JPH07309635A - ガラス - Google Patents
ガラスInfo
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- JPH07309635A JPH07309635A JP6252041A JP25204194A JPH07309635A JP H07309635 A JPH07309635 A JP H07309635A JP 6252041 A JP6252041 A JP 6252041A JP 25204194 A JP25204194 A JP 25204194A JP H07309635 A JPH07309635 A JP H07309635A
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- glass
- zno
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- glasses
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C3/00—Glass compositions
- C03C3/12—Silica-free oxide glass compositions
- C03C3/16—Silica-free oxide glass compositions containing phosphorus
- C03C3/17—Silica-free oxide glass compositions containing phosphorus containing aluminium or beryllium
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Glass Compositions (AREA)
Abstract
ガラスを提供する。 【構成】 モル%で、15%から35%までのP2 O5 ;1
%から25%までのSO3 ;30%から55%までのZnO;
0から25%までのR2 O;および0から10%までのAl
2 O3 と、0から10%までのMgOと、0から10%まで
のCaOと、0から10%までのSrOと、0から10%ま
でのBaOと、0から10%までのMnOと、0から10%
までの遷移金属酸化物と、重量%で分析した0から15%
までのCl+Fとからなる群より選択される表示した比
率で必要に応じて添加できる成分の合計が15%までの成
分から実質的になる。ここでR2 Oは、0から25%まで
のLi2 O、0−25%までのNa2 O、および0から25
%までのK2 Oからなる群より選択される。
Description
低い軟化点および優れた耐湿性を有する亜鉛スルホホス
フェートガラスに関するものである。
り、溶融作業と成形作業を低温で行なって、結果として
エネルギーコストを節約できる無機ガラスを開発する重
要な研究が昔から行なわれている。従来から定義されて
いるように、ガラスの転移温度とは、比熱(Cp)の変
化を伴って熱膨脹係数が著しく増加する温度を意味す
る。最近、低い転移温度を有するガラスは、低温シーリ
ングガラスおよびガラスと有機高分子との複合体を含む
用途の母体にとって潜在的に有用な材料であることが分
かった。ごく最近発行された米国特許第5,043,369 号
(バーン等)には、ガラスと有機高分子とのアロイを製
造することが開示されている。これらのアロイは、作業
温度(working temperature )に相容性のあるガラスと
熱可塑性または熱硬化性高分子とから調製される。その
ため、均質混合物(すなわち、ガラスと高分子とが、混
合成形される(co-formed together)のに十分な流動状
態にあって、望ましくは少なくとも部分的な混和性およ
び/またはガラスと高分子との間の接着と結合を高める
それら間の反応が存在する、実質的に均一な微粒子ミク
ロ構造を示すボディを形成するような混合物)を形成す
る作業温度でガラスと高分子とが組み合わされる。その
組合物から物品が造型され、室温まで冷却される。その
ような物品は、特定のガラスと高分子が示す化学的特性
と物理的特性の相補的な混合特性からなる特性を有して
いる。例えば、アロイはしばしば、大きな表面硬度値、
大きな剛性値、および大きな靭性値の組み合わされた特
性を示す。アロイは、ガラスと有機高分子との複合体に
は存在しないガラスと有機高分子との間の反応および/
または少なくとも部分的な混和性が存在するという点
で、ガラスと有機高分子との複合体とは区別される。
的組成を有するガラスは、米国特許第4,940,677 号およ
び同第5,071,795 号に記載されているガラスと高分子と
のアロイにおけるガラス成分に特に適していることが分
かった。
ホスフェートをベースとするガラスと比較した場合、化
学的攻撃に対して比較的良好な抵抗性を有する。言うま
でもなく、化学的耐久性を高めつつ低い転移温度を有す
る新しいガラス組成物を発見する研究は続けられてい
る。これらのガラス組成物における転移温度が低けれ
ば、ガラス形成に要するエネルギーコストが小さくな
り、ガラスと高分子とのアロイおよび複合体の形成に要
するコストも小さくなる。さらに、低温耐久性ガラスの
転移温度が低いと、ガラスとともに処理されてガラスと
高分子との複合体を形成し、ガラスとともに熱的に共変
形されて(co-deformed )ガラスと高分子とのアロイを
形成するのに利用できる相容性のある高分子の数が増加
する。これらの要因や小さくなった形成コストおよび潜
在的な高分子選択性の増加により、潜在的な商業的用途
の数が増加すると思われる。
は、4%から18%までのK2 SO4 、8%から36%まで
のZnSO4 、4%から18%までのNa2 SO4 、およ
び19%から56%までのP2 O5 を含有するホスフェート
−スルフェートガラス組成物を含む難燃性および/また
は防煙性(smoke retardant )の高分子組成物を開示し
ている。さらに、そのガラスは、0から25%までのZn
O、0から4%までのB2 O3 、0から25%までのNa
2 O、0から12%までのBaOおよび0から4%までの
TiO2 からなる群より選択される成分を必要に応じて
含有していてもよい。本発明のガラスは、メイヤースの
特許に用いられている組成の形態で表すと、そこに開示
されている特許の組成範囲から外れ、特にメイヤース特
許に記載の3つのガラスの実施例全てにおいて、ZnO
の合計量(ZnSO4 とZnOの供給源からのものを組
み合わせた量)は、本発明の組成物に必要な合計量より
も著しく少ない。メイヤース特許において、記載されて
いる最大のZnO量は18.5%である。その特許にクレー
ムされている酸化亜鉛のレベルを本発明のガラスに必要
なレベルに入るように高くしたとしても、メイヤースの
特許に記載されている組成範囲では、スルフェートが多
すぎて良好な耐久性を示さないガラスか、またはアルカ
リが少なすぎて十分に低いガラス転移温度を有すること
のできないガラスができ上がってしまう。メイヤースの
特許のガラスは、非常に乏しい耐久性かまたは高すぎる
転移温度を有するので、それらのガラスはガラスと高分
子とのアロイおよび複合体に使用するのには適していな
い。
発明は、転移温度と作業温度が低く、耐久性の優れたガ
ラスを提供することを目的とするものである。
常約300 ℃より低い転移温度と、約400 ℃より低い作業
温度とを有し、同時に水による攻撃に対して優れた抵抗
性を有する本発明のガラスの発見に至った。
ーセントで表して、15%から35%までのP2 O5 、1%
から25%までのSO3 、30%から55%までのZnO、お
よび0から25%までのR2 Oから実質的になり、ここで
R2 Oが、0から25%までのLi2 O、0から25%まで
のNa2 O、および0から25%までのK2 Oからなる群
より選択されるガラスを提供する。さらに、以下に表示
した量で合計が15%までの成分を、0から10%までのA
l2 O3 、0から10%までのMgO、0から10%までの
CaO、0から10%までのSrO、0から10%までのB
aO、0から10%までのMnO、0から10%までの遷移
金属酸化物および重量%で分析した0から15%までのC
l+Fからなる群より選択して含有してもよい。
範囲を重量パーセントで表した組成範囲に完全に変換す
ることは数学的に不可能であるが、重量パーセントで近
似して表した本発明の組成を次に示す:25%から50%ま
でのP2 O5 、1%から20%までのSO3 、26%から45
%までのZnO、および0から20%までのR2 Oから実
質的になり、ここでR2 Oが、0から8%までのLi2
O、0−20%までのNa2 O、および0から20%までの
K2 Oからなる群より選択される。必要に応じて加える
ことのできる成分は次のような群からが選択される:重
量パーセントで近似して、0から10%までのAl
2 O3 、0から5%までのMgO、0から5%までのC
aO、0から10%までのSrO、0から15%までのBa
O、0から10%までのMnO、0から15%までの遷移金
属酸化物および分析により求めた0から15%までのCl
+Fからなる。
説明する。
した、本発明を実施できるいくつかのガラス組成を列記
している。表IAは、個々の成分の値を重量パーセント
に変換した、同一の組成を列記している。表Iは、バッ
チ成分の相対量に加えて標準示差走査熱量測定技術を用
いて測定した、℃で表した転移温度(Tg)、2.5 cm
×4cm×1cm(約1インチ×1.5 インチ×0.375 イ
ンチ)の概略寸法のタブの損失重量の百分率(損失重量
%)で表した溶解率(dissolution rate)、および作業
温度(引張り温度;pull temperature)を列記してい
る。さらに、表Iには成形後のガラスの外観も記載され
ている(ガラス外観);成形したガラスの品質と外観は
透明(透明)からややくもり(くもり)までに及んでい
る。ガラスの実際のバッチ成分は、一緒に溶融すると、
適切な比率の所望の酸化物に転化される、酸化物または
他の化合物等のいかなる材料であってもよい。例えば、
ZnSO4 ・7H2 Oは、SO3 の供給源であると共に
ZnOの部分的な供給源にもなる。
保するために自動的にタンブル混合し、シリカるつぼ内
に配置した。ガラスバッチを溶融し、約3時間に亘り80
0 ℃から1000℃までの範囲の温度に維持した。約850 ℃
より低い温度で、P2 O5 、SO3 または他の種がごく
わずかに揮発したのが分かった。表Iは、SO3 の分析
値(A−SO3 )は一般的にはバッチから計算した値
(B−SO3 )とほぼ等しかったことを示している。表
Iではそれらの値を重量パーセントで示している。次い
で溶融物をスチール型に注ぎ入れ、10cm×20cm×1
cm(約4インチ×8インチ×0.375 インチ)の寸法を
有する矩形のスラブを形成し、そのスラブを約250 ℃か
ら約275 ℃までの範囲の温度で一晩アニーリングした。
スラブから切り取り、350 ℃から450 ℃までの範囲内の
温度まで加熱し、ガラス管(glass cane)を手で引い
て、作業温度の近似値を得た。実施例1−14のガラス
について、この値を「引張り温度」として表Iに示し
た。
られたガラススラブから試料を切り出した。その試験
は、各々の試料を注意深く秤量し、それらの試料を沸水
浴中に浸漬する各工程を含んでいる。6時間の浸漬時間
の後、試料を浴から取り出して、周囲の環境で乾燥さ
せ、再度秤量して試料の損失重量を測定した。各々のガ
ラス試料についてのこの損失重量、すなわち、溶解率を
表Iに示す(溶解率)。これは、元の試験前の重量また
は浸漬前の重量に対する試験後の重量の百分率として計
算した値である。
プラクティスを表しているが、記載した組成物は、大規
模な溶融装置で溶融し、ガラス製造業界に慣習的な成形
技術を用いて所望の形状に造型することが可能であるこ
とは理解されよう。標準的なガラス製造のプラクティス
と同様に、必要なことは、バッチ材料を十分に一緒に混
合して、硫化物、酸化物、塩化物およびフッ化物を過剰
に揮発させることなく均一な溶融を確実にする温度でそ
のバッチ材料を溶融し、その後溶融物を冷却して、所望
の形状のガラス成形体(これは慣習的にアニールされ
る)に造型することを確実にすることのみである。
350 ℃以上の作業温度を有するこれらの本発明のガラス
は、6時間に亘り沸水中に浸漬した場合、0.0 %から0.
15%までの範囲に亘る損失重量として表現される水分に
対する耐久性と抵抗性の測定値を示す。これらの損失重
量値は、本発明以前であれば、このような転移温度およ
び作業温度(本発明の範囲内にある転移温度と作業温
度)を有するガラスとしては例外的に低い値であると考
えられるものである。これらの損失重量値は、本発明の
ガラスより100 ℃も高い転移温度と作業温度を有するガ
ラス(例えば、米国特許第4,940,677 号(ビオール等)
に開示されているホスフェートガラス)が有する耐久性
の測定値に匹敵している。
に基づいて、実施例6のガラスが本発明のガラスの最も
好ましい実施態様である。
と同等な転移温度を有する典型的な3つのメタホスフェ
ートガラスの組成を列記している。5%の損失重量値か
らガラスの完全な溶解にまでおよぶ、表IIに記載された
耐久性データ(沸水中に1時間のみの浸漬)から、本発
明のガラスは、本発明のガラスと同等な転移温度を有す
るこれらのメタホスフェートガラスより著しく優れた耐
久性を有することが明らかである。
形態で示した実施例1−12の組成を列記している。本
発明の実施例をこのような形態に変換する際、SO3 の
第1の供給源はK2 SO4 であると推測され、SO3 が
さらに必要とされる場合には、Na2 SO4 の添加によ
りSO3 がさらに供給されると考えられ、最終的にSO
3 がまだ必要とされる場合には、その供給源はZnSO
4 であると考えられた。上記K2 SO4 、Na2 SO4
およびZnSO4 というスルフェートの優先順位は、メ
イヤースの特許の実施例1および2から明らかである。
実施例1においては、全てのアルカリ(K2 OおよびN
a2 O)はスルフェートとして記載されている。比較の
ため、亜鉛はZnSO4 およびZnOの両方で記載され
ている。換言すれば、亜鉛は、望まれる合計のスルフェ
ートレベルまではスルフェートとして表され、残りの亜
鉛は酸化物として記載されている。このことは、ZnS
O4 を最大限用いて必要があれば残りをNaとKのスル
フェートとして記載することにより容易に行なうことが
できるが、特許権所有者は明らかにスルフェートとして
の亜鉛の前にアルカリを記載することを好んでいる。同
様に実施例2から、全てのカリウムはK2 SO4 として
記載されているが、ソーダ(soda)と亜鉛のどちらも、
酸化物とスルフェートに分けられている。どのようにも
できることは明らかであるが、特許権所有者は、組成を
記載する優先順位としてK、Na、およびZnを好んで
いる。表III は同一の形式(優先順位)を用いている。
スはメイヤース等の文献に開示されたガラスとは組成的
に著しく異なることが明らかである。
前述したメイヤースの文献に開示された組成範囲内に入
る、酸化物基準のモルパーセントで表したいくつかのガ
ラス組成を列記している。この表は、組成の明細とガラ
スの溶解率に加え、溶融温度、および沸水に浸漬する前
後のガラスの外観を列記している。浸漬前のガラスは、
外観と品質において、透明で安定なガラス(透明)から
半透明の吸湿性ガラス(透明/吸湿性)までの範囲に亘
っている。表Vはメイヤースの特許に使用した組成形式
により表した同一の組成を列記している。これらの比較
ガラス例16から22は、表IIに示したようなそれぞれ
の成分を変化させたことを除いて、本発明のガラスの実
施例1−12について記載した方法と同様な方法で調製
した。しかしながら、実施例20(非溶融と記載した)
は溶融せず、ガラスはまったく形成されなかったことに
注意されたい。この組成物は、メイヤースの文献に詳細
に記載された溶融指示を順守しても、ガラスを形成する
ようには溶融しなかった。
しい耐久性を示す測定値を示し、大きな溶解率か吸湿性
挙動のいずれかを示している。実際、これらの耐久性
は、本発明のガラスの意図する用途には実質的に役に立
たないほどに乏しいものである。これらの損失重量の百
分率の数値は様々な浸漬時間についての値(実施例16
および17は2.5 時間、実施例19は2時間、実施例1
8および20−23は6時間)であることに注目するこ
とが重要である。表IIに示されているように、実施例は
沸水浸漬の結果として、6時間における0.3 %の損失重
量から、溶解したか(溶解)もしくは非圧密(unconsol
icated)白色残留物に転化されたか(非圧密白色残留
物)または表面が剥離した(表面剥離)程度までに亘る
損失重量を示した。
示すものとしてメイヤースの特許に開示された特定の実
施例である。しかしながら、測定した耐久性値から、こ
れらの組成物の中で、本発明の組成物が有する程度の耐
久性を示すかまたはそれに近付くものはないことが分か
る。実施例19から23は、本発明のスルホホスフェー
ト組成物の耐久性のような耐久性を示すガラス組成物を
この文献内に確認するために様々な組成物を試したもの
である。例えば、比較実施例21および22は、請求項
の組成範囲に許容される範囲内において最大量のZn
(最大量のZnSO4 および残りの量のZnO)および
最低量のP2 O5 を有しているものであるが、望ましい
ほど低い耐久性値を示してはいない。実施例21は、本
発明の小さな溶解率に近付いているが、言うまでもな
く、転移温度(>350 ℃)および作業温度(>450 ℃)
が高すぎて、本発明には有用ではない。一言で言えば、
どの比較実施例も、並びにメイヤースの文献の組成範囲
内に包含されるどの組成物も、相当する優れた耐湿性と
ともに約300 ℃の転移温度を有するガラスを得るために
必要な多量のZnOおよび十分に少量のSO3 を有さな
い。
Claims (5)
- 【請求項1】 約300 ℃より低い転移温度と、約400 ℃
より低い作業温度とを有し、水および緩アルカリ水溶液
による攻撃に対して優れた抵抗性を示すガラスであっ
て、 酸化物基準のモルパーセントで表して、15%から35%ま
でのP2 O5 ;1%から25%までのSO3 ;30%から55
%までのZnO;0から25%までのR2 O;および0か
ら10%までのAl2 O3 と、0から10%までのMgO
と、0から10%までのCaOと、0から10%までのSr
Oと、0から10%までのBaOと、0から10%までのM
nOと、0から10%までの遷移金属酸化物と、重量%で
分析した0から15%までのCl+Fとからなる群より選
択される表示した比率で必要に応じて添加できる成分の
合計が15%までの成分から実質的になり、 ここでR2 Oが、0から25%までのLi2 O、0−25%
までのNa2 O、および0から25%までのK2 Oからな
る群より選択されることを特徴とするガラス。 - 【請求項2】 前記SO3 の量が7%から20%までの範
囲であることを特徴とする請求項1記載のガラス。 - 【請求項3】 前記SO3 の量が15%以下であることを
特徴とする請求項1記載のガラス。 - 【請求項4】 21%から33%までのP2 O5 、9%から
17%までのSO3 、35%から51%までのZnO、および
10から20%までのR2 Oから実質的になり、ここでR2
Oが、0から10%までのLi2 O、0−15%までのNa
2 O、および0から10%までのK2 Oからなる群より選
択されることを特徴とする請求項1記載のガラス。 - 【請求項5】 24.8%のP2 O5 、12.5%のSO3 、4
0.7%のZnO、5.3%のLi2 O、8.0 %のNa2 O、
5.8 %のK2 O、1.5 %のAl2 O3 、0.7%のCa
O、および0.7 %のSrOから実質的になることを特徴
とする請求項1記載のガラス。
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