Патент на изобретение №2211809

(54) КОМПОЗИЦИЯ НАТРИЕВО-КАЛЬЦИЕВО-СИЛИКАТНОГО СТЕКЛА ДЛЯ КОНТЕЙНЕРОВ (ВАРИАНТЫ) И СТЕКЛЯННЫЙ КОНТЕЙНЕР

(57) Реферат:

Композиция стекла предназначена для контейнеров, уменьшает пропускание УФ-света ниже длины волны, приблизительно равной 400 нм, при этом композиция обладает свойствами в отношении плавления и формования, подобными свойствам натриево-кальциево-силикатного стекла. Техническая задача – создание композиции стекла для контейнеров, которая поглощает УФ-свет и предохраняет жидкости, такие как шампанское и вино, от нежелательного воздействия УФ-света. Композиция стекла имеет следующий состав, вес.%: SiO₂ 69-74, Na₂O 11-15, CaO 9-13, MgO 0,005-3,0, K₂O 0,005-1,0, SO₃ 0,1-0,5, Fe₂O₃+FeO 0,3-1,0, MnO+MnO₂ 2,0-3,1. 4 с. и 6 з.п.ф-лы, 5 табл.

Изобретение касается композиции стекла для контейнеров, поглощающей ультрафиолетовый свет, содержащей SiO₂, Al₂O₃, Na₂O, CaO, MgO, K₂O, SO₃, предпочтительно приблизительно от 0,4 до 0,8 весовых процентов FeO + Fе₂O₃ и приблизительно от 7 до 3 весовых процентов МnО + МnО₂, исходя из веса композиции стекла.

Желательно создать композицию флинтгласа для контейнеров практически бесцветную или слегка окрашенную, которая обеспечивает изготовление контейнеров из относительно бесцветного прозрачного флинтгласа, которые поглощали бы УФ-свет таким образом, чтобы предохранять жидкость, находящуюся внутри, такую как шампанское или вино.

В отношении предшествующего уровня техники, демонстрирующего наличие Fe₂O₃ или любого количества МnО в композиции стекла, имеются следующие документы:
1. Central Glass Co. U.S. Patent 5362689.

2. Corning (Morgan) U.S. Patent 5422755.

3. Guardian Industries U.S. Patent 5214008.

4. Ferro (Roberts) U.S. Patent 4859637.

5. Chemical Composition of Container Glasses – Sharp (Table 1) 1930’s.

Central Glass Co. U.S. Patent 5362689 описывает композицию листового натриево-кальциево-силикатного стекла, которая содержит Fe₂O₃ 0,1-0,60 и 5-350 миллионных долей МnО. МnО используется в следовых количествах. Ингредиентами, поглощающими ультрафиолет, по-видимому, являются СеO₂, TiO₂ и SО₃. В cтолбце 5, строках 55-66, описывается добавление очень малых количеств МnО, и, кроме этого, обсуждается запрещение использования более значительных количеств МnО.

Corning (Morgan) U.S. Patent 5422755 описывает композицию натриево-калиево-силикатного стекла для линз в офтальмологии. Описывается использование V₂O₅ (1,5-3,5%) и MnO₂ (1-4%). Проводится обсуждение использования Fе₂О₃ или оксида кальция в композиции стекла.

Guardian Industries U.S. Patent 5214008 демонстрирует композицию натриево-кальциево-силикатного стекла для плоского стекла. Описываются СеО₂ и другие ингредиенты, поглощающие УФ-свет, такие как TiO₂, МоО₂, V₂O₅ и Fе₂О₃, например в столбце 2, строках 28-50.

Ferro (Roberts) U.S. Patent 4859637 демонстрирует композицию не содержащего свинца стекла, содержащую вещество, поглощающее УФ-свет, выбираемое из группы, состоящей из оксида церия, оксида марганца, оксида железа, оксида кобальта, оксида меди, оксида ванадия и оксида молибдена. Стекло используется вместе с керамическим пигментом для получения композиции чернил.

Reprint “Chemical Composition of Commercial Glasses”. (Sharp) демонстрирует в Таблице 1 некоторые прежние композиции натриево-кальциево-силикатного стекла, содержащие (0,54-0,9) Fе₂О₃ и малые количества (0,61-0,97) МnО, вероятно присутствующие в результате загрязнения.

Целью настоящего изобретения является создание композиции флинтгласа для контейнеров, относительно прозрачной, бесцветной, содержащей оксиды железа и оксиды марганца, которые поглощают УФ-свет и тем самым предохраняют жидкости, такие как шампанское и вино, от нежелательного воздействия УФ-света.

Целью настоящего изобретения является создание композиции натриево-кальциево-силикатного стекла для контейнеров, поглощающей ультрафиолетовый свет, которая практически содержала бы следующие ингредиенты в приблизительных весовых процентных количествах:
Ингредиенты – Вес
SiO₂ – 69-7
Na₂О – 11-15
CaO – 9-13
МgО – 0,5-2
К₂О – 0,1-0,5
SO₃ – 0,1-0,5
Fe₂O₃+FeO – 0,4-0,8
MnO+MnО₂ – 2,0-3,0
Эти и другие цели будут очевидны из приведенных далее технического описания и формулы изобретения.

Настоящее изобретение предлагает композицию натриево-кальциево-силикатного стекла для контейнеров, которая по существу содержит следующие ингредиенты в приблизительных весовых процентных количествах:
Ингредиенты – Вес
SiO₂ – 69-74
Na₂O – 11-15
CaO – 9-13
МgО – 0,005-3,0
K₂O – 0,005-1,0
SO₃ – 0,1-0,5
Fe₂O₃+FeO – 0,3-1,0
МnО+МnО₂ – 2,0-3,1
Настоящее изобретение также предпочтительно предлагает следующее:
Ингредиенты – Вес
SiO₂ – 69-74
Na₂O – 11-15
CaO – 9-13
МgО – 0,5-2
K₂O – 0,1-0,5
SO₃ – 0,1-0,5
Fe₂O₃+FeO – 0,4-0,8
МnО+МnО₂ – 2,0-3,0
Следующие далее примеры иллюстрируют настоящее изобретение.

Пример 1
Композиция флинтгласа для контейнеров, поглощающего УФ-свет, была изготовлена путем смешивания ингредиентов, входящих в загрузку сырья, в том числе кварца, кальцинированной соды, нитрата натрия, карбоната калия, оксида алюминия, сульфата натрия, оксидов железа и оксидов марганца, и плавления загрузки для получения композиции стекла для контейнеров (BDB-1), которая содержит следующие ингредиенты, в приблизительных весовых процентных количествах:
Ингредиенты – Вес
Cl₂ – 0,0043
Na₂O – 13,4096
K₂O – 0,3412
МgО – 0,0053
CaO – 11,0386
МnО+МnО₂ – 2,0070
SrO – 0,0020
BaO – 0,0005
Al₂O₃ – 8,6059
Fe₂O₃+FeO – 0,4015
SiO₂ – 70,8110
SO₃ – 0,3714
Стекло было расплавлено при 2700^oF (1482,2^oС) в течение приблизительно 61/4 часов в газовой печи с подачей избыточного количества воздуха и в атмосфере, окисляющей загруженную партию сырья. Стекло может быть обработано так же, как и натриево-кальциево-силикатное стекло, и оно поглощает ультрафиолетовый свет.

Количество каждого вещества, входящего в загрузку сырья, для Примера 1 приводится ниже:
Композиция DBD-1
Вещества сырья – Граммы
Кварц – 354,26
Кальцинированная сода – 112,81
Нитрат натрия – 3,54
Карбонат кальция – 96,14
Карбонат марганца – 2,50
Оксид алюминия – 1,91
Сульфат кальция – 3,04
Оксиды железа – 1,97
Оксиды марганца – 12,32
Пример 2
Следуя процедуре Примера 1, были изготовлены дополнительные расплавы D-1, D-2, D-3, D-4, D-5 и D-6 в соответствии с табл.1.

Композиции стекла по Примеру 1 (DBD-1) и по Примеру 2 (от D1 до D6) были протестированы, и было обнаружено, что они уменьшают пропускание ультрафиолетового света и в дополнение к этому oбладают свойствами в отношении плавления и формования, подобными свойствам коммерчески пригодного натриево-кальциево-силикатного стекла.

Анализами стекла в отношении УФ-света для расплавов от D1 до D6 (Пример 2) были следующие:
Анализ DОЕ для стекла в отношении УФ-света для расплавов серии “D”
Измеряемыми величинами были доминирующая длина волны, яркость и чистота для серии “D”, расплавы стекла анализировались при помощи программы АNОVA для того, чтобы определить какой-либо значительный эффект, процентный вклад и достоверность теста. Табл.2 приводит итоговые результаты, полученные по этим тестам.

Ниже следует подробное описание сформованных расплавов D1, D2, D3, D4, D5 и D6, поглощающих УФ-свет (см. табл.2).

Далее представлены результаты для программы ANOVA (см. табл.3-5).

Заключения представляют собой:
Доминирующая длина волны:
Значительные компоненты: Mn 12%, Fe 28%.

Ошибка 60% = граничные испытания (0-60% хорошо, 60-80% пограничный результат, >80% плохо).

Яркость:
Значительные компоненты: Мn 51%.

Незначительные:
Ошибка 60% = граничные испытания (0-60% хорошо, 60-80% пограничный результат, >80% плохо).

Чистота:
Значительные компоненты: Мn 74%, Fe 12%.

Ошибка 14% = хороший тест.

Используемое отношение Мn к Fe представляет собой один из параметров, который уменьшает до минимума окраску и обеспечивает максимальное поглощение УФ-света. Например, D-1 (Mn/Fe = 5,64/1) имеет бледно-желтую или янтарную окраску. Небольшое количество кобальта может быть использовано для получения стекла, имеющего слабую зеленую окраску. D-2 обеспечивает несколько лучшую защиту от УФ-света и имеет бледно или слабо зеленовато-желтую окраску (Mn/Fe= 3,71/1). D-3 (Mn/Fe=2,92/1) обеспечивает несколько лучшую защиту от УФ-света, чем D-2, и имеет слабо зеленую окраску. D-4 имеет бледно пурпурную окраску (избыток Мn⁺³) и отношение = 8,46/1. D-5 приблизительно соответствует D-3 в отношении защиты от УФ-света, отношение = 5,57/1. D-6 обеспечивает плохую защиту от УФ-света и имеет незначительно более темную зеленовато-желтую окраску, отношение = 4,23/1.

Отношение Mn/Fe в общем случае может находиться в пределах от приблизительно 2,8/1 до приблизительно 6,5/1. Наилучшими результатами в общем случае являются величины в диапазоне приблизительно от 5,2/1 до 5,8/1 в том, что касается отношения Mn/Fe.

Оксид марганца добавляется для того, чтобы окислить железо до состояния +3, в котором оно представляет собой ингредиент, поглощающей УФ-свет. Мn⁺³ имеет пурпурную окраску в стекле, но он становится бесцветным в состоянии +2 по мере того, как железо окисляется.

Формула изобретения

1. Композиция натриево-кальциево-силикатного стекла для контейнеров, состоящая, по существу, из следующих ингредиентов, вес. %:
SiO₂ – 69-74
Na₂O – 11-15
CaO – 9-13
МgО – 0,005-3,0
K₂O – 0,005-1,0
SO₃ – 0,1-0,5
Fe₂O₃+FeO – 0,3-1,0
МnО+МnО₂ – 2,0-3,1
2. Композиция по п. 1, в которой поглощение УФ-света в диапазоне от 290 до 390 нм превышает поглощение для натриево-кальциево-силикатного флинтгласа.

3. Композиция по п. 1, в которой по меньшей мере приблизительно 80% от полного содержания железа находится в состоянии железа, имеющего валентность 3.

4. Композиция по п. 1, в которой количество MnO + МnО₂ находится в пределах приблизительно от 2,2 до 2,8 вес. %.

5. Композиция по п. 1, в которой количество MnO + МnO₂ находится в пределах приблизительно от 2,4 до 2,6 вес. %.

6. Композиция по п. 1, в которой первоначальное содержание железа имеет место в форме Fe₂O₃ и FeO, а отношение Fe²⁺/Fe³⁺ находится в пределах приблизительно от 0,3 до 0,1.

7. Композиция по п. 1, в которой количество FeO + Fе₂O₃ приблизительно составляет 0,6 вес. %, а количество MnO + МnО₂ находится в диапазоне приблизительно от 2 до 3 вес. %.

8. Стеклянный контейнер, полученный из композиции стекла по п. 1.

9. Композиция натриево-кальциево-силикатного стекла для контейнеров, составленная из следующих ингредиентов, вес. %:
SiO₂ – 69-74
Na₂O – 11-15
CaO – 9-13
МgО – 0,005-3,0
K₂O – 0,005-1,0
SO₃ – 0,1-0,5
и от 0,4 до 0,8 вес. % FeO + Fе₂О₃ и от 2 до 3 вес. % MnO + МnО₂, исходя из композиции натриево-кальциево-силикатного стекла.

10. Композиция натриево-кальциево-силикатного стекла, которая поглощает УФ-свет и практически состоит из следующих ингредиентов, вес. %:
SiO₂ – 69-74
Na₂О – 11-15
CaO – 9-13
МgО – 0,5-2
К₂О – 0,1-0,5
SO₃ ^– – 0,1-0,5
Fe₂O₃+FeO – 0,4-0,8
MnO+MnО₂ – 2,0-3,0

РИСУНКИ