影响玻璃蒙砂的因素

大　连　轻　工　业　学　院　学　报　　　　　　第17卷第3期　　　　　　Vol.17,No.3

1998年9月Sept.1998JournalofDalianInstituteofLightIndustry

影响玻璃蒙砂的因素

Ξ

齐智群　　刘海鹏　　王承遇

(,)

摘要　,以制备蒙砂玻

璃。,;利用偏光显微镜,拍摄显微照片,观,得出合适的　蒙砂;玻璃;表面形貌中图分类号　TQ171.718.3

随着人民生活水平的日益提高,具有很强装饰效果的蒙砂玻璃器皿越来越受到青睐。蒙砂玻璃器皿手感细腻,有一定的遮光性能,如蒙砂玻璃化妆品瓶、酒瓶,可保护内容物不变色、不变质,而且玻璃器皿经蒙砂工艺处理后,消除了器皿外表面的微裂纹,能提高器皿耐压、耐温度急变性能。目前,国内大部分工厂均采用市售蒙砂粉加入酸和水后,配成蒙砂液进行蒙砂,由于一些工艺因素没有合理选择和严格控制,质量往往不易得到保证。

本文采用市售的蒙砂粉和自行研制的蒙砂粉配制成蒙砂液,将玻璃浸入蒙砂液中,制备蒙砂玻璃。通过测定可见光透过率和拍摄表面形貌的显微照片,研究了蒙砂温度、时间、浓度等因素对玻璃蒙砂效果的影响,从而选择出较好的蒙砂工艺制度,以降低生产成本,提高质量,获得到较高的经济效益。

1　实验方法

采用钠钙硅酸盐平板玻璃作为基片,其成分的质量分数分别为:

SiO272.4%,　Al2O31.5%,Fe2O30.2%,CaO7.2%,MgO4.2%,R2O(Na2O+K2O)14.5%。侵蚀前先将玻璃基片用水清洗,再用酒精浸泡,然后用水冲洗干净后干燥。

在耐酸塑料容器中,按一定比例加入水、浓盐酸、蒙砂粉,再进行密封,用排气法搅拌5～10min(每秒钟2～3个气泡),至溶液混合均匀。

将配置好的蒙砂液连同容器在超级恒温器中水浴加热至20～30℃,把干燥的玻璃片插入塑料吊篮中,也加热至同样温度后,浸入溶液中,侵蚀30～120s。然后将酸蚀后的玻璃片用热水冲洗干净,放入50℃的干燥箱中干燥1h。

可见光透过率试验:采用UV2240型紫外———可见分光光度计,波长380～780nm,测定侵蚀后玻璃的可见光透过率曲线,根据公式:

780nm

780nm

T=

380nm

τΔΔyλHyλH λλλ/∑λλ∑

380nm

(1)

　　　　　　　　　大2第17卷　连　轻　工　业　学　院　学　报　　　　　　　　　　

式中:yλ— ——三色标准光谱系数;　　H——光源的相对辐射能量;λ—

τ——不同波长的透过率;λ—

T———总透过率。

Δ——波长间隔数;λ—

计算出总透过率[1,2]。,蒙砂程度愈高。

用XPT21,放大400倍。

2　蒙砂粉一般由几种氟化物配制而成,加入酸(如HCl、H2SO4)后,反应生成氢氟酸,如:

CaF2+2HCl

CaCl2+2HF

Si

OH+

F

(2)(3)

氢氟酸对玻璃进行侵蚀:

Si

Si

+H+F+

由于玻璃为多元成分,而蒙砂粉也由几种化合物配置而成,实际的反应比上式(3)复杂得多。反应后生成多种盐类,这些盐类由于溶解度小,且以结晶状态保留在玻璃表面上,不易清除,遮盖玻璃,阻碍氢氟酸与玻璃接触反应,使玻璃表面受到不均匀的侵蚀,形成粗糙而无光泽的表面,达到蒙砂的目的。

为了研究合适蒙砂的工艺条件,必须在理论上进行探讨,以理论指导实际。我们利用吉布斯2赫姆霍兹(Gibbs2helmhotz)方程进行热力学计算[3]:

ΔGT=ΔHT-TΔS

<

<

T

式中:

ΔGT—ΔHT———反应自由焓(J/mol);　　——反应热效应(J/mol);ΔST———反应熵(J/K mol);

参加化学反应的各化合物热化学数据见表1。

表1　各化合物的热化学数值[4]

化合物

KF 2H2OK2SiF6Na2ONaFNa2SiF6CaOCaF2HFSiF4SiO2<

T———热力学温度(K)。

状态

CCCCCCCaqgCΔHf/J mol-1

-1163.6-2956.0-414.2-573.7-2909.6-635.1-1219.6-320.1-1614.9-910.9Sf/J(K mol)

<<

<

(4)

-1

155.2225.969.151.5187.038.268.988.7282.441.8

第3期　　　　　　　　　　　　　齐智群等:　影响玻璃蒙砂的因素　　　　　　　　　　　　3

)时热力学数值,见表2。根据吉布斯2赫姆霍兹方程计算出各个反应在标准态(25℃

)时热力学计算值表2　各反应在标准态(25℃

反应

SiO2+4HFCaO+2HFNa2O+2HFSiF4+2KF O

SiF4+2H2OCaF2+H2O2NaF+2O62O6

-ΔHf/J mol-1

-4644147277

-/J(K 25.5687.24198.28

-1

-Jmol-1

207290.92114346.29131154.5988189.43

,整个侵蚀反应为放热反应,而且反应能够自发地进行,反应的温度范围很大,在室温下或稍稍加热就可以迅速反应。

蒙砂粉所产生的氢氟酸浓度对玻璃蒙砂后的总透过率有很大影响,图1为蒙砂玻璃总透过率与氢氟酸浓度的关系。由此可见,氢氟酸浓度较低时,随浓度增加,玻璃总透过率降低,至8%时,总透过率达到最低值,以后总透过率反而随浓度提高而增加。这是由于开始时,随氢氟酸浓度的提高,增加了对玻璃的侵蚀,蒙砂程度也增加,玻璃总透过率也降低,但浓度在进一步提高,玻璃表面的反应物增加太

多,影响氢氟酸进一步与玻璃反应,蒙图1　氢氟酸浓度对玻璃总透过率的影响砂程度反而降低。因此配制蒙砂粉组

成,应考虑到蒙砂粉与酸反应后所产生的氢氟酸数量,以达到较好的蒙砂效果。

蒙砂液的温度和玻璃蒙砂时间对玻璃的总透过率和表面形貌均有较大影响。将市售蒙砂粉和自制的蒙砂粉配制成蒙砂液,测定了蒙砂温度和时间对总透过率的影响,分别列成表3和表4。

表3　市售蒙砂粉的蒙砂温度和时　　　　　　间对玻璃总透过率的影响

t/s

　　　表4　自制蒙砂粉的蒙砂温度和时

间对玻璃总透过率的影响

t/s

θ/℃

2079.048.765.7

253.31.41.6

305.01.42.5

θ/℃

2031.034.03.4

253.41.35.0

305.63.26.6

4090120

4090120

　　　　　　　　　大4第17卷　连　轻　工　业　学　院　学　报　　　　　　　　　　

侵蚀酸液的浓度降低,蒙砂效果反而不佳,最合适的温度为25℃,此时总透过率较低,蒙砂效果最佳。

在较合适的蒙砂温度(25℃)下,3。

以上两图均明显可见,在40s时反应不完全,蒙砂时间以90s为宜,此时透过率最低。当时间延长到120s时,由于溶解度很低的氟硅酸盐晶体覆盖在玻璃表面,阻止蒙砂液对玻璃进一步侵蚀,故时间虽然增加,但透过率不再降低。

用偏光显微镜观察不同条件下蒙砂玻璃的表面

形貌,图4和图5为市售蒙砂粉在25℃和30℃下,蒙砂时间分别为40s、图3　自行研制的蒙砂粉蒙砂时间对透过率的影响90s和120s(图4、5)。图

4和图5相比,在相同的蒙砂时间条件下,30℃时蒙砂的样品比25℃时的表面晶粒大;在同一温度下,蒙砂40s时晶粒较小,90s时增大一些,120s时晶粒稍有增加或基本不变。

将自制的蒙砂粉在20℃、25℃和30℃下分别蒙砂40s、90s和120s(图6、7、8)的显微形貌进行观察。在20℃下蒙砂40s和90s,玻璃表面侵蚀生成物晶核数过少,不能适当的铺展,得不到均匀的毛表面。120s时晶核数增多,长大,表面比较均匀。在25℃时,晶核数和晶粒大小适度,从40s到90s晶粒增大得较多,到120s时变化不大。玻璃表面均匀、细致。温度为30℃时,从40s到120s,晶粒大小基本相同,这是因为反应产物溶解度非常小,在玻璃表面很快地达到了饱和状态,从而使晶核的密度非常高,过高的晶核密度限制了晶粒 …… 此处隐藏：3133字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……