Медицинское стекло и особенности стекол медицинского назначения

Поскольку печь, как правило, проектируется на изготовление продукции со среднестатистической массой капли, в случае изготовления крупногабаритных изделий объем выработочной части и длина питателей могут оказаться недостаточными, а это приведет к ухудшению качества продукции.

Для недопущения этого и улучшения однородности стекломассы в вертикальном канале выработочнои части необходимо устанавливать специальные гомогенизаторы или перешивающие устройства, а сама стекломасса должна подогреваться молибденовыми пластинчатыми или стержневыми электродами.

Поверхность выработочнои части печи и питателя следует покрывать плитами из электроплавленых огнеупоров или непрозрачного кварцевого стекла. Обогрев подсводового пространства питателя целесообразней осуществлять дисилицидмолибденовыми нагревателями, а стекломассу нагревать молибденовыми электродами, расположенными в стенах окружки.

Образующуюся на поверхности зеркала чаши кристобалитнуго корку необходимо постоянно удалять через сливной брус непосредственно из чаши или до нее.

При выходе из протока в выработочную часть температура стекломассы должна быть как можно более высокой и медленно снижаться по мере продвижения к чаше.

Особое внимание следует уделять растеканию стекломассы в пульке при формовании тонкостенных крупногабаритных изделий. Это прямым образом связано с вязкостью стекломассы в поверхностных и глубинных слоях капли и зависит прежде всего от химической и тепловой однородности. Нами было установлено, что на тепловую однородность доминирующее влияние оказывает общее содержание оксидов железа в боросиликатной стекломассе и в первую очередь железо в форме Fe(II). Двухвалентное железо имеет глубокую полосу поглощения в ближней ИК-области спектра (900- 1100 нм).

При формовании крупногабаритных изделий стекломасса, содержащая железо в форме Fe(II), значительно быстрее будет твердеть и медленней растекаться в наружных слоях вследствие того, что при остывании она интенсивно отдает теплоту окружающей среде. Вязкость наружных слоев резко увеличивается, а вязкость внутренних слоев остается низкой. Это вызывает утолщение стенки в горле при формовании оболочек газоразрядных ламп и уменьшение толщины стенки в параболической их части, что снижает прочность изделий. Наряду с уменьшением общего содержания железа (Fe(II) + Fe(III)) в стекломассе необходимо при помощи специальных технологических приемов поддерживать содержание Fe(II) не выше 20 - 25% от общего содержания железа в стекломассе.

Применение рассмотренных конструкционных решений и технологических приемов при варке тугоплавких боросиликатных стекол в электрических печах позволяет получать стекломассу высокого качества, а также продлить срок службы печей.

5. ПРИГОТОВЛЕНИЕ ШИХТЫ НА ОСНОВЕ ЕРЕВАНИТОВ ДЛЯ СТЕКОЛ МЕДИЦИНСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ

При комплексной щелочно-гидротермальной переработке нефелиновых сиенитов наряду с другими важными для народного хозяйства продуктами получают ереваниты разных марок, являющиеся сырьем для варки различных по составу и назначению стекол.

Ереваниты - новые комплексные щелочно-кремнеземистые материалы, представляющие собой белый зернистый порошок с размерами частиц 5-100 мкм, свободный от окислов тяжелых металлов (сумма примесей не превышает 10-3 %) с насыпной плотностью 700-800 кг/м3. В зависимости от соотношения соды и аморфного кремнезема различают ереванит-25 и ереванит-10. Цифры 25 и 10 указывают на процентное содержание безводной соды в ереваните, остальное количество составляет аморфный кремнезем. При необходимости можно получить ереваниты и с другим соотношением компонентов.

В институте общей и неорганической химии АН АрмССР проводятся исследования с целью разработки технологии получения гомогенной стекольной шихты на основе ереванита. При исследовании, в частности, готовили шихту для варки медицинского стекла без применения соды и песка. Массовое содержание окислов в медицинском стекле (%) 74,5 SiQ2, 4 ВаО, 8 B2О3, 4,5 Аl2О3, 1 СаО, 2,8 К2О, 5 Na2О, 0,2 MgO. Основное содержание стекла составляют SiО2, (74,5%) и Na2О (5%), поэтому для ее приготовления больше подходит ереванит-10 (90% SiО2 и 10% Na2CО3). Нами опробованы различные способы приготовления гранулированной шихты стекол медицинского назначения. Был проведен расчет шихты и изготовлено такое количество шихты, которое необходимо для варки 10 кг стекломассы. Рецепт шихты с указанием влажности компонентов приведен в таблице 5.1.

 

Таблица 5.1

	%	Количество стекломассы, кг
Ереванит-30	47,0	15,610
Н3ВОз	-	1,420
СаСОз	-	0,180
ВаС03	0,12	0,516
А1г03	1,67	0,508
KjC03	12,2	0,467

 

Отвешенные в соответствии с рецептом компоненты засылали в двухвалковый смеситель емкостью 40 л, валки которого вращались навстречу один другому с различной частотой (n1=130 мин-1 и n2==52 мин-1), что способствовало энергичному перемешиванию шихты в течение 5-10 мин. При перемешивании температура шихты повышалась до 35-50 °С, в результате чего она превращалась в тестообразную массу. Последнее обстоятельство объясняется, очевидно, тем, что при указанном повышении температуры от гидросиликатов и десятиводной соды отщепляется кристаллизационная вода. Например, из Na2CO3-10H2O дегидратируется девять молекул воды. Кроме того, в  ереваните содержится вода, связанная с аморфным  кремнеземом  гидроксильными

              ½

группами [—Si—ОН]n. Возможно, что другие компоненты также вытесняют воду из

              ½

гидросиликата, благодаря чему повышается общее влагосодержание смеси. При остывании тестообразной шихты происходит частичная гидратация компонентов, и шихта вновь в некоторой степени затвердевает.

Рис. 5.1 – Кривая ДТА шихты медицинского стекла на основе ереванита-10

 

На рис. 7 приведена кривая дифференциально-термического анализа исследуемой шихты. Эндотермические эффекты при 60, 170, 240 °С указывают на удаление как свободной, так и связанной воды некоторых кристаллогидратов (Na2C03-10Н2О; К2С03-1,5Н20; Н3В03 и т. п.). Эндотермические эффекты при 510 и 760°С соответствуют, по-видимому, разложению некоторых компонентов шихты (Na2C03, 1/2СОз, СаС03 и т. п.), а также ее размягчению (760 °С). Не исключается удаление хемсорбированной на аморфном кремнеземе воды при указанных температурах. Последние факты продолжают изучаться нами.

Приготовленная шихта гранулировалась, и готовые гранулы подвергались фриттованию. Гранулирование проводилось на тарельчатом грануляторе (4= = 35 см, /г=40 мин-'1, угол наклона тарелки 40—45°). Повышенная влажность шихты, равная 45% (В"=45%) препятствовала процессу гранулирования Поэтому часть (50%) приготовленной шихты высушивали до 20%-ной влажности в лабораторном сушильном шкафу при 100°С и постепенно добавляли непосредственно в чашу гранулятора вместе с влажной шихтой до образования прочных сферических гранул   диаметром   8--12   мм.

Проведенные опыты позволили установить влажность, обеспечивающую оптимальный режим гранулирования шихты, которая составила 30—33%. Для этого необходимо 50% приготовленной шихты или ереванита-10 подвергнуть сушке (до 1У=20%), а затем добавить во влажную массу (Ц7=45%) на гранулятор, если сушится шихта, или в смеситель, если сушится ереванит-10.

Полученные гранулы сушили при температуре комнатной, 100 °С и выше, после чего была проверена их прочность на раздавливание. Сушку проводили в шахтной электрической печи типа СШОЛ-1 с автоматическим регулированием температуры. Скорость повышения температуры на каждые 8-10 мин составляла 100 °С. Гранулы помещали в корундовые тигли емкостью до 500 мл с высотой слоя 40—50 мм. Сушка гранул при комнатной температуре с высотой слоя 30- 50   мм   длилась   7-10   дней.

Прочность гранул, высушенных при комнатной температуре до остаточной влажности 11-13%, составляла 3-5 кг/гранулу. С повышением температуры сушки до 650 °С, как показано на рис. 8, прочность гранул снижается. Прочность их резко возрастает начиная с 700-750 °С до 30-100 кг/гранулу. При этом гранулы покрываются тонкой прочной коркой, т. е. происходит процесс их   фриттования.

Термообработку гранул при 700-750 °С необходимо проводить таким образом, чтобы процесс размягчения шихты происходил только на поверхности гранул. Для этого требуется всего лишь 5-7  мин выдержки,  в  течение которой не создается условий для их   слипания.

Опыты показали, что полученные на тарельчатом грануляторе гранулы после сушки и фриттования отличаются пустотелостью и пористостью и имеют небольшую плотность. Для большей плотности гранул шихту прессовали на лабораторном ленточном пресс-грануляторе с головкой, в которой при выходе массы создается дополнительное давление, в результате чего получаются более плотные гранулы (брикеты) цилиндрической формы. Изменением формы и сечения отверстий (фильер) головки ленточного пресса можно регулировать давление брикетирования. Опытами установлена оптимальная влажность брикетирования шихты (28-29 %). Полученные на ленточном пресс-грануляторе брикеты цилиндрической формы, высушенные при комнатной температуре, имеют прочность до 100   кг/гранулу.

На основе результатов проведенных работ предложена следующая технологическая схема приготовления шихты стекол медицинского назначения:

получение ереванита-10 влажностью   43-45%;

частичная (50% общего количества) сушка ереванита-10 до 20%)-ной   влажности;

дозировка компонентов стекольной шихты и их перемешивание с добавлением по 50% влажного (Ц7=45%) и высушенного (W— = 20%)   ереванита-10;

гранулирование стекольной

шихты;

сушка  и фриттование    гранул.

Таким образом, изучен процесс приготовления шихты стекол медицинского назначения на основе ереванита-10 без применения соды и песка. Предложены оптимальные условия приготовления шихты, параметры гранулирования и фриттования, а также технологическая схема получения шихты медицинского стекла в гранулированном и фриттованном   виде.

Рис. 5.2 – Зависимость прочности гранул от температуры сушки

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Логунова Г.А., Житкевич 3.В. Модификация поверхности медицинских щелочесиликатных стекол//Стекло и керамика. -1980. - № 5. - С. 16-17.
2. Галахова Г.С., Николаева В.М. Синтез стекол медицинского назначения с использованием математического планирования эксперимента//Стекло и керамика. -1985.-№7.-С. 14-15.
3. Стекло: Справочник/Под ред. Н.М. Павлушкина. - М.: Высшая школа, 
   1986. - С. 53-59.
4. А.С. 1060580 СССР, МКИ С 03 С 3110. Медицинское стекло./С.Т. Фролов. - № 3394738; Заявл. 04.02.82.; Опубл. 15.12.83. // Изобретения.- 1983. - № 46.
5. Житкевич З.В., Сотенов В.П., Гейрокменнова Л.Г., Промышленность медицинского стекла и пластических масс: Обзорная информация. - М.: ВНИИ, 1984.-№1-72
6. А.С. 923977 СССР, МКИ С 03 С 3112.Медицинское стекло / С.Т. Фролов, Л.Н. Лысенок, Г.И. Журавлев. - № 2959968; Заявл. 28.07.80.; Опубл. 30.04.82. // Изобретения. - 1982. - № 16.
7. Применение стекла, и ситалла в медицинском производстве: Материалы конференции / Н.М. Бобкова, Г.Г. Скрипко, СП. Ржевская и др.
8. Сивко А.П. Механизированное изготовление оболочек для газоразрядных ламп высокого давления // Светотехника. — 1992. —№7-8, —С. 19-21.
9. Сивко А.П. Особенности варки боросиликатных стекол в печах непрерывного действия // Стекло и керамика. — 1987. — № П. —С. 18-19.
10. Сивко А.П.. Хилъченко И.П. Особенности варки тугоплавких высоковязких стекол в электрических печах // Стекло и керамика. — 1989. — № 8. — С. 23 - 25.
11. Устойчивость многокомпонентных стекол к воде / П. И. Бу-лер, Л. Г. Протасова, И. Г. Коснырева, Е. В. Турайкина // Стекло и керамика. — 1990. — № 4. — С. 9 - 10.
12. Милюков Е. М. Спектральное поглощение ликвирующнх нат-рийборосиликатных стекол, окрашенных окислами железа // Прикладная спектроскопия. — 1980. — Т. 32. — №3. — С. 516-518.
13. Аппен А. Л. Температуроустойчивые неорганические покрытия. — Л.: Химия, 1976.