DD261592A1 - Verfahren zur herstellung transparenter hochindex-mikroglaskugeln - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung transparenter Mikroglaskugeln, die als Basismaterial fuer die Produktion retro-reflektierender Folien Verwendung finden. Ziel der Erfindung ist die Angabe eines Verfahrens, mit dem sich transparente Hochindex-Mikroglaskugeln kostenguenstig und mit hoher Leistung herstellen lassen, das arbeitsschutz- und umweltfreundlich arbeitet und wobei die Entstehung toxischer Staeube und Daempfe weitgehend vermieden wird. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dessen Hilfe auf relativ einfache Art aus reduktionsanfaelligem Glas mit toxischen Bestandteilen faserfreie, transparente Hochindex-Mikroglaskugeln mit einem einstellbaren Durchmesseranteil in einem Groessenbereich von 40-80 mm Durchmesser, mit hoher optischer Reinheit, ohne Truebung ihrer Oberflaechen und ohne eine Verfaerbung hergestellt werden. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass ein aus einem Schmelzgefaess frei nach unten auslaufender Strom fluessigen, niedrig viskosen Glases und relativ niedriger Temperatur mit einem gegen den Schmelzglasstrom gerichteten, hochbeschleunigten, nicht erwaermten Druckluftstrahl in Beruehrung gebracht wird, durch diesen Druckluftstrahl aufgebrochen und aufgrund der Oberflaechenspannung des Glases zu faserfreien Mikroglaskugeln zerteilt wird. Fig. 1

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung transparenter Hochindex-Mikroglaskugeln, die als Basismaterial für die Produktion retro-reflektierender Folien Verwendung finden, die wiederum für Verkehrsschilder, Verkehrsleiteinrichtungen, Nationalitätenkennzeichen und Kraftfahrzeug-Kennzeichen, Straßennamensschilderund dgl. eingesetzt werden.

Charakteristik des Standes der Technik

Zur Produktion von hochwertigen retro-reflektierenden Folien werden transparente Hochindex-Mikroglaskugeln mit · Durchmessern von 50—80μηι benötigt.

Bis heute sind zur Herstellung von Mikroglaskugeln die verschiedensten Verfahren bekannt geworden, die aber nur zum Teil in der Praxis angewandt werden.

Üblicherweise werden Mikroglaskugeln in der Weise hergestellt, daß zunächst ein Glas erzeugt und dieses abgekühlt wird, worauf das gekühlte, in Form von Glasbruch vorliegende Glas gemahlen, gesichtet und teilweise auf die Größe der herzustellenden Mikroglaskugeln gesiebt wird. Dieses Material wird anschließend einem Temperaturfeld zugeführt, wobei die einzelnen Glasteilchen während ihres Fluges durch eine Heizzone oder im freien Fall oder während ihrer Bewegung in einer der Fallrichtung entgegengesetzten Richtung erweichen, auf Grund der Oberflächenspannung eine sphärische Form annehmen und unter den Transformationspunkten abkühlen. Die kugelförmigen Teilchen werden dann in geeigneten Behältern aufgefangen und gesammelt. Derartige Vorrichtungen sind z.B. in den US-Patentschriften 2334578, 2600963, 2618776, 2619776, 2730841, 2947115,3190737 und 3361 549, in den DE-Patenschriften 1019806 und 1285107, in den DD-WP 72875 und 143898, sowie in der HU-PS 158506 beschrieben.

Einer der zahlreichen Nachteile dieser üblichen Verfahren besteht darin, daß das Glas wegen seiner außerordentlich schleifenden Eigenschaften eine sehr ungünstige Wirkung auf die Lebensdauer der für die Überführung in die zweckentsprechende Korngröße verwendeten Mahl-, Sicht-, Sieb- und Förderanlagen besitzt, so daß der Betrieb ebenso wie die Unterhaltung dieser Anlagen kosten- und zeitaufwendig ist.

Ein weiterer Nachteil dieser Verfahren liegt darin, daß bei dem Mahlvorgang ein großer Anteil des Glases, das ursprünglich geschmolzen wurde, in Form von zu feinem Staub, der für die Weiterverarbeitung zu Mikroglaskugeln nicht brauchbar ist, verlorengeht. Diese Materialverluste betragen bis zu 40% des Ausgangsglases.

Bei Einsatz toxischer Rohstoffe wie z. B. Barium, Cadmium und Blei entstehen toxische Stäube und Dämpfe, die sich auf die Arbeits- und Umweltbedingungen sehr negativ auswirken.

Bei Verwendung blei- und wismuthaltiger Gläser besteht die Gefahr der Trübung der Mikroglaskugeln durch einen Niederschlag metallischen Bleies oder Wismuts, falls der Schmelz- und Formungsprozeß mit einer Gas-Luft-Gemisch-Flamme unter nicht hinreichend oxidierenden Bedingungen erfolgt. Dabei tritt auch die Gefahr der Verfärbung der Mikroglaskugeln durch Reduktionserscheinungen auf. Um die Nachteile, die sich aus der Mahlung des Glases ergeben, zu verhindern, wurden die sogenannten „Direktverfahren" eingeführt. Darunter sind Verfahren zu verstehen, bei denen die Formung der Mikroglaskugeln

direkt aus der flüssigen Glasschmelze erfolgt. Wenig Bedeutung haben dabei solche Verfahren, die mit Magnetfeld (US-PS 3313608), mit Ultraschall (US-PS 2889580) oder mit Plasmabrenner (DD-WP 209431) arbeiten, aber auch die sogenannten Schleuderverfahren, wie sie z. B. in den DE-PS 1270746 und 1 471 840 sowie in den US-PS 2616124, 3282066 und 3310391 dargestellt sind.

Eine andere Kategorie an Direktverfahren stellen die „Blasverfahren" dar. Ein solches Verfahren ist z.B. in der AT-PS 175672 angeführt. Dieses Verfahren beruht darauf, daß ein frei auslaufender flüssiger Glasstrang durch einen intermittierend wirkenden, auf den Glasstrang auftreffenden Heißluftstrahl in Glasmasseteilchen unterteilt wird, welche im freien Fall Kugelform annehmen. Der intermittierende Heißluftstrahl wird dabei durch eine perforierte rotierende Scheibe hervorgerufen.

Durch dieses Verfahren können nur relativ große Kugeln produziert werden, die nicht in dem speziell benötigten Bereich liegen. Ein anderes bekanntes Verfahren nach der US-PS 3243273 beruht darauf, daß ein aus einer Glasschmelzwanne frei auslaufender Glasstrahl mit einer Viskosität, die der Viskosität bestimmter Motoröle bei Raumtemperatur entspricht, durch Kontakt mit einem Gas- oder Dampf-Hochdruckstrahl und einer Druckflüssigkeit, wie z. B. Wasser als Verteilflüssigkeit, zu einzelnen Glaspartikeln zerlegt wird, wobei nachgeordnete heiße Gasflammen, die auf den Glaspartikelstrom gerichtet sind, dafür sorgen sollen, daß die Menge der mitentstehenden Glasfasern so gering wie möglich gehalten wird.

Andere ähnliche Verfahren beschreiben die US-PS 2965921, die US-PS 3150947, die GS-PS 844573, die US-PS 3294511, die US-PS 3074257, die IT-PS 724368, die US-PS 3133805, die AT-PS 245181 sowiedie FR-PS 1 417414, wobei ein frei auslaufender Glasstrahl durch einen gesteuerten Druckluftstrom auf einer Kontaktfläche in Tröpfchen zerstreut bzw. in einen von einem ringförmigen Gasbrenner umgebenen Druckluftstrahl eintritt und zu Partikeln zerteilt wird, durch einen von Hochdruckflammen umgebenen, erhitzten Gasstrom umgelenkt und zerteilt, durch zwei oder drei Gasströme getroffen und zerteilt, überhitzte Glasströme durch Brennerflammen in einen Kamin geleitet, zerstäubt und zu Kügelchen ausgebildet oder ein im Lichtbogen erhitzter Glasstrom von einem Abgasstrom eines Gas-Luft-Gemisch-Brenners in kleine Partikel zersprüht und zu Kügelchen ausgebildet werden. Mit den genannten Verfahren können die grundsätzlichen Probleme und Nachteile, wie z. B. die Faserbildung, Reduktionserscheinungen und Trübung der Mikroglaskugeln, Entstehung toxischer Dämpfe, geringe Leistung, komplizierte Zerstäubungsanlagen, eine große Durchmesserschwankung der Mikroglaskugeln usw. bisher nicht verhindert und durch zusätzliche äußerst aufwendige technologische Verfahrensschritte die Mikroglaskugeln nachträglich von Fasern gereinigt werden bzw. ist bei Einsatz flüssiger Medien eine zusätzliche Trocknung der Mikroglaskugeln erforderlich.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Angabe eines Verfahrens, mit dem sich transparente Hochindex-Mikroglaskugeln kostengünstig und mit hoher Leistung herstellen lassen, das arbeitsschutz- und umweltfreundlich arbeitet und wobei die Entstehung toxischer Stäube und Dämpfe weitgehendst vermieden wird.

Darstellung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dessen Hilfe aus reduktionsanfälligem Glas mit toxischen Bestandteilen faserfreie, transparente Hochindex-Mikroglaskugeln mit einem einstellbaren Durchmesseranteil in einem Größenbereich von 40-80 μιη0, mit hoher optischer Reinheit, ohne eine Trübung ihrer Oberflächen und ohne eine Verfärbung hergestellt werden und das vorzugsweise für niedrigviskose, niedrigschmelzende, hochbrechende Glastypen geeignet ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein aus einem Schmelzgefäß frei nach unten auslaufender Strom flüssigen, niedrig viskosen Glases und relativ niedriger Temperatur mit einem, im etwa rechten Winkel gegen den Schmelzglasstrom gerichteten hoch beschleunigten, nicht erwärmten Druckluftstrahl in Berührung gebracht wird, der ein direktes und vollständiges Aufbrechen des Glasstromes zu Partikeln bewirkt, die sich sofort nach ihrer Entstehung durch die konvergierende Wirkung des hochbeschleunigten Druckluftstrahles und des entstandenen Partikelstromes auf Grund der Oberflächenspannung zu exakten faserfreien Mikroglaskugeln ausbilden.

Um reduktionsanfällige Gläser verwenden zu können, wird das Glas in induktiv beheizten Schmelzgefäßen aus Oxidkeramik oder aus Platin erschmolzen oder aus Fritte aufgeschmolzen oder in direkt beheizten Platingefäßen er- oder aufgeschmolzen.

Das Glas wird auf eine Temperatur von 1150 bis 1450 K erhitzt, so daß eine dynamische Viskosität 5Pa · s erreicht wird. Der flüssige Glasstrom wird in seinem Durchmesserzwischen 2 und 8mm, vorzugsweise zwischen 4 bis 6mm, gehalten.

Der hochbeschleunigte, kalte Druckluftstrahl wird möglichst nahe an den flüssigen, niedrig viskosen Glasstrom herangeführt und weist eine Geschwindigkeit auf, die entsprechend der verwendeten Glaszusammensetzung und der Viskosität des Glasstromes zwischen 100 und 300m/s liegt und vorzugsweise 180 bis 220m/s beträgt. Der Druck des Hochdruckluftstrahles beträgt dabei 300-700 kPa.

Der Glasstrom wird dabei vollständig von dem hochbeschleunigten, kalten Druckluftstrahl umgeben und weist vorteilhafterweise einen 1,5 bis 2fachen Durchmesser des Glasstromes auf. Aus dem Schmelzgefäß laufen vorteilhafterweise mehrere Glasströme aus, die jeweils mit einem Druckluftstrahl gekoppelt sind.

Der Winkel zwischen dem flüssigen Glasstrom und dem Hochdruckluftstrahl beträgt 88 bis 92, vorzugsweise 90°.

Bedingt durch die direkte Zerstrahlung des flüssigen Glasstromes bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen erwärmter Druckluft können toxische Gläser, wie z. B. niedrigviskose Blei-Wismut-Gläser, zu transparenten Hochindex-Mikroglaskugeln ohne Reduktionserscheinungen und metallische Niederschläge auf der Oberfläche sowie mit hoher optischer Reinheit geformt werden. Durch die Verwendung nicht erwärmter Druckluft werden toxische Stäube und Dämpfe in hohem Maße vermieden, so daß Hochindex-Mikroglaskugeln aus Blei-Wismut-Gläsern arbeitsschutz- und umweltfreundlich produziert werden. Es wurde gefunden, daß durch eine genaueste Abstimmung zwischen der Viskosität des Glasstromes, der Dicke des Glasstromes und der Geschwindigkeit des Hochdruckstrahles Hochindex-Mikroglaskugeln hergestellt werden, die völlig faserfrei sind und bis zu 65% in dem erwünschten erforderlichen Durchmesserbereich zwischen 40 und 80 μιτι liegen. Die außerhalb der gewünschten Durchmessergrößen liegenden Mikroglaskugeln werden ausgesiebt und dem Schmelzgefäß wieder zugeführt, so daß ein praktischer Materialeinsatz erreicht wird, der etwa 1:1 in bezug auf die Mikroglaskugeln beträgt.

Im allgemeinen ist es so, daß die Mikroglaskugeln um so kleiner werden, je niedriger die Viskosität des Glases, je dünner der Glasstrom, je höher der Blasdruck und je größer die Geschwindigkeit des Hochdruckstrahles sind.

Die Vorteile des Verfahrens bestehen darin, daß durch den möglichen mehrfachen Ausfluß aus dem Schmelzgefäß und die Wiederverwendung der nicht durchmessergerechten Mikroglaskugeln eine hohe Leistung, eine hohe Arbeitsproduktivität und geringe Kosten erreicht werden.

Ausführungsbeispiele

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die zugehörige Zeichnung zeigt in Figur 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens. In einem Schmelzaggregat 1 befindet sich ein von Isoliermaterial 2 umgebenes Schmelzgefäß 3 aus Platin, in welchem ein reduktionsanfälliges Hochindexglas mit toxischen Bestandteilen der Zusammensetzung PbO 86,0Ma.-%, B₂O₃ 9,2 Ma.-%, ZnO 2,0Ma.-%, SiO₂ 0,8Ma.-%, Bi₂O₃1,4 Ma.-% und P₂O₅ 0,6Ma.-% bei einer Temperatur von 1300K erschmolzen wird. An der Unterseite des Schmelzgefäßes 3 ist ein Auslaufstutzen 4 angebracht, aus dem frei nach unten ein flüssiger, niedrigviskoser Glasstrom 5 ausläuft, dessen Temperatur etwa 1 280 K beträgt. Der Durchmesser des Glasstromes 5 beträgt 4,8 bis 5mm. Unterhalb des Auslaufstutzen 4 ist eine Düse 6 so angebracht, daß der aus der Düse 6 austretende Druckluftstrahl 7 im rechten Winkel auf den flüssigen, niedrigviskosen Glasstrom 5 trifft und diesen zu Einzelpartikeln aufbricht, aus denen aufgrund der Oberflächenspannung faserfreie hochbrechende Mikroglaskugeln 8 entstehen. Die Geschwindigkeit des Druckluftstrahles liegt bei 190 m/s. Die Hochindex-Mikroglaskugeln werden in einem Behälter 9 gesammelt und verlassen diesen über den Austrag Durch Zerteilen und sehr schnelle Abkühlung des auslaufenden Glasstromes 5 von relativ niedriger Schmelztemperatur auf Umgebungstemperatur gelingt es, Hochindex-Mikroglaskugeln von hoher optischer Reinheit ohne Trübungen der Oberfläche und ohne Reduktionserscheinungen herzustellen.

Die durch den Druckluftstrahl 7 in den Behälter 9 eingebrachte Luft wird über einen Absaugstutzen 11 im oberen Bereich des Behälters 9 abgesaugt.

Claims (5)

1. Verfahren zur Herstellung transparenter Hochindex-Mikroglaskugeln, bei dem ein strömendes gasförmiges Medium hoher Geschwindigkeit mit einem Strömungsfluß geschmolzenen Glases in Berührung gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus einem Schmelzgefäß frei nach unten auslaufender Strom flüssigen, niedrig viskosen Glases mit einem im bestimmten Winkel gegen den Schmelzglasstrom gerichteten hochbeschleunigten, nicht erwärmten Druckluftstra.hl in Berühung gebracht wird, von diesem hochbeschleunigten Druckluftstrahl umgeben und zu kleinen Partikeln vollständig aufgebrochen wird und daß die Partikel des Glasstromes aufgrund ihrer Oberflächenspannung und durch die konvergierende Wirkung des hochbeschleunigten Druckluftstrahles zu exakten faserfreien Hochindex-Mikroglaskugeln hoher optischer Teinheit ausgebildet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Glasstrom miteinerTemperaturvon 1150K bis 1 450K, einer dynamischen Viskosität 5Pa · s und einem Durchmesser von 2 bis 8 mm, vorzugsweise zwischen 4 bis 6mm, ausläuft.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der hochbeschleunigte Druckluftstrahl mit einer Geschwindigkeit von 100 bis 300 m/s, vorzugsweise 180 bis 220 m/s, einem Druck von 300 bis 700 kPa, und einem Durchmesser vom 1,5 bis 2fachen Wert des Durchmesser des Glasstromes gegen den Glasstrom gerichtet ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß aus einem Schmelzgefäß mehrere, jeweils einem Druckluftstrahl zugeordnete Glasströme auslaufen.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der hochbeschleunigte Druckluftstrahl in einem Winkel von 88° bis 92°, vorzugsweise 90°, gegen den flüssigen Glasstrom gerichtet ist.