A (ko) * | 2015-09-25 | 2017-04-04 | 한국세라믹기술원 | 석영 유리의 표면 엠보싱화 방법 |
RU2680622C1 (ru) * | 2017-12-18 | 2019-02-25 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования - Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева (РХТУ им. Д.И. Менделеева) | Способ получения пористого стекла |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE3228008C2 (ru) | ||
CA1339972C (en) | Method for producing ultra-high purity, optical quality, glass articles | |
US4432956A (en) | Preparation of monolithic silica aerogels, the aerogels thus obtained and their use for the preparation of silica glass articles and of heat-insulating materials | |
Brinker et al. | Conversion of monolithic gels to glasses in a multicomponent silicate glass system | |
Elmer | Porous and reconstructed glasses | |
CN106458715B (zh) | 包含SiO2作为主晶相的玻璃陶瓷 | |
JPS62270457A (ja) | 金属、セラミック粉末等の成形方法及びそのための組成物 | |
US3912481A (en) | Method for making alkali metal silicate thermoplastic materials | |
DE60114410T2 (de) | Sol-Gel-Verfahren für die Herstellung von Vorformen für optische Fasern | |
JPS6121171B2 (ru) | ||
CN102167500B (zh) | 一种不透明石英实验室器皿的制备方法 | |
KR20080069554A (ko) | 결정질 SiO₂를 포함하는 성형체를 제조하기 위한 융합실리카의 소결 | |
He et al. | Celsian formation from barium-exchanged geopolymer precursor: Thermal evolution | |
RU2749002C1 (ru) | Способ получения пористого стекла | |
Wagh et al. | Influence of molar ratios of precursor, solvent and water on physical properties of citric acid catalyzed TEOS silica aerogels | |
CN113461336A (zh) | 一种牙科用硅酸锂玻璃陶瓷及其制备方法、硅酸锂玻璃陶瓷修复体 | |
CN106977095B (zh) | 一种无水氧卤碲酸盐玻璃及其制备方法 | |
Yanagisawa et al. | Densification process of borosilicate glass powders under hydrothermal hot-pressing conditions | |
US2156457A (en) | Multicellular glass and method for its manufacture | |
US3915720A (en) | Machinable hydrothermally-crystallized glass bodies | |
US3825468A (en) | Sintered ceramic | |
JP7280547B2 (ja) | 多孔質ガラス部材の製造方法 | |
CN1919759A (zh) | 圆弧形微晶玻璃制造方法及其专用模具 | |
US3486872A (en) | Method for producing a crystallized sintered glass article with a nonporous surface | |
Hattori et al. | Li+ for Na+ ion-exchange-induced phase separation in borosilicate glass |