化学蒙砂玻璃_二_.pdf

讲 座 化学蒙砂玻璃 二 王承遇 陶 瑛 大连轻工业学院玻璃及无机新材料研究所 116001 3 蒙砂工艺 蒙砂方法虽然有几种 但基本工艺过程是相似的 如图所示 玻璃制品 清洁处理 干燥 预热 蒙砂 清洗 干燥 检验 成品 配制蒙砂液或蒙砂膏 3 1 玻璃表面的清洁处理 玻璃表面的清洁处理对蒙砂质量起较重要的作用 如表面有油脂等污物 就会造成表面 侵蚀不均匀 利用生产线上退火后的玻璃直接进行蒙砂时 玻璃表面比较洁净 只需用水冲 洗浮尘即可 清洁过程比较简单 对外购或来料加工 污物比较多的玻璃制品 先用水冲洗去浮尘 再用加有洗涤剂的热 水洗去油脂 然后用清水将玻璃表面残留的洗涤剂冲洗掉 如储存时间太长或储存时温度 湿度太高 且通风条件不好 玻璃已发霉 表面生成风化 膜的情况下 由于此风化膜通常是高硅氧成分 且不均匀分布 用加洗涤剂的热水已不能洗 去 只有先进行水洗 然后用稀氢氟酸除去玻璃表面高硅氧膜 必要时在稀氢氟酸中再加入 一些硫酸和硝酸 其效果更佳 最后 再用热水冲洗残留酸液 在熔制 成形 退火和加工中 如工艺控制不好 引起玻璃表面成分波动 对蒙砂效果也有影响 一方面要严格控制熔制 成形 退火和加工的工艺参数 避免表面成分波动 另一方面 对已发现表面成分波动的玻璃 制品 也可采用稀氢氟酸加硫酸或硝酸进行酸洗 清除成分波动的表面层 对小批量 形状复杂的玻璃制品 可用人工间歇式清洗 对大批量 形状简单的玻璃制 品 可采用洗涤机进行清洗 洗涤机有多种类型 常用的为喷射清洗机和毛刷清洗机 喷射 清洗是利用运动流体施加于玻璃表面上的污染物以剪切力来破坏污染物与玻璃表面的粘附 力 污染物脱离表面再被流体带走 一般用扇形喷嘴 喷嘴安装在接近玻璃处 与玻璃表面 的距离不超过喷嘴直径的100倍 喷射压力愈大 清洗效果愈好 但压力不宜太高 以免带 来其他问题 喷射清洗法适用于形状复杂的玻璃制品 并能方便地清洗玻璃容器内部 刷 洗法用毛刷在玻璃制品外部和内部清洗 还需加入热水或洗涤剂溶液 既可采用玻璃制品旋 转 毛刷固定的运动方式 也可采用玻璃制品固定 毛刷运动的方式 刷洗法适用于形状规 则的玻璃制品 清洗后的玻璃即用热风干燥 干燥后尽快进行蒙砂 以免造成二次污染 3 2 蒙砂液的配制 蒙砂液的主要成分为氢氟酸 另外再加氟化物 硫酸盐等 有时还加入一些其他酸 如盐 95玻璃与搪瓷 27卷2期 酸 硫酸等 以调节反应生成物的溶解度 其配方如表1所示 表1 氢氟酸蒙砂液的基本配方 原 料 编 号L 1L 2L 3L 4L 5L 6L 7L 8 氢氟酸10204040 246 222 14 612 氟化铵3010026 826 023 0 氟化氢铵63 340 硫酸钾27 3 硫酸铵1 8 硫 酸4 6 盐 酸37 2 水 1005010029 127 817 718 312 表1中L 1 L 3 L 8各原料为重量份数 L 4 L 5 L 6 L 7配方中各原料为 重量百分率 L 2配方中氢氟酸和水的单位为毫升数 而氟化铵的单位为克数 氢氟酸的 浓度一般为40 wt 3 3 蒙砂粉的配制 通常以氟化物 如氟化铵 氟氢化钾 氟化钙 为主要成分 再加入硫酸铵 硫酸钡 硫酸 钾以及其他添加剂 配制成蒙砂粉 使用时再加入硫酸或盐酸 配制成蒙砂液 玻璃制品即 放在此蒙砂液中 由蒙砂粉与酸反应生成的氢氟酸对玻璃制品进行侵蚀 由于氢氟酸包装 运输 储存时均有特殊要求 带来诸多不便 将氟化物配制成固体蒙 砂粉 运输和储存比氢氟酸方便 国内外均有蒙砂粉的商品供应 不同组成蒙砂粉配制蒙砂液所用酸的品种和用量是不同的 合适的蒙砂粉与酸的比例 对获得好的蒙砂效果是很重要的 文献上介绍的蒙砂粉的基本配方见表2 表2 蒙砂粉的基本组成及调制蒙砂液的配方 原 料 编 号P 1P 2P 3P 4P 5P 6 蒙 砂 粉 氟 化 铵504010010 氟 化 钙10 氟化氢钾 KHF2 25 硫 酸 铵51010 硫 酸 钾14 硫 酸1020202 盐 酸201 水5024010010010010 表2中P 1 P 2 P 3 P 4 P 5配方中原料配比为重量份数 P 6中氟化铵 硫酸 铵单位为克数 硫酸和水的单位为毫升数 硫酸比重为1 84 盐酸比重为1 19 上表仅为蒙砂粉的基本组成 氟化物中还可引入氟硅化钠 氟化氢铵及冰晶石等 有时 还要加入一些添加物如硫酸钡 碳酸钡等 06玻璃与搪瓷 27卷2期 蒙砂粉的组成对蒙砂后玻璃表面状态有很重要的影响 图3中a和b为不同配方的蒙 砂粉在同一蒙砂温度和时间条件下 表面形貌的扫描电子显微镜照片 a为配方中氟化物含 量较高的蒙砂粉蒙砂后的表面形貌 由此可见玻璃表面晶粒比较粗大 分布也不均匀 而含 氟化物较低的 则表面粗糙度小 外观细腻 如图b所示 这是由于氟化物含量较高的配方蒙 砂后 玻璃表面的硅氟化物晶体容易长得比较大之故 a b 图3 不同配方蒙砂粉蒙砂后表面形貌 扫描电子显微镜照片 3 4 蒙砂膏的配制 蒙砂膏主要用于玻璃制品的局部蒙砂或进行毛面蚀刻 可在玻璃制品需要局部蒙砂或 蚀刻之处涂上蒙砂膏 玻璃即被侵蚀而形成毛面 与玻璃在不需要蒙砂之处先涂保护层再浸 渍或喷涂酸液的工艺过程相比 用涂蒙砂膏的工艺过程则简单得多 可节省了涂保护层的工 序 同时降低了原材料消耗 加工时间缩短 生产效率提高 文献上蒙砂膏的基本配方见表3 表3 蒙砂膏的基本配方 原 料 编 号G 1G 2G 3 氢 氟 酸10 氟 化 铵206010 盐 酸2040 硫 酸 钡70 水1 表3中G 1 G 2配方为重量份数 G 3配方中氢氟酸的单位为毫升数 氟化铵和硫 酸钡的单位为克数 硫酸钡的加入可起调节粘稠度的作用 使蒙砂膏能涂到玻璃表面上不 流散 涂抹的边缘清晰 蒙砂后保持图形棱角分明 除了用硫酸钡调节粘稠度外 还可以加 入淀粉 冰晶石粉等 3 5 浸入法蒙砂工艺 浸入法为简单易行的方法 设备简单 操作方便 通常将玻璃制品清洗干净后 用吊篮 吊框或其他盛装工具浸入蒙砂液中即可 蒙砂液可采用氢氟酸配制 也可用蒙砂粉配制 在一些设备简陋的小厂进行小批量蒙砂时 往往只有3个塑料槽 第1个塑料槽装水进 行玻璃制品的清洁处理 第2个塑料槽装蒙砂液进行蒙砂处理 第3个塑料槽再装水以洗去 16玻璃与搪瓷 27卷2期 残留的蒙砂液 有的小厂甚至只有两个槽 即蒙砂槽和清洗槽 在上述情况下造成氟化物 对操作工人的危害和对环境的污染 蒙砂产品的质量也不能保证 容易造成蒙砂不均匀 现代化的蒙砂工艺必须达到下列要求 全部酸液处理系统保持密闭状态 蒙砂液各组份要混合均匀 蒙砂液的浓度要保持稳定 蒙砂液的温度要保持稳定 蒙砂时间要保持稳定 根据以上要求蒙砂装置可采用以下方式 多槽式蒙砂 由一个装有蒙砂液的酸槽和一个或若干清洗槽组成 玻璃制品在酸槽 内蒙砂后 移动到清洗槽中清洗 形成一条玻璃制品的运输线 在每个槽中停留一定时间 进 行操作 生产是连续的 玻璃制品用塑料夹具或吸盘装在框架上 安装方式要保证玻璃制品都与酸液有最大的 接触面 使各个玻璃制品都能均匀地蒙砂 装玻璃制品的框架用吊车或电动葫芦在轨道上 移动 由一个工序到另一个工序 并可将玻璃制品表面清洁处理 热风干燥 酸蚀 蒙砂 清 洗全过程连成一条生产线 此种方式优点是可以连续生产 效率高 酸液损失少 缺点是不易密闭 运输过程中玻璃 制品易破损 单槽式蒙砂 在一个槽内完成酸蚀和清洗过程 玻璃制品不必运输 先将玻璃制品安 装在圆盘上 圆盘固定在立轴上 而立轴和圆盘均安装在酸槽内 立轴可带动圆盘上的玻璃 制品在酸槽内旋转 既可使玻璃制品各部分均匀地受到酸液侵蚀 又可起搅拌作用 使酸液 各组份混合均匀 蒙砂开始时 用泵将酸液送入酸槽 再将槽盖密闭 开启电动机使装玻璃制品的圆盘旋 转 酸蚀结束后 将酸液排出 再将清洗液用泵输入槽内 清洗完成后 排出清洗液 单槽式的优点是省去玻璃制品在各个槽之间的运输过程 减少了产品的破损 酸槽也容 易密闭 缺点是间歇式生产 效率低 成本高 不论采用何种装置来进行蒙砂 都必须保证酸液的均匀和浓度的稳定 各种不同酸液 配方均有配方次序 每种原料必须按顺序加入 配置完毕 应该放置2 12h 使化学反应达 到平衡 使用时再将酸液加热到蒙砂温度 经过几个周期蒙砂后 酸液的浓度有所降低 由 于蒙砂时间与酸液浓度有关 酸液浓度降低 蒙砂时间增加 到了酸液浓度降低到一定程度 时 必须补充或更新酸液 有些蒙砂粉中加入一些添加物的溶解度很小 配制蒙砂液时呈悬浮状态 此时必须进行 搅拌 以免产生沉淀 通常用气流搅拌方式 若蒙砂时放置玻璃制品的圆盘旋转起了搅拌蒙 砂液的作用 则酸槽内不必另行安装搅拌装置 但在储酸罐内仍需搅拌 蒙酸液 酸液 的温度要严格控制 防止玻璃制品未浸入蒙砂液以前 氢氟酸蒸气就与玻 璃制品反应 造成蒙砂不均 因此酸液温度不宜过高 以减少氢氟酸的挥发 国外一些专利 上在酸槽外设有冷却水套 由盐水和内装氟里昂的蛇形管组成冷却系统 以防止氢氟酸挥 发 同时在酸槽上方安装抽风口 将挥发的氟化氢气体抽走 酸槽使用到一定时间 一方面由于玻璃表面冲洗下来的反应残余物沉淀在槽内 另一方 26玻璃与搪瓷 27卷2期 面由于蒙砂液的沉淀 所以有必要将槽底部设计成锥形 以便定时清除沉淀物 3 6 喷吹法蒙砂 喷吹法是用喷嘴在一定压力下将酸液喷吹到玻璃表面进行蒙砂的方法 喷吹法可采用 单槽式也可采用多槽式 单槽式喷吹与单槽式浸入法设备很相似 玻璃安装在圆盘上 圆盘旋转 喷嘴将酸液喷 吹到玻璃制品表面上进行蒙砂 通常将酸液加热到一定温度 再经喷射加压罐 用压缩空气 将酸液经喷头喷射到玻璃制品表面上 喷头的喷射角一般为60 喷射时间根据蒙砂液的配 方而定 喷酸后即用40 左右的热水洗去表面残余酸液 多槽式喷吹是将玻璃制品固定在夹具上 而此夹具安装在聚丙烯制成的循环链轮的链 环中间 链轮带动玻璃制品依次进行预处理 喷酸 清洗 干燥各工序 预处理可用20 30 的循环水加少量氢氟酸以除去玻璃制品表面上的油渍 污痕 也可 在软水中加入洗涤剂以清洗玻璃表面 喷酸则在酸槽内用几个喷嘴将40 50 的酸液喷吹到玻璃表面进行蒙砂 然后用气流 吹散附在玻璃表面上的液滴 直到表面上没有液滴为止 以便下一步的清洗 清洗可在两个清洗槽内进行 第1个清洗槽内用60 70 循环水清洗 由于水温高 可 提高表面反应产物在水中的溶解度 有利于快速清除残余反应物 第2个清洗槽内用40 50 的循环水清洗 需将所有反应残留物洗去 喷吹法多槽式蒙砂可以进行连续化生产 且能节省酸液的循环和调节等手续 特别适合 于单一品种大批量的蒙砂 上接第22页 参考文献 1 干福熹等 光学玻璃 第二版 北京 科学出版社 1982 11 2 陈铨弟 高铝低碱瓶罐玻璃组成的研究 玻璃与搪瓷 1991 19 2 3 陈伯任 汤季田等 钠钙玻璃节约纯碱的研究 玻璃与搪瓷 1994 22 5 上接第26页 参考文献 1 中国日用玻璃协会 我国日用玻璃工业节能试点炉总结 现代玻璃窑炉新技术汇编 218 221 2 潘玉昆 王德庆 玻璃与搪瓷 1992 20 5 6