Способ изготовления стекла, включающий обработку поверхности хлоридом алюминия в или непосредственно перед лером

Изобретение относится к способу изготовления стекла. Техническим результатом изобретения является повышение щелочестойкости стекла. Способ изготовления известково-натриевого стекла, содержащего фракцию стеклоосновы, которая содержит в вес.%: SiO₂ - 67-75; Na₂O - 10-20; CaO - 5-15; Al₂O₃ - 0-7; K₂O - 0-7, включает подачу сырья для стекла в печь для образования стекломассы. Затем стекломассу выливают на ванну олова, чтобы получить стеклянную полосу. После чего стеклянную полосу направляют в лер, где стеклянная полоса подвергается отжигу. Обрабатывают, по меньшей мере, одну основную поверхность стеклянной полосы AlCl₃ в или непосредственно перед лером, когда стеклянная полоса находится при температуре приблизительно от 540°С до 850°С. Причем обработка содержит нанесение смеси AlCl₃ и, по меньшей мере, одного растворителя на поверхность стеклянной полосы, причем смесь содержит приблизительно 1-25% AlCl₃. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

 

Настоящее изобретение относится к способу изготовления известково-натриевого стекла. В некоторых примерных вариантах осуществления настоящего изобретения в процессе стекловарения после стадии, на которой формируется лист стекла, который плавает на расплавленном материале (например, ванне олова), основную поверхность(и) стекла обрабатывают хлоридом алюминия (например, AlCl₃) в или непосредственно перед лером. Обработка хлоридом алюминия в процессе получения узорчатого стекла (в противоположность флоат-процессу) также может проводиться в или непосредственно перед лером. Обработка хлоридом алюминия в или непосредственно перед лером, как для процессов изготовления флоат-стекла, и для процессов изготовления узорчатого стекла выгодна тем, что она позволяет провести обработку при желаемой температуре стекла и позволяет эффективную работу вытяжки в или вблизи лера для удаления побочных продуктов обработки. Такие стекла, полученные этим способом, подходят, например и без ограничений, для применения в остеклении окон, в солнечных элементах, в области мебельного стекла и/или в области стекол для витрин.

Уровень техники

В обычном стекловаренном поточном флоат-процессе сырье для стекла нагревают в печи или плавильном аппарате для образования стекломассы. Стекломассу выливают на ванну расплавленного материала, такого как олово (оловянная ванна), где стекломасса формируется и непрерывно охлаждается с получением ленты флоат-стекла. Затем ленту флоат-стекла направляют в лер для дальнейшей обработки, после чего ее можно нарезать с получением твердых стеклянных изделий, таких как плоские стеклянные листы. В случае флоат-стекла стеклянное сырье часто включает соду, известь и оксид кремния для получения плоского известково-натриевого стекла.

К сожалению, обычное флоат-стекло (с покрытием или без покрытия) может повреждаться под действием щелочей, таких как натрий (Na), диффундирующих из стекла наружу к поверхности и, возможно, в покрытия, такие как теплоотражающие покрытия Low-E, нанесенные на стекло. На стекле без покрытия натрий по достижении поверхности может реагировать с водой и т.п. с получением видимых пятен или "клякс" на поверхности стекла. Кроме того, диффузия натрия в покрытие на стекле может повредить покрытие, приводя тем самым к дефектным покрытым изделиям, таким как IG-стеновые панели с окном (изоляционное стекло) или другие типы окон.

Известна обработка поверхности стекла такими материалами, как алюминий (например, смотри документы JP 60-176952 и WO 2004/096724 (Hessenkemper), оба из которых настоящим введены ссылкой). Однако эффективное проведение таких обработок во флоат-процессе не осуществимо.

Ввиду вышеизложенного должно быть ясно, что в данной области существует потребность в более эффективном способе получения плоского стекла, например, посредством флоат-процесса или процесса изготовления узорчатого стекла, включающем технологию обработки стекла, делающую его более долговечным.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение относится к способу изготовления известково-натриевого стекла. В различных примерных вариантах осуществления настоящего изобретения стекло может изготавливаться с применением флоат-процесса или процесса получения узорчатого стекла. В некоторых примерных вариантах осуществления настоящего изобретения известково-натриевое стекло содержит фракцию стеклоосновы, которая включает: SiO₂ 67-75%, Na₂O 10-20%, CaO 5-15%, Al₂O₃ 0-7%, MgO 0-7% и K₂O 0-7%. Факультативно стекло может содержать, кроме того, один или более красителей, таких как железо, селен, кобальт, эрбий и/или подобное.

В некоторых примерных вариантах осуществления настоящего изобретения главную поверхность(и) стекла обрабатывают хлоридом алюминия (например, AlCl₃) в или непосредственно перед лером. Во флоат-процессе лер находится после ванны расплава (например, ванна олова), тогда как в процессе получения узорчатого стекла лер находится после вальцов для нанесения узора (например, лер находится вскоре после стадии формирования стекла). Хлорид алюминия может применяться в виде смеси, включающей AlCl₃, подаваемой в растворителе, таком как метанол или какой-нибудь другой спирт или подобное. Обработка хлоридом алюминия в или непосредственно перед леером в процессе стекловарения как флоат-стекла, так и узорчатого стекла выгодна тем, что она позволяет провести обработку при желаемой температуре стекла, использует выгоду от избытка кислорода, присутствующего в лере, что помогает выжечь растворитель(и), и обеспечивает эффективную работу вытяжки в или вблизи лера для удаления побочных продуктов обработки. Таким образом, можно обойтись без дополнительных этапов вытяжки после лера в некоторых примерных неограничительных ситуациях, как при этапах обработки алюминием с соответствующим нагревом после лера. Такие стекла, полученные этим способом, подходят, например и без ограничений, для применения в остеклении окон, для солнечных элементов, мебельного стекла и/или стекол для витрин.

В некоторых примерных вариантах осуществления настоящего изобретения дается способ изготовления известково-натриевого стекла, причем способ включает: помещение сырья для стекла в печь для получения стекломассы; направление стеклянной полосы, образованной из массы, в лер, где стеклянная полоса подвергается отжигу; и обработка, по меньшей мере, одной главной поверхности стеклянной полосы хлоридом алюминия в или непосредственно перед лером, когда стеклянная полоса находится при температуре примерно от 540°C до 850°C.

В других примерных вариантах осуществления настоящего изобретения дается устройство изготовления известково-натриевого стекла, причем устройство содержит: печь, в которую вводится сырье для стекла с получением стекломассы; лер, где стеклянная полоса, образованная из стекломассы, подвергается отжигу; и средство обработки, по меньшей мере, одной главной поверхности стеклянной полосы хлоридом алюминия, в или непосредственно перед лером, причем стеклянная полоса находится при температуре от примерно 540°C до 850°C.

Краткое описание чертежей

Чертеж является схемой, иллюстрирующей способ стекловарения, в котором используется флоат-процесс, в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего изобретения.

Осуществление изобретения

Настоящее изобретение относится к способу изготовления известково-натриевого стекла, использующему одно или оба из флоат-процесса и/или процесса изготовления узорчатого стекла. В некоторых примерных вариантах осуществления настоящего изобретения главная поверхность(и) стекла обрабатывается хлоридом алюминия (например, AlCl₃) в или непосредственно перед лером. Во флоат-процессе лер расположен после расплавленной ванны (например, ванны олова), причем стекло плавает на расплавленной ванне, а в процессе изготовления узорчатого стекла лер находится после вальцов для нанесения узора, которые образуют рисунок на одной или обеих главных поверхностях стекла (т.е. лер находится вскоре после этапа формирования стекла). Обработка хлоридом алюминия в или непосредственно перед лером выгодна тем, что она позволяет проводить обработку при желаемой температуре стекла, использует преимущество от избытка кислорода, присутствующего в лере, что помогает выжечь растворитель(и), с которым смешан хлорид алюминия, и позволяет эффективную работу вытяжки в или вблизи лера для удаления побочных продуктов обработки. Отметим, что обработка может также проводиться в другой газовой атмосфере (например, газовой атмосфере на основе азота). Таким образом, можно обойтись без дополнительных этапов вытяжки после лера в некоторых примерных неограничительных ситуациях, как этапы обработки алюминием с соответствующим нагревом после лера.

Один пример известково-натриевого стекла согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения включает следующие основные компоненты (в весовой доле):

Таблица 1 Типичная стеклооснова
Компонент	вес.%
SiO2	67-75%
Na2O	10-20%
CaO	5-15%
MgO	0-7%
Al2O3	0-7%
K2O	0-7%

В стеклооснову могут также включаться другие второстепенные компоненты, в том числе различные осветлители, такие как сульфат натрия, кристаллическая вода и/или подобное. Например, в некоторых вариантах осуществления стекло при этом может быть сделано из сырьевых материалов кварцевого песка, кальцинированной соды, доломита, известняка, с использованием сульфата натрия (SO₃) в качестве осветлителя (или, конечно, диоксида бора, как обсуждалось выше). В некоторых случаях могут также использоваться восстановители и окислители. При этом в некоторых случаях известково-натриевые стекла включают (по весу) примерно 10-15% Na₂O и примерно 6-12% CaO. Помимо рассмотренных выше материалов стеклоосновы стеклянное сырье и/или готовое стекло может включать материалы, содержащие фракцию красителя, такие как железо, эрбий, кобальт, селен и/или подобное. В некоторых примерных вариантах осуществления настоящего изобретения полное количество железа в стекле может составлять примерно от 0,05 до 1,2%, более предпочтительно примерно от 0,3 до 0,8%. Для некоторых прозрачных стекол с высокой светопрозрачностью полное количество железа может составлять примерно от 0,005 до 0,025%. При этом полное количество железа, присутствующего в стекле, и таким образом, в его фракции красителя, в соответствии со стандартной практикой, выражается через Fe₂O₃. Это, однако, не означает, что на самом деле все железо находится в виде Fe₂O₃. Равным образом, количество железа в двухвалентном состоянии обозначается здесь как FeO, даже если не все двухвалентное железо находится в виде FeO.

Чертеж дает схематическое представление о способе изготовления стекла с применением флоат-процесса согласно одному примерному варианту осуществления настоящего изобретения. Массу сырья для стекла (например, кварцевый песок, кальцинированная сода, доломит, известняк и т.д.) помещают в печь или плавильный аппарат 1 и нагревают для образования стекломассы. Стекломассу выливают на ванну расплавленного материала, такого как олово (оловянная ванна), на этапе 3, где стекломасса формируется и непрерывно охлаждается с получением ленты флоат-стекла. Лента флоат-стекла движется к леру 5 для медленного охлаждения. Факультативно, перед входом в лер 5 боковые краевые участки стеклянного листа могут подрезаться в горячих условиях. Типично стеклянный лист достигает начала лера при температурах, по меньшей мере, примерно 540°C, более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 580°C, с возможным диапазоном приблизительно от 540 (или 580) до 800°C. Во время отжига температура полосы листового стекла медленно охлаждается от верхней границы отжига (например, примерно 538-560°C) до точки деформации от приблизительно 495-560°C, что может рассматриваться как диапазон отжига. Хотя этот температурный диапазон предпочтителен для отжига, в определенных случаях могут использоваться другие температуры. В разных вариантах осуществления настоящего изобретения непрерывный стеклянный лист при отжиге может опираться на валики либо газ. После отжига в точке 5 непрерывный стеклянный лист проводится в пункт 7 на дальнейшую обработку, такую, например, как одно или более из резки, охлаждения, покрытия и/или подобного.

В некоторых примерных вариантах осуществления настоящего изобретения главная поверхность(и) стекла (например, верхняя поверхность стекла, которая противоположна расплавленной ванне) обрабатывается хлоридом алюминия (например, AlCl₃ или с какой-либо другой стехиометрией) в или непосредственно перед лером 5. Как показано на чертеже, во флоат-процессе лер 5 находится после расплавленной ванны (например, ванны олова) 3, где стекло плавает на поверхности расплавленной ванны. Обработка 10 хлоридом алюминия в или непосредственно перед лером 5 выгодна тем, что она позволяет проводить обработку 10 при желаемой температуре стекла и позволяет эффективную работу вытяжки в или вблизи лера для удаления побочных продуктов обработки. Таким образом, в некоторых типичных неограничительных ситуациях можно обойтись без дополнительных этапов вытяжки за лером, как на этапах обработки алюминием с соответствующим нагревом после лера.

При обработке 10 хлоридом алюминия AlCl₃ может подаваться в растворителе, таком как спирт. В некоторых примерах осуществления AlCl₃ подается в растворителе, таком как метанол или подобное. Вместо или в дополнение к метанолу, в качестве растворителя, в котором подается хлорид алюминия, может использоваться этанол, изопропиловый спирт, вода и т.п. Например, в некоторых типичных случаях хлорид алюминия для обработки может полностью или частично состоять из AlCl₃×6H₂O и т.п. Смесь AlCl₃ и растворителя(ей) может наноситься на основную поверхность(и) стекла любым подходящим образом. Например, в некоторых примерных вариантах осуществления смесь AlCl₃ и растворителя(ей) может напыляться газовыми/воздушными распылителями, находящимися над стеклянной полосой напротив основной поверхности стекла, чтобы провести обработку (например, путем сжигания при химическом осаждении из паровой фазы или каталитическом осаждении из паровой фазы). Смесь AlCl₃ и растворителя(ей) может подаваться в распылитель в жидкой или газовой фазе. Альтернативно, смесь AlCl₃ и растворителя(ей) может наноситься на поверхность стекла при обработке 10 путем распыления в жидкой форме, или выпариванием ее на основную стеклянную поверхность(и). В лере, где имеется большой избыток кислорода, растворитель быстро выгорает и может быть удален через выпускной канал(ы) лера.

Типичной целью нанесения AlCl₃ на основную поверхность(и) (например, верхнюю поверхность) стекла является уменьшить выщелачивание натрия или другой щелочи из стекла. AlCl₃ на поверхности стекла вступает в химическую реакцию между Cl (из AlCl₃) и щелочным элементом или элементами (например, Na и/или K) и/или щелочно-земельными элементами (например, Ca и/или Mg) в стекле. Например, Na₂O стеклянной матрицы реагирует с Cl₂ из AlCl₃ с образованием NaCl (NaCl → Na + Cl), и кислород может быть удален в виде оксихлорида или подобного; кроме того, HCl и/или H₂O могут быть удалены в виде пара. Сходным образом, K₂O из стеклянной матрицы реагирует с Cl₂ (из AlCl₃) с образованием KCl. В качестве другого примера, CaO стекла реагирует с Cl₂ (из AlCl₃) с образованием CaCl₂. Опять же, HCl сжигается и может быть удален через выпускной канал(ы) в или вблизи лера. Соответственно, следует понимать, что обработка поверхности стекла хлоридом алюминия, таким как AlCl₃, является эффективным методом удаления или снижения количества щелочных и щелочно-земельных элементов от поверхностной зоны стекла до некоторой глубины стекла, тем самым, снижая способность щелочных и/или щелочно-земельных элементов выщелачиваться из стекла и загрязнять его поверхность и/или повреждать покрытие на нем (например, при термообработке, такой как горячий отпуск). Таким образом, в результате поверхностная зона стекла имеет меньшее количество щелочных и/или щелочно-земельных элементов (и больше Al₂O₃ и SiO₂), чем остальной стеклянный лист, например к середине листа, тем самым улучшается долговечность стекла и улучшается его стойкость к травлению.

Кроме того, алюминий из хлорида алюминия стремится внедриться в поверхностную зону стекла, связываясь с элементами стеклянной матрицы. Это выгодно тем, что когда сода из стекла реагирует с Cl, она оставляет подвешенные кислородные связи в стеклянной основе, и алюминий может реагировать с этими подвешенными кислородными связями, тем самым, упрочняя структуру стекла и улучшая прочность/долговечность. Si и Al в стекле могут также связываться через атомы кислорода в стекле и могут в некоторых типичных ситуациях образовывать альбитную структуру у поверхности. Таким образом, поверхностная зона стекла обогащается Al и Si, тем самым, улучшая прочность и долговечность стекла.

Как отмечено выше, при обработке 10 хлоридом алюминия AlCl₃ может подаваться в растворителе, таком как спирт (например, метанол), таким образом, в смеси. В некоторых случаях можно подавать хлорид алюминия также в воде для получения смеси. Смесь предпочтительно содержит примерно 1-25% AlCl₃ (более предпочтительно примерно 2-20%, даже более предпочтительно примерно 3-15% и наиболее предпочтительно примерно 5-10% AlCl₃), причем остальное составляет растворитель, или вода в некоторых примерных вариантах осуществления настоящего изобретения. Весовое отношение AlCl₃:растворитель в смеси предпочтительно составляет примерно от 1:8 до 1:40, более предпочтительно примерно от 1:10 до 1:20 (причем типичным растворителем является метанол). Было найдено, что эти отношения дают наилучшие результаты для нанесения и обработки.

Было обнаружено, что важен диапазон температур стекла, в котором применяется обработка хлоридом алюминия. В частности, стекло должно быть достаточно горячим, чтобы воспринять обработку и способствовать хорошей реакции хлорида алюминия с элементами стекла, но она должна быть достаточно холодной, чтобы коррозийные побочные продукты обработки, такие как HCl, не вызывали значительных повреждений получаемых компонентов или самого стекла. Было найдено, что желательно наносить хлорид алюминия на поверхность стекла при обработке 10, когда стекло находится при температуре примерно от 550°C до 900°C, более предпочтительно примерно от 580°C до 850°C и наиболее предпочтительно приблизительно от 590°C до 800°C.

В линиях производства узорчатого стекла обработка 10 хлоридом алюминия также проводится в или непосредственно перед лером ввиду рассмотренных здесь преимуществ. Однако в линии получения узорчатого стекла нет оловянной ванны, и вместо этого стекло может формироваться одним или более вальцами, как описано в патенте US 6796146, описание которого настоящим введено ссылкой.

По прочтении приведенного выше описания специалистам могут прийти в голову многие другие свойства, модификации и усовершенствования. Поэтому такие свойства, модификации и усовершенствования рассматриваются как часть настоящего изобретения, объем которого должен определяться следующей формулой.

1. Способ изготовления известково-натриевого стекла, содержащего фракцию стеклоосновы, которая включает, вес.%:

SiO2	67-75
Na2O	10-20
CaO	5-15
Al2O3	0-7
K2O	0-7,

причем способ содержит этапы, на которых:
помещают сырье для стекла в печь для образования стекломассы;
выливают стекломассу на ванну олова, чтобы получить стеклянную полосу;
направляют стеклянную полосу в лер, где стеклянная полоса подвергается отжигу; и
обрабатывают, по меньшей мере, одну основную поверхность стеклянной полосы AlCl₃ в или непосредственно перед лером, когда стеклянная полоса находится при температуре приблизительно от 540°С до 850°С, причем обработка содержит нанесение смеси AlCl₃ и, по меньшей мере, одного растворителя на поверхность стеклянной полосы, причем смесь содержит приблизительно 1-25% AlCl₃.

2. Способ по п.1, в котором указанная обработка содержит нанесение смеси AlCl₃ и, по меньшей мере, одного растворителя на поверхность стеклянной полосы, причем весовое отношение AlCl₃:растворитель в смеси составляет приблизительно от 1:8 до 1:40.

3. Способ по п.1, в котором указанная обработка содержит нанесение смеси AlCl₃ и, по меньшей мере, одного растворителя на поверхность стеклянной полосы, причем весовое отношение AlCl₃:растворитель в смеси составляет приблизительно от 1:10 до 1:20.

4. Способ по п.1, в котором указанная обработка содержит нанесение смеси AlCl₃ и, по меньшей мере, одного растворителя на поверхность стеклянной полосы, причем смесь содержит приблизительно 2-20% AlCl₃.

5. Способ по п.1, в котором указанная обработка содержит нанесение смеси AlCl₃ и, по меньшей мере, одного растворителя на поверхность стеклянной полосы, причем смесь содержит приблизительно 3-15% AlCl₃.

6. Способ по п.1, в котором указанная обработка включает нанесение смеси AlCl₃ и, по меньшей мере, одного растворителя на поверхность стеклянной полосы, причем смесь содержит приблизительно 5-10% AlCl₃.

7. Способ по п.2, в котором растворитель содержит метанол.

8. Способ по п.2, в котором растворитель содержит одно или более из метанола, этанола и изопропилового спирта.

9. Способ изготовления известково-натриевого стекла, причем способ содержит этапы, на которых:
помещают сырье для стекла в печь для образования стекломассы;
направляют стеклянную полосу, образованную из массы, в лер, где стеклянная полоса подвергается отжигу; и
обрабатывают, по меньшей мере, одну главную поверхность стеклянной полосы хлоридом алюминия в или непосредственно перед лером, когда стеклянная полоса находится при температуре примерно от 540°С до 850°С, причем обработка содержит нанесение смеси AlCl₃ и, по меньшей мере, одного растворителя на поверхность стеклянной полосы, причем смесь содержит приблизительно 1-25% AlCl₃.

10. Способ по п.9, в котором указанная обработка содержит нанесение смеси хлорида алюминия и, по меньшей мере, одного растворителя на поверхность стеклянной полосы, причем весовое отношение хлорида алюминия к растворителю в смеси составляет приблизительно от 1:8 до 1:40.

11. Способ по п.9, в котором указанная обработка содержит нанесение смеси хлорида алюминия и, по меньшей мере, одного растворителя на поверхность стеклянной полосы, причем весовое отношение хлорида алюминия к растворителю в смеси составляет приблизительно от 1:10 до 1:20.

12. Способ по п.9, в котором указанная обработка содержит нанесение смеси AlCl₃ и, по меньшей мере, одного растворителя на поверхность стеклянной полосы, причем смесь содержит приблизительно 2-20% AlCl₃.

13. Способ по п.9, в котором указанная обработка включает нанесение смеси AlCl₃ и, по меньшей мере, одного растворителя на поверхность стеклянной полосы, причем смесь содержит примерно 3-15% AlCl₃.

14. Способ по п.9, в котором указанная обработка содержит нанесение смеси хлорида алюминия и, по меньшей мере, одного растворителя на поверхность стеклянной полосы, причем смесь содержит приблизительно 5-10% хлорида алюминия.

15. Способ по п.10, в котором растворитель содержит метанол.

16. Способ по п.10, в котором растворитель содержит одно или более из метанола, этанола и изопропилового спирта.

17. Устройство изготовления известково-натриевого стекла, причем устройство содержит:
печь, в которую вводится сырье для стекла с получением стекломассы;
лер, где стеклянная полоса, образованная из стекломассы, подвергается отжигу; и
средство обработки, по меньшей мере, одной главной поверхности стеклянной полосы хлоридом алюминия в или непосредственно перед лером, причем стеклянная полоса находится при температуре примерно от 540°С до 850°С, причем обработка содержит нанесение смеси AlCl₃ и, по меньшей мере, одного растворителя на поверхность стеклянной полосы, причем смесь содержит приблизительно 1-25% AlCl₃.

18. Устройство по п.17, в котором, по меньшей мере, часть средства обработки находится в лере.

19. Устройство по п.17, в котором, по меньшей мере, часть средства обработки расположена до лера.

20. Устройство по п.17, дополнительно содержащее ванну олова до лера.