一类矿化水、杀菌用磷酸盐玻璃 【技术领域】
本发明涉及一类磷酸盐玻璃，特别涉及具有矿化水、杀菌作用而组成可以在广泛范围内调节的磷酸盐玻璃。背景技术
众所周知，在日常生活中人体需要补充各种矿物质以维持其生长发育，矿物质主要包括钙、磷、镁、钾、钠等元素，这使得如何能使人体能得到及时的矿物质补充成为当前营养学的热点。随着生活水平的提高，人们生活饮用水常常选用纯净水、蒸馏水或矿泉水等。由于经过一定的水处理，纯净水和蒸馏水中矿物元素不能得到有效的保持，而天然的矿泉水中除了含有对人体有益的矿物元素外，还往往含有一些对人体有害的物质如硫等。针对上述问题，有关科技工作者提出了一些解决方案，较为典型的有：
(1)美国专利P5786006中提供了一种在纯净水水中添加矿化剂，使纯净水经过处理后含有Li0.06～0.15，K10～100，Ca30～125，Mg30～100mg/L。这种矿化剂的添加过程不方便，而且还引入了部分人体不需要的元素Cr 0.01～40.08mg/L。
(2)中国专利CN1210695A提供了一种在饮用水中添加钙的方法来提供人体所必需地钙元素。这种方法是在饮用水的生产过程中加入矿物元素，钙离子易于水中溶解的碳酸根离子生成沉淀，矿物元素不能保持长期有效。
(3)日本专利JP11077025中提到在水处理的过程中加入含有金属氧化物的纯化剂，使最终的纯净水中含有一定量的Na2O，K2O，CaO，MgO，SiO2等。发明内容
本发明需要解决的技术问题是公开一类矿化水、杀菌用磷酸盐玻璃，以克服矿化剂的添加过程不方便、引入部分人体不需要的元素、钙离子易于水中溶解的碳酸根离子生成沉淀，矿物元素不能保持长期有效的缺陷，满足人们的需要。
本发明的构思如下：
发明人在长期从事磷酸盐玻璃研究工作的基础上，通过反复实践，发现磷酸盐玻璃矿化水和杀菌功能的结合可以通过调整玻璃组成，利用以下几个方面的协同作用来达到的。首先，玻璃中引入了一定比例的碱金属氧化物和碱土金属氧化物，产生了“多碱效应”和“压抑效应”，这两种效应都能用于调节玻璃的溶解速率，以达到使玻璃能以恒定速率无选择地溶解在水中；其次，微量银或亚铜离子的引入，它们具有很好的杀菌作用。
根据以上构思，本发明提出以下方案：
本发明的矿化水、杀菌用磷酸盐玻璃的组分和摩尔含量包括：Na2O+K2O 10～40％，其中：Na2O∶K2O＝(1～3)∶1MgO+CaO 10～30％，其中：MgO∶CaO＝1∶(SrO 0～10％SiO2 0～10％Ag2O 0～10％CuO 0～10％P2O5 30～70％经过大量实验，优选的组分和摩尔含量为：Na2O+K2O 15～35％，其中：Na2O∶K2O＝(1～2)∶1MgO+CaO 15～25％，其中：MgO∶CaO＝1∶(1～2)SrO 0～5％SiO2 0～5％Ag2O 0～5％CuO 0～5％P2O5 40～60％。最佳的组分和摩尔含量为：Na2O 15％K2O 14％MgO 9％CaO 11％SrO 1％SiO2 1％Ag2O 0.5％P2O5 48.5％。以及：Na2O 17％K2O 14％MgO 10％CaO 10％SrO 1.5％SiO2 1％Ag2O 0.6％P2O5 45.9％。或：Na2O 7％K2O 15％MgO 11％CaO 10％SrO 1.5％SiO2 1％Cu2O 3％P2O5 41.5％。
玻璃的熔制方法分两步进行，具体如下：
(一)原料的预处理。以部分合成磷酸盐和五氧化二磷共同引入，原料的预处理过程如下：按玻璃配方进行准确称量，将称量好的原料搅拌均匀，装入石英坩埚中，根据不同组成的配料以一定的升温速率2～6℃/min在马弗炉中升温至100～200℃，保温1～3小时。热处理所得的块状固体即可用于熔制。
(二)玻璃的熔制。原料预处理后，从坩埚中取出粉碎研磨至一定细度，进行熔制。熔制温度为600℃～1000℃，保温时间为1～4小时，退火温度为150～360℃，退火时间为1～4小时。为减少五氧化二磷的挥发，通常采取快速熔制的方法。在浇铸成型时，必须预热模子。玻璃块置于温控保温炉中退火，退火制度为10～20℃/小时。
本发明所述的矿化水、杀菌用磷酸盐玻璃，能在饮用水中以恒定的速率释放出人体所需的各种矿物元素，不仅如此，针对目前家庭用瓶装饮用水存在存放时间长后引起细菌滋生的问题，玻璃中还引入了微量的银离子，在补充矿物质的同时还具有杀菌功能，大大提高了水质，而保质期也可以成倍地增长；磷酸根和钙离子的同时引入有利于人体的吸收，同时有较好的口味。引入部分的亚铜离子取代银离子的磷酸盐玻璃同样具有杀菌作用，这类杀菌用玻璃可以用于处理各种生活用水，如冲洗卫生洁具如马桶等用水水箱中，悬挂网袋装的玻璃使之缓慢溶解，该类矿化水不仅可使洁具和管道不结垢，而且冲洗后的洁具几乎处于无菌状态，有益于卫生。在清洗水果蔬菜时，也可使用这类矿化水浸泡，约1小时然后用清洁水冲洗即可直接食用。具体实施方式
下面将通过结合实施例进一步阐明本发明的有关内容，但实施例并不限制其保护范围。
实施例1
按照表2中所示组成比准确称量原料，预热处理温度为200℃，时间为3小时，冷却研磨后进行熔制。熔制温度为920℃，保温时间为3小时，熔制完毕后，将熔融玻璃取出在预热的模子上浇铸成型，随后放入温控保温炉中进行退火，退火温度为280℃，退火时间为3小时。退火后的玻璃即为本发明的产品。玻璃试样可为块状或球状(系常规的技术要求)。玻璃性能的测试结果示于表3。玻璃在水中以恒定速率溶解，溶解速率是以玻璃在30℃下去离子水中的表面失重来表示的。玻璃的抗菌效率是用常规的平板计数法即将一定重量的玻璃放入一定体积的含菌水溶液中来测定一定时间内玻璃的杀菌效率。本发明中玻璃的杀菌效率是用0.5克玻璃在30ml体积、大肠杆菌初始浓度为6.2×104个/毫升的菌液中放置120分钟后水中细菌含量的变化百分率来表示的。
实施例2
按照表2中所示组成比准确称量原料，除了预热处理温度为190℃，熔制温度为900℃，保温时间为2.5小时，退火温度为270℃，退火时间为2小时外，其余与实施例1相同。测试与实施例1相同，结果示于表3。
实施例3
按照表2中所示组成比准确称量原料，除了预热处理温度为170℃，熔制温度为880℃，保温时间为1.5小时，退火温度为250℃，退火时间为2小时外，其余与实施例1相同。测试与实施例1相同，结果示于表3。
表2实施例玻璃的组分玻璃组分(mol％) 实施例1 实施例2 实施例3 Na2O 15 17 17 K2O 14 14 15 CaO 11 10 11 MgO 9 10 10 SrO 1 1.5 1.5 SiO2 1 1 1 Ag2O 0.5 0.6 0 Cu2O 0 0 3 P2O5 48.5 45.9 41.5
表3实施例玻璃的性能测试结果 玻璃性能 实施例1 实施例2 实施例3 玻璃的溶解速率(mg.cm-2h-1) 0.1125 0.1042 0.0958 玻璃的杀菌率(％) 99.98 99.96 99.95
显然，本发明的磷酸盐玻璃是在大量实验的基础上，以理论为依据创造的一类新型磷酸盐玻璃，它不仅能在水中以恒定速率溶解释放出对人体有益的矿物元素补充人体所需，还具有良好的杀菌效率，使其完全适用于矿化水和杀菌用途。该磷酸盐玻璃的优点在于它的组成可以根据不同地方的水质和人群对矿物质的需要在广泛范围内进行调节，而且由于玻璃在水中呈线性整体溶解，溶解后不留残渣，不需要后续处理。杀菌矿化水量巨大，成本很低，有良好的经济效益。本发明的磷酸盐玻璃在国内外尚属首创，具有广泛的市场发展前景。