Содово-известковое стекло
Натриево-известковое стекло , также называемое натриево-известково-силикатным стеклом , является наиболее распространенным типом стекла , используемым для оконных стекол и стеклянной тары (бутылок и банок) для напитков, продуктов питания и некоторых товаров. Некоторые стеклянные формы для выпечки изготавливаются из натриево-известкового стекла, в отличие от более распространенного боросиликатного стекла . [1] Натриево-известковое стекло составляет около 90% выпускаемого стекла. [2] [3]
Производство
[ редактировать ]Процесс производства натриево-известкового стекла заключается в плавлении сырья , которым являются кремнезем, сода, известь (в виде (Ca(OH) 2 ), доломит (CaMg(CO 3 ) 2 ), дающая оксид магния. ) и оксида алюминия вместе с небольшими количествами осветлителей (например, сульфата натрия (Na 2 SO 4 ), хлорида натрия (NaCl) и др.) в стекловаренной печи при температуре локально до 1675 °С. [4] Температура ограничивается только качеством материала конструкции печи и составом стекла. относительно недорогие минералы, такие как трона , песок и полевой шпат Вместо чистых химикатов обычно используются . Зеленые и коричневые бутылки получают из сырья, содержащего оксид железа . Смесь сырья называется партией .
Приложения
[ редактировать ]Натриево-известковое стекло технически делится на стекло, используемое для окон, называемое плоским стеклом , и стекло для контейнеров, называемое тарным стеклом . Эти два типа различаются применением, методом производства ( флоат-процесс для окон, выдувание и прессование для контейнеров) и химическим составом. Листовое стекло имеет более высокое содержание оксида магния и оксида натрия , чем тарное стекло, и более низкое содержание кремнезема, оксида кальция и оксида алюминия . [5] Благодаря более низкому содержанию хорошо растворимых в воде ионов (натрия и магния) в тарном стекле достигается несколько более высокая химическая стойкость к воде, что особенно необходимо для хранения напитков и продуктов питания.
Типичные составы и свойства
[ редактировать ]Натриево-известковое стекло относительно недорогое, химически стабильное, достаточно твердое и чрезвычайно работоспособное. Поскольку его можно многократно размягчать и переплавлять, он идеально подходит для переработки стекла . [6] Его используют вместо химически чистого кремнезема (SiO 2 ), также известного как плавленый кварц . В то время как чистый кремнезем обладает превосходной устойчивостью к тепловому удару и способен выдерживать погружение в воду, пока он раскален докрасна, его высокая температура плавления (1723 °C ) и вязкость затрудняют работу с ним. [7] Поэтому для упрощения обработки добавляются другие вещества. Одним из них является «сода» или оксид натрия (Na 2 O), который добавляют в форме карбоната натрия или родственных предшественников. Сода снижает температуру стеклования. Однако сода делает стекло водорастворимым , что обычно нежелательно. Чтобы обеспечить лучшую химическую стойкость, известь также добавляют . Это оксид кальция (CaO), обычно получаемый из известняка . Кроме того, оксид магния (MgO) и оксид алюминия ( Al 2 O 3 долговечности способствуют ). Полученное стекло содержит от 70 до 74% кремнезема по весу.
натриево-известкового стекла постоянно увеличивается Вязкость с понижением температуры, что позволяет выполнять операции с постоянно возрастающей точностью. Стекло легко формуется в предметы, если оно имеет вязкость 10 4 пуаз , обычно достигается при температуре около 900 °C. Стекло размягчается и подвергается устойчивой деформации при вязкости менее 10. 8 пуаз, около 700°С. Несмотря на кажущуюся закалку, натриево-известковое стекло, тем не менее, можно отжигать для снятия внутренних напряжений в течение примерно 15 минут при температуре 10°С. 14 пуаз, около 500°С. Зависимость между вязкостью и температурой в значительной степени логарифмическая, причем уравнение Аррениуса сильно зависит от состава стекла, но энергия активации увеличивается при более высоких температурах. [8]
В следующей таблице перечислены некоторые физические свойства натриево-известковых стекол. Если не указано иное, составы стекол и многие экспериментально определенные свойства взяты из одного большого исследования. [5] Значения, выделенные курсивом , были интерполированы из аналогичных составов стекла (см. расчет свойств стекла ) из-за отсутствия экспериментальных данных.
| Характеристики | Тарное стекло | Плоское стекло | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Химическая композиция, вес% |
|
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Вязкость log(η, дПа·с или пуаз) знак равно А + B / ( Т в °C - Т 0 ) |
|
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Стеклянный переход температура , Т гр | 573 ° С (1063 ° F) | 564 ° С (1047 ° F) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Коэффициент тепловое расширение , ppm/K, ~ 100–300 ° C (212–572 ° F) | 9 | 9.5 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Плотность при 20 °С (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 × ( п F - п 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 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| жидкость температура | 1040 ° С (1900 ° F) | 1000 ° С (1830 ° F) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Нагревать емкость при 20 °C (68 °F), Дж/(моль·К) | 49 | 48 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Поверхностное натяжение , при ~1300 °C (2370 °F), мДж/м 2 | 315 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Химическая стойкость , Гидролитический класс , после ISO 719 [9] | 3 | 3...4 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Критический стресс коэффициент интенсивности , [10] (K IC ), МПа.м 0.5 | ? | 0.75 |
- Коэффициент реституции (стеклянная сфера или стеклянная стена): 0,97 ± 0,01. [11]
- Теплопроводность : 0,7–1,3 Вт/(м·К) [12]
- Твердость (по шкале Мооса) : 6 [13]
- Твердость по Кнупу : 585 кг/мм. 2 + 20 [ нужна ссылка ]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Эстес, Адам Кларк (16 марта 2019 г.). «Спор о стекле из пирекса, который не утихнет» . Гизмодо . Проверено 22 марта 2019 г.
- ^ «Боросиликатное стекло против натриево-известкового стекла? - Новости Rayotek» . rayotek.com . Архивировано из оригинала 23 апреля 2017 года . Проверено 23 апреля 2017 г.
- ^ Робертсон, Гордон Л. (22 сентября 2005 г.). Упаковка пищевых продуктов: принципы и практика (второе изд.). ЦРК Пресс. ISBN 978-0-8493-3775-8 . Архивировано из оригинала 2 декабря 2017 года.
- ^ BHWS де Йонг, «Стекло»; в «Энциклопедии промышленной химии Ульмана»; 5-е издание, том. А12, Издательство VCH, Вайнхайм, Германия, 1989 г., ISBN 978-3-527-20112-9 , стр. 365–432.
- ^ Jump up to: а б «База данных свойств высокотемпературного стеклоплавления для моделирования технологических процессов»; Редакторы: Томас П. Сьюард III и Тереза Васкотт; Американское керамическое общество, Вестервилль, Огайо, 2005 г., ISBN 1-57498-225-7
- ^ «Карбонат кальция – стекольное производство» . congcal.com . конгкал. 28 июня 2012 года . Проверено 5 августа 2013 г.
- ^ Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . ISBN 978-0-08-037941-8 .
- ^ Томас Х. Сандерс-младший «Вязкость оксидных стекол» . Курсера.
- ^ «ISO 719:1985 – Стекло. Гидролитическая стойкость стеклянных зерен при 98 градусах Цельсия. Метод испытаний и классификация» . iso.org .
- ^ Видерхорн, С.М. (1969). «Энергия напряжения разрушения стекла». Журнал Американского керамического общества . 52 (2): 99–105. дои : 10.1111/j.1151-2916.1969.tb13350.x .
- ^ Гондре, П.; М. Ланс; Л. Пети (2002). «Отскакивающее движение сферических частиц в жидкостях» . Физика жидкостей . 14 (2): 643–652. дои : 10.1063/1.1427920 .
- ^ Янссен, LPBM, Warmoeskerken, MMCG, 2006. Сопутствующий источник данных о транспортных явлениях . Делфт: ВВСД.
- ^ «Свойства материала натриево-известкового (флоат) стекла :: MakeItFrom.com» . makeitfrom.com .