композиция натриево-кальциево-силикатного стекла для контейнеров (варианты) и стеклянный контейнер

Формула изобретения

1. Композиция натриево-кальциево-силикатного стекла для контейнеров, состоящая, по существу, из следующих ингредиентов, вес. %:

SiO₂ - 69-74

Na₂O - 11-15

CaO - 9-13

МgО - 0,005-3,0

K₂O - 0,005-1,0

SO₃ - 0,1-0,5

Fe₂O₃+FeO - 0,3-1,0

МnО+МnО₂ - 2,0-3,1

2. Композиция по п. 1, в которой поглощение УФ-света в диапазоне от 290 до 390 нм превышает поглощение для натриево-кальциево-силикатного флинтгласа.

3. Композиция по п. 1, в которой по меньшей мере приблизительно 80% от полного содержания железа находится в состоянии железа, имеющего валентность 3.

4. Композиция по п. 1, в которой количество MnO + МnО₂ находится в пределах приблизительно от 2,2 до 2,8 вес. %.

5. Композиция по п. 1, в которой количество MnO + МnO₂ находится в пределах приблизительно от 2,4 до 2,6 вес. %.

6. Композиция по п. 1, в которой первоначальное содержание железа имеет место в форме Fe₂O₃ и FeO, а отношение Fe²⁺/Fe³⁺ находится в пределах приблизительно от 0,3 до 0,1.

7. Композиция по п. 1, в которой количество FeO + Fе₂O₃ приблизительно составляет 0,6 вес. %, а количество MnO + МnО₂ находится в диапазоне приблизительно от 2 до 3 вес. %.

8. Стеклянный контейнер, полученный из композиции стекла по п. 1.

9. Композиция натриево-кальциево-силикатного стекла для контейнеров, составленная из следующих ингредиентов, вес. %:

SiO₂ - 69-74

Na₂O - 11-15

CaO - 9-13

МgО - 0,005-3,0

K₂O - 0,005-1,0

SO₃ - 0,1-0,5

и от 0,4 до 0,8 вес. % FeO + Fе₂О₃ и от 2 до 3 вес. % MnO + МnО₂, исходя из композиции натриево-кальциево-силикатного стекла.

10. Композиция натриево-кальциево-силикатного стекла, которая поглощает УФ-свет и практически состоит из следующих ингредиентов, вес. %:

SiO₂ - 69-74

Na₂О - 11-15

CaO - 9-13

МgО - 0,5-2

К₂О - 0,1-0,5

SO₃ ^- - 0,1-0,5

Fe₂O₃+FeO - 0,4-0,8

MnO+MnО₂ - 2,0-3,0

Описание изобретения к патенту

Изобретение касается композиции стекла для контейнеров, поглощающей ультрафиолетовый свет, содержащей SiO₂, Al₂O₃, Na₂O, CaO, MgO, K₂O, SO₃, предпочтительно приблизительно от 0,4 до 0,8 весовых процентов FeO + Fе₂O₃ и приблизительно от 7 до 3 весовых процентов МnО + МnО₂, исходя из веса композиции стекла.

Желательно создать композицию флинтгласа для контейнеров практически бесцветную или слегка окрашенную, которая обеспечивает изготовление контейнеров из относительно бесцветного прозрачного флинтгласа, которые поглощали бы УФ-свет таким образом, чтобы предохранять жидкость, находящуюся внутри, такую как шампанское или вино.

В отношении предшествующего уровня техники, демонстрирующего наличие Fe₂O₃ или любого количества МnО в композиции стекла, имеются следующие документы:

1. Central Glass Co. U.S. Patent 5362689.

2. Corning (Morgan) U.S. Patent 5422755.

3. Guardian Industries U.S. Patent 5214008.

4. Ferro (Roberts) U.S. Patent 4859637.

5. Chemical Composition of Container Glasses - Sharp (Table 1) 1930"s.

Central Glass Co. U.S. Patent 5362689 описывает композицию листового натриево-кальциево-силикатного стекла, которая содержит Fe₂O₃ 0,1-0,60 и 5-350 миллионных долей МnО. МnО используется в следовых количествах. Ингредиентами, поглощающими ультрафиолет, по-видимому, являются СеO₂, TiO₂ и SО₃. В cтолбце 5, строках 55-66, описывается добавление очень малых количеств МnО, и, кроме этого, обсуждается запрещение использования более значительных количеств МnО.

Corning (Morgan) U.S. Patent 5422755 описывает композицию натриево-калиево-силикатного стекла для линз в офтальмологии. Описывается использование V₂O₅ (1,5-3,5%) и MnO₂ (1-4%). Проводится обсуждение использования Fе₂О₃ или оксида кальция в композиции стекла.

Guardian Industries U.S. Patent 5214008 демонстрирует композицию натриево-кальциево-силикатного стекла для плоского стекла. Описываются СеО₂ и другие ингредиенты, поглощающие УФ-свет, такие как TiO₂, МоО₂, V₂O₅ и Fе₂О₃, например в столбце 2, строках 28-50.

Ferro (Roberts) U.S. Patent 4859637 демонстрирует композицию не содержащего свинца стекла, содержащую вещество, поглощающее УФ-свет, выбираемое из группы, состоящей из оксида церия, оксида марганца, оксида железа, оксида кобальта, оксида меди, оксида ванадия и оксида молибдена. Стекло используется вместе с керамическим пигментом для получения композиции чернил.

Reprint "Chemical Composition of Commercial Glasses". (Sharp) демонстрирует в Таблице 1 некоторые прежние композиции натриево-кальциево-силикатного стекла, содержащие (0,54-0,9) Fе₂О₃ и малые количества (0,61-0,97) МnО, вероятно присутствующие в результате загрязнения.

Целью настоящего изобретения является создание композиции флинтгласа для контейнеров, относительно прозрачной, бесцветной, содержащей оксиды железа и оксиды марганца, которые поглощают УФ-свет и тем самым предохраняют жидкости, такие как шампанское и вино, от нежелательного воздействия УФ-света.

Целью настоящего изобретения является создание композиции натриево-кальциево-силикатного стекла для контейнеров, поглощающей ультрафиолетовый свет, которая практически содержала бы следующие ингредиенты в приблизительных весовых процентных количествах:

Ингредиенты - Вес

SiO₂ - 69-7

Na₂О - 11-15

CaO - 9-13

МgО - 0,5-2

К₂О - 0,1-0,5

SO₃ - 0,1-0,5

Fe₂O₃+FeO - 0,4-0,8

MnO+MnО₂ - 2,0-3,0

Эти и другие цели будут очевидны из приведенных далее технического описания и формулы изобретения.

Настоящее изобретение предлагает композицию натриево-кальциево-силикатного стекла для контейнеров, которая по существу содержит следующие ингредиенты в приблизительных весовых процентных количествах:

Ингредиенты - Вес

SiO₂ - 69-74

Na₂O - 11-15

CaO - 9-13

МgО - 0,005-3,0

K₂O - 0,005-1,0

SO₃ - 0,1-0,5

Fe₂O₃+FeO - 0,3-1,0

МnО+МnО₂ - 2,0-3,1

Настоящее изобретение также предпочтительно предлагает следующее:

Ингредиенты - Вес

SiO₂ - 69-74

Na₂O - 11-15

CaO - 9-13

МgО - 0,5-2

K₂O - 0,1-0,5

SO₃ - 0,1-0,5

Fe₂O₃+FeO - 0,4-0,8

МnО+МnО₂ - 2,0-3,0

Следующие далее примеры иллюстрируют настоящее изобретение.

Пример 1

Композиция флинтгласа для контейнеров, поглощающего УФ-свет, была изготовлена путем смешивания ингредиентов, входящих в загрузку сырья, в том числе кварца, кальцинированной соды, нитрата натрия, карбоната калия, оксида алюминия, сульфата натрия, оксидов железа и оксидов марганца, и плавления загрузки для получения композиции стекла для контейнеров (BDB-1), которая содержит следующие ингредиенты, в приблизительных весовых процентных количествах:

Ингредиенты - Вес

Cl₂ - 0,0043

Na₂O - 13,4096

K₂O - 0,3412

МgО - 0,0053

CaO - 11,0386

МnО+МnО₂ - 2,0070

SrO - 0,0020

BaO - 0,0005

Al₂O₃ - 8,6059

Fe₂O₃+FeO - 0,4015

SiO₂ - 70,8110

SO₃ - 0,3714

Стекло было расплавлено при 2700^oF (1482,2^oС) в течение приблизительно 61/4 часов в газовой печи с подачей избыточного количества воздуха и в атмосфере, окисляющей загруженную партию сырья. Стекло может быть обработано так же, как и натриево-кальциево-силикатное стекло, и оно поглощает ультрафиолетовый свет.

Количество каждого вещества, входящего в загрузку сырья, для Примера 1 приводится ниже:

Композиция DBD-1

Вещества сырья - Граммы

Кварц - 354,26

Кальцинированная сода - 112,81

Нитрат натрия - 3,54

Карбонат кальция - 96,14

Карбонат марганца - 2,50

Оксид алюминия - 1,91

Сульфат кальция - 3,04

Оксиды железа - 1,97

Оксиды марганца - 12,32

Пример 2

Следуя процедуре Примера 1, были изготовлены дополнительные расплавы D-1, D-2, D-3, D-4, D-5 и D-6 в соответствии с табл.1.

Композиции стекла по Примеру 1 (DBD-1) и по Примеру 2 (от D1 до D6) были протестированы, и было обнаружено, что они уменьшают пропускание ультрафиолетового света и в дополнение к этому oбладают свойствами в отношении плавления и формования, подобными свойствам коммерчески пригодного натриево-кальциево-силикатного стекла.

Анализами стекла в отношении УФ-света для расплавов от D1 до D6 (Пример 2) были следующие:

Анализ DОЕ для стекла в отношении УФ-света для расплавов серии "D"

Измеряемыми величинами были доминирующая длина волны, яркость и чистота для серии "D", расплавы стекла анализировались при помощи программы АNОVA для того, чтобы определить какой-либо значительный эффект, процентный вклад и достоверность теста. Табл.2 приводит итоговые результаты, полученные по этим тестам.

Ниже следует подробное описание сформованных расплавов D1, D2, D3, D4, D5 и D6, поглощающих УФ-свет (см. табл.2).

Далее представлены результаты для программы ANOVA (см. табл.3-5).

Заключения представляют собой:

Доминирующая длина волны:

Значительные компоненты: Mn 12%, Fe 28%.

Ошибка 60% = граничные испытания (0-60% хорошо, 60-80% пограничный результат, >80% плохо).

Яркость:

Значительные компоненты: Мn 51%.

Незначительные:

Ошибка 60% = граничные испытания (0-60% хорошо, 60-80% пограничный результат, >80% плохо).

Чистота:

Значительные компоненты: Мn 74%, Fe 12%.

Ошибка 14% = хороший тест.

Используемое отношение Мn к Fe представляет собой один из параметров, который уменьшает до минимума окраску и обеспечивает максимальное поглощение УФ-света. Например, D-1 (Mn/Fe = 5,64/1) имеет бледно-желтую или янтарную окраску. Небольшое количество кобальта может быть использовано для получения стекла, имеющего слабую зеленую окраску. D-2 обеспечивает несколько лучшую защиту от УФ-света и имеет бледно или слабо зеленовато-желтую окраску (Mn/Fe= 3,71/1). D-3 (Mn/Fe=2,92/1) обеспечивает несколько лучшую защиту от УФ-света, чем D-2, и имеет слабо зеленую окраску. D-4 имеет бледно пурпурную окраску (избыток Мn⁺³) и отношение = 8,46/1. D-5 приблизительно соответствует D-3 в отношении защиты от УФ-света, отношение = 5,57/1. D-6 обеспечивает плохую защиту от УФ-света и имеет незначительно более темную зеленовато-желтую окраску, отношение = 4,23/1.

Отношение Mn/Fe в общем случае может находиться в пределах от приблизительно 2,8/1 до приблизительно 6,5/1. Наилучшими результатами в общем случае являются величины в диапазоне приблизительно от 5,2/1 до 5,8/1 в том, что касается отношения Mn/Fe.

Оксид марганца добавляется для того, чтобы окислить железо до состояния +3, в котором оно представляет собой ингредиент, поглощающей УФ-свет. Мn⁺³ имеет пурпурную окраску в стекле, но он становится бесцветным в состоянии +2 по мере того, как железо окисляется.