使用五水硼砂的节能型钠钙硅酸盐玻璃组合物的制作方法
【专利说明】
[0001] 以下的说明书具体描述了本发明和本发明的实施方式：
技术领域
[0002] 本发明涉及一种使用五水硼砂的节能型钠钙硅酸盐玻璃组合物。具体而言，本发 明涉及一种在生产上述不同工业玻璃时通过使用低成本的五水硼砂（Na 2B407 ? 5H20 ;47~ 48重量％ B203, 21~22重量％ Na20以及30~31重量％ H20)作为原料来引入氧化硼，同 时通过引入来源于五水硼砂的Na20来代替使用苏打灰作为Na 20源。此钠钙硅酸盐玻璃通 过用五水硼砂代替25~100重量％的苏打灰原料来制造。另外，CaO组分也被五水硼砂的 Na 20所代替。此举使得玻璃基质中通过代替Si(V#量而同时引入B 203。对发明的玻璃的 特性表征是通过对其不同的性质例如热膨胀系数（CTE)、玻璃化转变温度（T g)、玻璃变形温 度（Td)、折射率、透射光谱以及机械性能等进行评价而完成的。以最佳量（28. 5~30. 3重 量％ B203)加入五水硼砂对钠钙硅酸盐玻璃的玻璃熔融温度的影响也通过粘度测量和加热 阶段的微观研究来进行评价，发现玻璃熔融温度降低了 150~200°C。该玻璃熔融温度的降 低实质上节约了能量和降低了生产成本。其排除了苏打灰和石灰石的使用，因而降低了二 氧化碳（C0 2)的排放从而减轻了全球变暖；所以对环境无害。而且，其给玻璃工业带来了巨 大的利益，同时开辟了五水硼砂的新应用。观察到向本发明的硅酸盐玻璃中引入氧化硼降 低了其热膨胀系数，提高了其折射率和硬度。所以，玻璃被评价的性质显示出本发明的玻璃 适用于生产改进了品质的容器玻璃、浮法玻璃和用于眼科用镜片坯的玻璃。
[0003] 发明背景
[0004] 本发明涉及一种改进的钠钙硅酸盐浮法玻璃和容器玻璃组合物，该组合物能够在 熔融和成形阶段产生经济优势，且具有优异的性质例如机械、热和物理性能。为了达到平板 /容器玻璃产品的生产和之后的加工中所必需的一系列性质，商业上生产的浮法和容器玻 璃的组成被标准化在一个窄的范围内。改变一种或多种成分来变换组成以调节一种性能通 常对至少一种或多种其它性能具有相反的影响。考虑到使熔融温度最低、表面耐磨性、表面 耐候性、对耐火材料的低腐蚀性、回火性以及最重要的生产成本，用于生产平板和容器玻璃 的玻璃组合物被标准化。已经确定的是，降低玻璃中的二氧化硅量和或增加碱含量能够降 低玻璃的熔融温度和减少用于熔融的能耗，但是这样做会降低玻璃产品的表面耐久性。玻 璃耐久性的损失可以通过调整其它组分来补偿，但会导致加工范围的缩小，例如玻璃能够 不失透而成形的温度范围的缩小。因此，对于平板玻璃的制造者、特别是浮法玻璃的生产者 而言，为了达到熔融优势、节能、维护和/或改进的性质而改变组成是不切实际的。玻璃工 业中有许多使用不同生产工艺的领域（sector)。
[0005] 市售的钠钙硅酸盐玻璃的用途随着房地产的增长而迅猛增加，因为这些玻璃势必 会提升商业/住宅建筑物的美观。除了美观，这些玻璃还被用于保护建筑物不受自然灾害 和阳光等的侵害，以控制室内的氛围。这些玻璃通常用于平板玻璃（汽车和建筑）、玻璃容 器（食品、饮料、香水和药物）和许多其它玻璃工业中。
[0006] 平板玻璃领域（通常也称为浮法玻璃领域，基于在制造平板玻璃中的生产工艺的 名称）的年产量大约为500万吨玻璃，其中住宅和商业建筑以及汽车工业占到了市场的 80%。平板玻璃工业主要为汽车（层压和强化玻璃）和建筑（窗户和门）市场生产玻璃。 这两个领域分别占到平板玻璃总出货量的60%和30%。其余的则是用于例如镜子、太阳能 板、标识和光学玻璃等领域。
[0007] 容器玻璃领域是玻璃工业中最大的生产者。容器玻璃工业的需求预计将以每年 2. 2%的速率扩张。玻璃容器工业表现为一个非常稳健的市场。饮料瓶占该工业的最大份 额，其中啤酒瓶是领头羊，葡萄酒瓶和非酒精饮料瓶紧随其后。食品容器市场也占有很大的 份额，其它领域包括盥洗用品、化妆品和实验室玻璃器皿。着色玻璃在该工业中十分突出， 有用于啤酒的琥珀色（深棕色）容器和用于葡萄酒的多种绿色容器。透明玻璃、无色玻璃 (flint glass)则用于食品和饮品。
[0008] 其它玻璃工业包括照明设备；用于视屏、电视机和太阳能电池板的技术玻璃；绝 缘玻璃（纤维）；泡沫玻璃；和许多其它"特种"玻璃。
[0009] 玻璃工业是一个不断增长的市场，其中最新技术被持续改进以确保精密制品的生 产能够更快速和更廉价。另外，新的技术特种玻璃和功能性玻璃正不断地引入市场，例如防 弹玻璃、多层层压玻璃和自洁玻璃。通过浮法工艺生产且具有大约510°C的应变点的钠钙硅 酸盐玻璃也被用作等离子体显示器的基材（美国专利第5780373号和第5858987号）。
[0010] 由于建筑、汽车和消费性包装品工业对于其玻璃产品有新的技术和功能性要求， 对高质量钠钙硅酸盐玻璃的需求会持续增长一一现在和可预见的未来。
[0011] 因此，全世界的研究人员都在致力于开发更低成本的改进了性质的基于钠钙硅酸 盐的商业玻璃。
[0012] 目前为了生产钠钙硅酸盐玻璃，使用苏打灰、石灰石和二氧化硅。本发明涉及利用 低成本的五水硼砂原料代替市售可得的钠钙硅酸盐玻璃中的苏打灰和石灰石（Na 20和CaO) 以生产改进了性质的玻璃，即改进的热、机械、耐久性以及最重要的降低熔融温度从而达到 生产节能。
[0013] 美国专利第5071796号（James V ? Jones和S ? M ? Ohlberg)披露了具有改进 的熔融和回火性质的平板玻璃组合物。这些玻璃具有比标准的市售钠钙硅酸盐玻璃更低 的熔融温度，并且是通过用二氧化硅部分代替高熔点的氧化铝而达到的。然而，该发明的 不足之处在于没有提及最重要的例如对光学领域中的应用尤其是对窗玻璃而言所必需的 光学性质。他们开发的玻璃的热膨胀系数（CTE)比标准浮法玻璃（8. 62X 10 6/°C)要高 (10. 44X 10 6/°C )。这将最终削弱玻璃的耐热冲击性。
[0014] 可以参考美国专利第346768号（Ernst Winter等人），其中报道了含有钒的钠钙 硅酸盐玻璃的开发，其呈现出对小于350nm的波长的高UV吸收，这种玻璃可用于制造玻璃 容器，例如运输和储藏牛奶、酸奶、含有维生素的果汁等的UV敏感性食品的瓶子。据称这种 玻璃可以通过节省成本的方式生产，但是对如何达到该节省成本的细节并没有详细阐明。 然而，该发明的主要缺陷在于其没有将其他的必需性质例如热、机械、光透性等与标准的市 售可得的钠钙硅酸盐玻璃进行比较。
[0015] 还可以参考美国专利第5362689号（Shigeki Morimoto等人），其涉及一种适用于 建筑物和汽车车窗的、在可见光透射率和红外线以及紫外线吸收上取得良好平衡的玻璃的 发明，其包含一种改进的钠钙硅酸盐玻璃组合物，该组合物引入用量相对较少且受严格规 定的氧化铁、氧化铈和氧化钛，同时还有很少量的氧化镁。据称该发明的玻璃具有高杨氏模 量、柏松比和热膨胀系数。然而，关于这些性质的具体数据并未报道，而且报道的光学透射 率为大约70 %，考虑到用于窗户的应用，该光学透射率是低的。该玻璃的较高热膨胀系数也 会导致较差的耐热冲击性能。
[0016] 美国专利第5364820号（Shigeki Morimoto等人）中披露了一种中性灰色红外和 紫外辐射吸收玻璃的发明，其通过引入有限量的氧化铁、&02和痕量的C〇0和Se来调整钠 钙硅酸盐玻璃的组成，以调节玻璃的颜色和光学特性。该专利虽然报道了光学性质和回火 能力，但是未提及其它的必需性质，例如物理、热性能、熔融温度、机械性质、耐久性等。
[0017] 还可以参考美国专利第5478783号（P ? L ? Higby和B ? E ? Penrod)，其中报道了 通过引入氧化钴、氧化铁、氧化镍和Ti02来调整基于纳-钙-硅的组合物，以得到用于汽车 车窗的红外线和紫外线吸收玻璃。该专利虽然报道了光学透射性，但是对该发明的玻璃的 其他必需性质未作讨论。
[0018] 还可以参考美国专利第5558942号（M.Itoh和T.Kijima)，其中报道了通过引入 V 205和Fe 203来调整基于纳-钙-硅的组合物，以开发出用于建筑物和汽车的能吸收紫外线 的着色玻璃。该发明只评价了光透射和紫外线透射性，但是对其它必需的物理、热、机械性 质、耐久性等未作讨论。该专利也没有提到组成的改变对熔融温度的影响。
[0019] 美国专利第6063718号（N.E.Khilati等人）披露了纳-钙-硅玻璃组合物及 其应用。他们发明了适用于生产玻璃带的玻璃组合物，可以从该玻璃带上裁切出窗格。据 称这些玻璃是耐火的；因此，其可用于制造耐火的窗玻璃或者可以用作制造等离子体屏、电 致