Aktualne wydanie

2019 11 okladka

       11/2019

 

User Menu

20190444Swiat-Szkla-V4B-BANNER-160x600-PLEDG Swiat Szkla Skyscraper 160x600 BAU OK

EDG Swiat Szkla Skyscraper 160x600 BAU OK 

 

facebook12

czytaj newsy Świata Szkła

- więcej szklanej architektury

 

Baztech

Miesięcznik Świat Szkła

indeksowany jest w bazie

czasopism technicznych

 

 

Wydanie Specjalne

 

Fasady przeszklone termika akustyka odpornosc ogniowa 2016

 

okna pasywne 2015a

 

Fotowoltaika w architekturze okladka

 

20140808Przegrody przeciwpozarowe

 

konstrukcje szklane

 

20140533 Konstrukcje przeszklone 2

 

katalog 2018 a

 

banner konferencja 04 2019

 RODO

heroal 2018 Banner C50VSZ 750x150 PL mit-Rahmen1 

baner szklo budowlane

 

20190820-BANNIERE-HALIO-750x100-1D-PL

 

wlasna-instrukcja ift--baner do newslet-2019

 LiSEC SS Konfig 480x120

 

 GP19-480x105px

 

 GLASS 480X120

  

budma 2020 - 480x120

 

Niekonwencjonalne metody wytwarzania szkieł
Data dodania: 26.06.08

Szkła otrzymywane są najczęściej przez tradycyjne topienie surowców. Jest to proces wysokotemperaturowy, energochłonny. Dodatkowe trudności powstają przy otrzymywaniu szkieł o składach trudnych bądź niemożliwych do wytopienia. Często powstaje konieczność uniknięcia niekorzystnych zjawisk, takich jak likwacja czy krystalizacja.
 

Zol-żel (sol-gel)
    Metoda zol-żel może stanowić dobrą alternatywę otrzymywania szkieł dla specjalnych zastosowań. Pozwala ona uzyskiwać materiały w formie monolitów, proszków, włókien nieorganicznych i materiałów hybrydowych w temperaturach znacznie niższych niż w przypadku tradycyjnej metody topienia.

     Prostota tej metody i niska temperatura formowania pozwala uzyskiwać także cienkie warstwy na różnych podłożach, takich jak np. folia szklana, materiały włókniste.

    Szkła otrzymane w procesie zol-żel charakteryzuje wysoka czystość chemiczna, są one także wolne od pęcherzy, smug i wtrąceń.

    Metoda opiera się na reakcjach hydrolizy i polikondensacji alkoholanów, które zachodzą w roztworze. W związku z tym, że proces ten bazuje na mieszaninach cieczy, w przeciwieństwie do metody topienia, homogenizacja możliwa jest na skalę molekularną.

    Hydroliza oraz polikondensacja zachodzą w roztworze równolegle i nie można określić ich kolejności. Zależne są one między innymi od temperatury i pH roztworu, ilości rozpuszczalnika i wody. Odczyn pH roztworu jest regulowany poprzez dodatek katalizatora, którym najczęściej jest kwas HCl lub NH4OH. Syntezę zol-żel należy prowadzić w ten sposób aby żelowanie następowało w czasie 2 do 5 dni. Przykład otrzymywania szkła z trójskładnikowego układu SiO2-CaO-P2O5 przedstawia schemat na rys.1.

Przykłady przemysłowych aplikacji szkieł pochodzenia żelowego
    Zastosowanie metody zol-żel do nanoszenia powłok antyrefleksyjnych na monitory pozwala obniżyć koszty w porównaniu z innymi metodami (CVD, PVD). Firma TOSHIBA nanosi warstwy SiO2-ZrO2, domieszkowane barwnikami organicznymi. Podnoszą one kontrast obrazu oraz poprawiają czystość i gamę kolorów o 12%. [1]

     Warstwy antyrefleksyjne znajdują szerokie zastosowanie w przypadku produkcji szyb do oprawy obrazów. Obecnie wytwarzane powłoki żelowe na powierzchni szkła cechuje wysoka odporność na zarysowanie i promieniowanie UV. Współczynnik odbicia światła w przypadku szyb z powłoką antyrefleksyjną osiąga aktualnie wartości poniżej 1%, natomiast przepuszczalności w zakresie światła widzialnego – powyżej 98,5% [2].

    Przy wykorzystaniu metody zol-żel produkowane są również aerożele, wykorzystywane w technologiach kosmicznych. Materiały te charakteryzuje wysoka przezroczystość, niska przewodność (0,015 W/mK) oraz współczynnik załamania (1,008-1,055). Rozmiar cząstek aerożelu mieści się w granicach 2-3 µm a równomiernie rozłożone w objętości pory mają średnicę około 50 nm. Aerożele krzemionkowe, modyfikowane związkami organicznymi w celu poprawy odporności na wodę, produkowane są m. in. przez firmę MATSUSHITA Electric Works [3, 4].

    Zastosowanie tych materiałów związane jest z ich wysoką przezroczystością i niskim współczynnikiem załamania światła oraz porowatą strukturą. Wykorzystywane są między innymi w badaniach cząstek (radiacja Cerenkova – projekt CERN), wyłapywania śmieci kosmicznych, w produkcji włókien optycznych [5].

     Bardzo ciekawe zastosowanie znajdują hybrydowe, barwne powłoki żelowe. Rozkład barwnika w stosunkowo niskiej temperaturze (poniżej 450oC) może w przyszłości wyeliminować potrzebę segregacji stłuczki szklanej ze względu na kolor. Dodatkowo, butelki barwione przy wykorzystaniu techniki zol-żel cechuje wysoka twardość lub elastyczność, odporność na gorącą wodę i roztwory alkaliczne, wysoka jednorodność barwy i przezroczystość. Warstwa naniesiona na szkło opakowaniowe posiada zwykle grubość kilku mikrometrów i stabilizowana jest w temperaturze do 250oC.

    Warstwy hybrydowe na wyrobach ze szkła gospodarczego i kryształowego producenta szkła kryształowego z Niemiec (Spiegelau) przedstawiono na rys. 2.

    Barwne monolity organiczno-nieorganiczne przedstawiono na rys. 3.
    Warstwy żelowe można nanosić w celu zabezpieczenia antykorozyjnego powierzchni. Chronią one materiał przed ubytkiem masy wskutek niszczącego wpływu różnych czynników, takich jak atmosfera czy reakcje elektrochemiczne.
    Z powodu spadku temperatury poniżej punktu rosy następuje charakterystyczne dla szkła zmatowienie. Powierzchnia szkła staje się hydrofobowa dzięki zastąpieniu grup SiOH grupami COH, co powoduje zmniejszenie kąta zwilżalności. Zaletą powłok hydrofilowych i hydrofobowych jest to, że nanoszone mogą być w niskich temperaturach.

     Metoda zol-żel jest szczególnie przydatna przy wytwarzaniu materiałów dla zastosowania w medycynie, do wypełniania ubytków kostnych. Bioszkła pochodzenia żelowego określane są mianem materiałów nowej generacji. Związane jest to z ich specyficzną budową, która powoduje ich wysoką aktywność chemiczną i biologiczną.

    Bioaktywne szkła i szkło-ceramika otrzymane metodą zol-żel mogą występować w formie granul, warstw na innych materiałach oraz litych i porowatych spieków. Przykładowe materiały, otrzymane w Akademii Górniczo-Hutniczej przedstawiono na rys. 4.

    Materiały bioaktywne otrzymane metodą zol-żel cechuje korzystne zachowanie w środowisku żywego organizmu. Są to materiały biozgodne i sprzyjają szybszej regeneracji tkanki poprzez jej mineralizację. Ich przewaga nad konwencjonalnymi bioszkłami została wykazana w badaniach biologicznych in vitro oraz in vivo [6,7].

dr inż. Rafał Sindut
ISCMOiB
Oddział Szkła w Krakowie

inne artykuły tego autora:  

- Nowoczesne, glinokrzemianowe materiały ogniotrwałe , Rafał Sindut, Bożena Kubala, Katarzyna Cholewa-Kowalska, Świat Szkła 6/2009

patrz też: 

- Powłoki żelowe na szkle. Część 1,  Maria Łączka, Agnieszka Terczyńska, Katarzyna Cholewa-Kowalska, Świat Szkła 9/2008

- Powłoki żelowe na szkle. Część 2,  Maria Łączka, Agnieszka Terczyńska, Katarzyna Cholewa-Kowalska, Świat Szkła 11/2008


1. Ito Takeo (Toshiba Co), Sol-Gel Coating for Contrast Enhancement of Color Cathode-Ray Tubes, “Sol-Gel Product News” 2000
2. Nanning Arfsten (Denglas Tech), Newest Sol-Gel Dip Coating Development at Denglas Technologies, “Sol-Gel Product News” 2000
3. Masaru Yokohama (Matsushita El Works Ltd), Hydrophobic Silica Aerogel, “Sol-Gel Product News” 2000
4. H. Yokogawa, M. Yokoyama J. Non-Cryst. Solids 186, 23, 1995
5. http://hpl3tril.cern.ch  – projekt CERN
6. K. Niedzielski, R. Sindut, K. Cholewa-Kowalska, M. Łączka New Generation Bioactive Glass-Ceramics as a Substitute of Bone – in vivo Study, “The European Journal of Glass”, 2007
7. M. Łączka, K. Cholewa-Kowalska, A.M. Łączka-Osyczka and M. Tworzydło, J. „Biomed. Mat. Res.” 52, p. 601 (2000) 

więcej informacji: Świat Szkła 6/2008
 

 

 

01 chik
01 chik