Результат интеллектуальной деятельности: Стеклянный микрошарик для световозвращающих покрытий

Предложенное решение относится к стеклянным микрошарикам, которые могут быть использованы при разметке поверхности дорог и при изготовлении световозвращающих устройств, например, в системах обеспечения безопасности дорожного движения.

В отечественной и мировой практике широко применяются световозвращающие материалы, содержащие стеклянные микрошарики (СМШ). При этом качество световозвращения СМШ характеризует величина коэффициента световозвращения, которая определяется показателем преломления, коэффициентом светопропускания и величиной поверхностного натяжения стекла, используемого для производства СМШ (патент РФ №2602328, МПК С03В 19/10, 2013 г.).

Наиболее близкими к предлагаемому решению являются СМШ для дорожной разметки (Методические рекомендации по устройству горизонтальной дорожной разметки безвоздушным способом. Приняты и введены в действие распоряжением Государственной службы дорожного хозяйства РФ (Росавтодора) от 01.11.2001 г. №OC-450-p), изготавливаемые из натрий-кальций-силикатного прозрачного бесцветного стекла. СМШ для дорожной разметки получают из боя стекла (в основном листового). Недостатком таких СМШ является низкая эффективность световозвращения (не более 280 мКд) в виду малого показателя преломления стекла (не более 1,53), невысокого коэффициента светопропускания и высокого содержания частиц несферической формы (до 20%). Большое содержание частиц несферической формы связано с недостаточно высоким поверхностным натяжением данного стекла (не более 325 мН/м при 1300°С) и большим температурным диапазоном изменения вязкости стекла от 10⁴ Па*с до 10⁸ Па*с.

Технический результат предложенного решения заключается в повышении эффективности световозвращения СМШ за счет:

увеличения показателя преломления стекла;

увеличения коэффициента светопропускания стекла;

увеличения доли сферических СМШ в связи с увеличением поверхностного натяжения стекла и снижения температурного диапазона изменения вязкости стекла от 10⁴ Па*с до 10⁸ Па*с.

Указанный технический результат достигается тем, что стеклянный микрошарик для световозвращающих покрытий, изготовленный из прозрачного бесцветного натрий-кальций-силикатного стекла, содержит 54,0-70,0 мас. % SiO₂, 17,0-30,0 мас. % СаО, 7,0-16,0 мас. % Na₂O и/или K₂O, 0-5,0 мас. % MgO, 0-5,0 мас. % Al₂O₃, не более 0,1 мас. % Fe₂O₃ и имеет показатель преломления более 1,53, предпочтительно не менее 1,539. Поверхностное натяжение предложенного стекла составляет при температуре 1300°С не менее 335 мН/м. Температурный диапазон изменения вязкости предложенного стекла от 10⁴ Па*с до 10⁸ Па*с не превышает 216°С.

Предложенный СМШ имеет показатель преломления более 1,53, предпочтительно не менее 1,539, а также:

более высокий коэффициент светопропускания стекла;

более высокое поверхностное натяжение стекла (при температуре 1300°С не менее чем до 335 мН/м) и более низкий температурный диапазон изменения вязкости стекла от 10⁴ Па*с до 10⁸ Па*с, что значительно уменьшает долю несферических СМШ.

Снижение до 216°С температурного диапазона изменения вязкости стекла от 10⁴ Па*с до 10⁸ Па*с сокращает время формования СМШ, поэтому они меньше деформируются от соприкосновения между собой и корпусом печи, что увеличивает содержание СМШ сферической формы в готовом продукте.

Удельный вес предложенного стекла составляет не более 2,8 г/см³, так как в нем отсутствуют тяжелые металлы, применение которых приводит к повышению стоимости стекла, отрицательно сказывается на экологии и снижает производительность установок по производству СМШ.

Натрий-кальций-силикатное стекло для изготовления СМШ варят в газовой или электрической стекловаренной печи по общепринятой в стеклоделии технологии с последующим гранулированием расплава стекла. Полученный стеклогранулят (стеклобой, эрклез) далее подвергают измельчению и классификации полученных при измельчении порошков стекла на фракции в диапазоне размеров 5-1500 мкм. Затем из полученных порошков стекла формуют стеклянные микрошарики во взвешенном состоянии в восходящем потоке газов при температуре 1100-1500°С. Охлаждение стекломассы, содержащей 54,0-70,0 мас. % SiO₂, 17,0-30,0 мас. % СаО, 7,0-16,0 мас. % Na₂O и/или K₂O, 0-5,0 мас. % MgO, 0-5,0 мас. % Al₂O₃ и не более 0,1 мас. % Fe₂O₃, производят со скоростью предотвращающей образование кристаллической фазы, например, отливкой в воду.

Примеры составов стекол для СМШ приведены в таблице 1.

В последнем столбце таблицы приведен традиционный состав стекла, представляющий собой стеклобой листового стекла, используемый для изготовления СМШ.

Свойства СМШ, изготовленных из перечисленных в таблице 1 составов стекла, приведены в таблице 2.

Проведенные исследования показывают, что применение предложенного решения существенно повышает эффективность световозвращения СМШ.