Натриево-известковое стекло , также называемое натриево-известково-кремнеземным стеклом , является наиболее распространенным типом стекла , используемым для изготовления оконных стекол и стеклянной тары (бутылок и банок) для напитков, продуктов питания и некоторых товаров. Некоторые стеклянные формы для выпечки изготавливаются из известково-натриевого стекла, в отличие от более распространенного боросиликатного стекла . [1] Натриево-кальциевое стекло составляет около 90% производимого стекла. [2] [3]
Натриево-известковое стекло относительно недорогое, химически стабильное, достаточно твердое и чрезвычайно технологичное. Поскольку его можно многократно размягчать и переплавлять, он идеально подходит для вторичной переработки стекла . [4] Он используется вместо химически чистого кремнезема , который представляет собой диоксид кремния (SiO 2 ), иначе известный как плавленый кварц . В то время как чистый диоксид кремния обладает превосходной стойкостью к тепловому удару , будучи способным выдерживать погружение в воду, будучи раскаленным докрасна, его высокая температура плавления (1723 ° C ) и вязкость затрудняют работу. [5] Поэтому для упрощения обработки добавляются другие вещества. Один из них - «сода» или карбонат натрия.(Na 2 CO 3 ), что снижает температуру стеклования. Однако сода делает стекло водорастворимым , что обычно нежелательно. Чтобы обеспечить лучшую химическую стойкость, также добавляется « известь ». Это оксид кальция (CaO), обычно получаемый из известняка . Кроме того, оксид магния (MgO) и оксид алюминия, который представляет собой оксид алюминия (Al 2 O 3 ), способствуют долговечности. Полученное стекло содержит от 70 до 74 мас.% Диоксида кремния.
Процесс производства натриево-кальциевого стекла заключается в плавлении сырья , которое представляет собой кремнезем, соду, известь (в форме (Ca (OH) 2 ), доломит (CaMg (CO 3 ) 2 ) , из которого образуется оксид магния). ) и оксид алюминия, а также небольшие количества осветляющих веществ (например, сульфата натрия (Na 2 SO 4 ), хлорида натрия (NaCl) и т. д.) в стекловаренной печи при температуре до 1675 ° C. [6]Температура ограничена только качеством материала конструкции печи и составом стекла. Вместо чистых химикатов обычно используются относительно недорогие минералы, такие как трона , песок и полевой шпат . Зеленые и коричневые бутылки получают из сырья, содержащего оксид железа . Смесь сырья называется партией .
Натриево-известковое стекло технически подразделяется на стекло, используемое для окон, называемое плоским стеклом , и стекло для контейнеров, называемое тарным стеклом . Эти два типа различаются по применению, способу производства ( флоат-процесс для окон, выдувание и прессование для контейнеров) и химическому составу. Листовое стекло имеет более высокую оксида магния и натрия оксида содержание , чем тарного стекла, и нижний диоксид кремния, оксид кальция и оксид алюминия содержание. [7] Из-за более низкого содержания водорастворимых ионов (натрия и магния) в тарном стекле происходит его немного более высокая химическая стойкость. от воды, которая особенно необходима при хранении напитков и продуктов.
Типовые составы и свойства [ править ]
Вязкость натриево-кальциевого стекла неуклонно увеличивается с понижением температуры, что позволяет выполнять операции с постоянно увеличивающейся точностью. Стекло легко превращается в предметы, когда оно имеет вязкость 10 4 пуаз , обычно достигаемую при температуре около 900 ° C. Стекло размягчается и подвергается устойчивой деформации при вязкости менее 10 8 пуаз, около 700 ° C. Хотя натриево-кальциевое стекло очевидно затвердевшее, оно тем не менее может быть отожжено для снятия внутренних напряжений примерно за 15 минут при 10 14 пуаз, около 500 ° C. Связь между вязкостью и температурой в значительной степени логарифмическая, с уравнением Аррениусасильно зависит от состава стекла, но энергия активации увеличивается при более высоких температурах. [9]
В следующей таблице перечислены некоторые физические свойства известково-натриевых стекол. Если не указано иное, состав стекла и многие экспериментально определенные свойства взяты из одного большого исследования. [7] Значения, выделенные курсивом , были интерполированы для аналогичных составов стекла (см. Расчет свойств стекла ) из-за отсутствия экспериментальных данных.
| Характеристики | Тарное стекло | Плоское стекло | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Химический состав, мас.% |
|
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Журнал вязкости (η, дПа · с или пуаз) = A + B / ( T в ° C - T 0 ) |
|
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Стеклования температуры , Т г | 573 ° С (1063 ° F) | 564 ° С (1047 ° F) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Коэффициент теплового расширения , ppm / K, ~ 100–300 ° C (212–572 ° F) | 9 | 9,5 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Плотность при 20 ° C (68 ° F), г / см 3 | 2,52 | 2,53 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Показатель преломления n D при 20 ° C (68 ° F) | 1,518 | 1,520 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Дисперсия при 20 ° C (68 ° F), 10 4 × ( n F - n C ) | 86,7 | 87,7 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Модуль Юнга при 20 ° C (68 ° F), ГПа | 72 | 74 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Модуль сдвига при 20 ° C (68 ° F), ГПа | 29,8 | 29,8 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Температура ликвидуса | 1040 ° С (1900 ° F) | 1000 ° C (1830 ° F) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Тепловая емкость при температуре 20 ° C (68 ° F), Дж / (моль · К) | 49 | 48 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Поверхностное натяжение , при ~ 1300 ° С (2370 ° F), мДж / м 2 | 315 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Химическая стойкость , гидролитический класс , после того, как ISO 719 [10] | 3 | 3 ... 4 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Коэффициент критической интенсивности напряжений , [11] (K IC ), МПа · м 0,5 | ? | 0,75 |
- Коэффициент восстановления (стеклянная сфера по сравнению со стеклянной стенкой): 0,97 ± 0,01 [12]
- Теплопроводность : 0,7–1,3 Вт / (м · К) [13]
- Твердость (шкала Мооса) : 6 [14]
- Твердость по Кнупу : 585 кг / мм 2 + 20 [ необходима ссылка ]
См. Также [ править ]
- Расчет партии стекла
Ссылки [ править ]
- ↑ Эстес, Адам Кларк (16 марта 2019 г.). «Споры о стекле Pyrex, которые просто не умрут» . Gizmodo . Проверено 22 марта 2019 .
- ^ «Боросиликатное стекло против натронно-известкового стекла? - Rayotek News» . rayotek.com . Архивировано 23 апреля 2017 года . Проверено 23 апреля 2017 года .
- ↑ Робертсон, Гордон Л. (22 сентября 2005 г.). Упаковка для пищевых продуктов: принципы и практика (второе изд.). CRC Press. ISBN 978-0-8493-3775-8. Архивировано 2 декабря 2017 года.
- ^ «Карбонат кальция - Производство стекла» . congcal.com . конгкал . Проверено 5 августа 2013 года .
- ^ "Стекло - химическая энциклопедия" . Архивировано 2 апреля 2015 года . Проверено 1 апреля 2015 года .
- ^ BHWS де Йонг, "Стекло"; в «Энциклопедии промышленной химии Ульмана»; Издание 5-е, т. A12, VCH Publishers, Weinheim, Germany, 1989, ISBN 978-3-527-20112-9 , стр. 365–432.
- ^ a b «База данных свойств высокотемпературного расплава стекла для моделирования процессов»; Ред .: Томас П. Сьюард III и Тереза Васкотт; Американское керамическое общество, Вестервиль, Огайо, 2005 г., ISBN 1-57498-225-7
- ^ «Содалимовое оптическое стекло - внутреннее пропускание (2 мм)» . vpglass.com . Архивировано 9 сентября 2011 года . Проверено 24 августа 2013 .
- ^ Томас Х. Сандерс младший "Поведение вязкости оксидных стекол" . Coursera.
- ^ "ISO 719: 1985 - Стекло - Гидролитическая стойкость стеклянных зерен при 98 градусах C - Метод испытания и классификация" . iso.org .
- ^ Wiederhorn, С. М. (1969). «Энергия напряжения разрушения стекла». Журнал Американского керамического общества . 52 (2): 99–105. DOI : 10.1111 / j.1151-2916.1969.tb13350.x .
- ^ Gondret, P .; М. Лэнс; Л. Пети (2002). «Подпрыгивающее движение сферических частиц в жидкостях» . Физика жидкостей . 14 (2): 643–652. DOI : 10.1063 / 1.1427920 .
- ^ Janssen, LPBM, Warmoeskerken, MMCG, 2006. Сопутствующие данные о явлениях переноса. Делфт: ВВСД.
- ^ "Свойства материала натронно-известкового (флоат-стекла) :: MakeItFrom.com" . makeitfrom.com .
