DE10053450A1 - Rotes Ziehglas mit hoher Farbsättigung - Google Patents
Rotes Ziehglas mit hoher FarbsättigungInfo
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Abstract
Es wird ein rotes Glas mit hoher Farbsättigung und hoher Transmission beschrieben, welches eine Glasgrundmasse sowie einen Farbbildner umfasst. Es ist dadurch gekennzeichnet, dass es ein Farbbildungshilfsmittel, ausgewählt aus den Elementen der Platingruppe, enthält. Zu seiner Herstellung wird das Farbbildungshilfsmittel der Grundmasse zugesetzt und bei tiefen Temperaturen kurzzeitig getempert. Ein solches Glas ist als Flachglas und Hohlglas verwendbar.
Description
Die Erfindung betrifft rotes Glas, insbesondere rotes
Ziehglas sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung und
seine Verwendung.
Farbige Gläser sind bereits seit dem Altertum bekannt und
werden für viele Zwecke verwendet. Im Mittelalter wurde
zum Beispiel Glas zur Herstellung von Kirchenfenstern ein
gefärbt. Dabei stellten die Rezepturen zum Einfärben ein
wichtiges Betriebsgeheimnis dar, welches von Generation zu
Generation weitergegeben wurde. Aus diesem Grund sind vie
le dieser Färbetechniken verlorengegangen und heute nicht
mehr bekannt.
Im Allgemeinen wird Glas durch Zugabe von Färbemitteln zu
einer Grundglasschmelze hergestellt. Zur Einfärbung des
Grundglases werden häufig Verbindungen der Nebengruppen
elemente verwendet. Dabei erzeugen beispielsweise Kupfer
ionen eine schwach blaue Farbe, Cr3+ Ionen eine grüne, Co2+
in normalen Gläsern eine intensiv blaue bzw. in Boratglä
sern eine rosa Farbe. Prinzipiell sind auch die Ionen sel
tener Erden zur Einfärbung von Glas geeignet.
Es ist jedoch auch möglich Glas anzufärben, indem man die
Oberfläche von farblosem Glas mittels Farbbeizen bei 400-
600°C behandelt, wobei ein nicht durchgefärbtes Glas ent
steht. Dabei wird die Oberflächenfärbung insbesondere mit
tels Silberbeizen durchgeführt, was ein gelbes bis rot
braunes Glas ergibt.
Darüber hinaus ist es bekannt, intensiv gelbe, orange oder
rote Einfärbungen von Glas durch Ausscheiden von Edelme
tall in kolloidaler Form sowie von Selen, Cadmiumsulfid
und Cadmiumselenid beim Abkühlen der Schmelze oder durch
nachträgliche Wärmebehandlung (Tempern) zu erzeugen. Der
artige durchgefärbte Gläser werden als sogenannte "Anlauf
gläser" bezeichnet.
Anlaufgläser bestehen im wesentlichen aus einem Grundglas
als Glaskeramik sowie färbenden Oxiden. Zu ihrer Herstel
lung werden die Glasbestandteile in üblicher Weise ge
mischt, geschmolzen, gegossen und abgekühlt. Anschließend
werden sie nachträglich wiedererwärmt, wodurch sich kol
loidale Metallkristalle in der nicht kristallinen Glaspha
se ausbilden, wobei die Transparenz des Glaskörpers nicht
oder nur geringfügig verändert wird. Auf diese Weise wer
den beim Anlassen bzw. Tempern Mikrokristalle erzeugt,
welche eine Voraussetzung für die Farbbildung sind. Übli
cherweise bestehen die erzeugten Mikrokristalle im wesent
lichen aus TiO2 und ZrO2 und dienen den Farboxiden als
Wirtsgitter. Dabei sind die grundlegenden physikalischen
und chemischen Eigenschaften dieser Kristallphase von der
glasigen Phase zu unterscheiden. Ohne den Einbau der fär
benden Oxide in die beim Anlassen erzeugte Kristallphase
ist keine Farbbildung erreichbar.
In der DE-A-42 31 794 wird ein rotes Glas insbesondere für
Lichtzeichenanlagen beschrieben, welches vollkommen frei
von Umweltgiften wie Cd, S, Se und Te ist. Dieses Glas
weist bereits einen verkürzten Anlaufprozess auf.
Als farbbildende Oxide werden Cr2O3, MnO2, Fe2O3, CoO, NiO,
CuO, V2O5 und CeO sowie TiO2 und die seltenen Erdoxide
Pr2O3, Nd2O3 und Er2O3 verwendet. Durch Kombination dieser
verschiedenen Farboxide ist es möglich einen beliebigen
Farbort herzustellen. Der Temper- bzw. Anlassvorgang wird
gemäß dieser Druckschrift durch Erhitzen auf 740°C für ei
ne Stunde und anschließendem Hochheizen auf 820°C für 2-
3 Stunden erreicht. Dies bedeutet, dass oberhalb der Tg,
also auf Temperaturen oberhalb des Erweichungspunktes, er
wärmt werden muss.
Aus der DE-A-198 16 380 ist ein rotes Anlaufglas auf Basis
eines Grundglases bekannt, das eine niedrige Viskosität
aufweist und welches Li2O, SiO2, Al2O3, TiO2 und ggf. P2O5
enthält.
Rot gefärbte Gläser für die Beleuchtungstechnik, für Ver
kehrszeichen und Displays beruhen heute im allgemeinen auf
Anlaufgläsern mit den farbgebenden Stoffen Cd (S, Se, Te).
Diese zeigen exzellente optische Eigenschaften der relativ
einfachen und gut beherrschbaren Herstellungsbedingungen.
Durch das stärker werdende Umweltbewusstsein ist es jedoch
erwünscht Gläser herzustellen, welche den giftigen Be
standteil Cadmium nicht enthalten bzw. bei deren Herstel
lung auf Cadmium verzichtet werden kann.
Es ist auch bekannt Gläser mit Metallkolloiden einzufär
ben, die im Gegensatz zu den zuvor beschriebenen Metall
oxiden keine Wirtskristalle zur Farbbildung benötigen. So
sind z. B. Goldrubingläser für ihre rote Farbe bekannt.
Diese sind jedoch sehr teuer sowie schwierig herzustellen.
Darüber hinaus weisen sie im Vergleich zu den Cadmiumchal
kogenid-Gläsern keine besonders guten Transmissionseigen
schaften auf. Dies gilt auch für die üblichen Ionen-ge
färbten Gläser, mit welchen bekannterweise kein dunkles,
kräftiges Rot erzielt werden kann.
Aus der DE-A-43 01 057 sind gefärbte Anlaufgläser auf der
Basis von PbO-SiO2 bekannt, die eine gelb bis orangene
Farbe aufweisen und die Ag2O, Au2O3 und CuO als Farboxid in
einem hochbrechenden Grundglas enthalten. Dabei wird die
eigentliche Färbung dadurch erzielt, dass die Oxide von
Ag, Au und Cu durch ein geeignetes Reduktionsmittel in die
metallische nullwertige Form überführt werden. Auch hier
kann auf die Zugabe von giftigen Cadmiumchalkogeniden ver
zichtet werden. Beim Anlassen entstehen durch Diffusion
und Aggregation der gelösten Metalle Kolloide, die im Lau
fe der Temperzeit immer weiter anwachsen, wobei sich die
gewünschte Farbe ausbildet. So muss beispielsweise zur Er
reichung der vollen Farbausbildung ca. 72 h auf 500°C er
hitzt werden. Hierbei besteht die Gefahr, dass bei einer
derart langen Erwärmung das Grundglas selbst kristalline
Bereiche ausbildet und damit seine Glaseigenschaften ver
liert.
Die Erfindung hat somit zum Ziel ein rotes Anlaufglas be
reitzustellen, welches eine hohe Farbsättigung aufweist
und dessen Farbe in einer kurzen Zeit, vorzugsweise bei
Temperaturen unterhalb der Glastemperatur, ausgebildet
werden kann.
Die Erfindung hat außerdem zum Ziel, ein rotes Anlaufglas
bereitzustellen, das direkt aus der Schmelze ohne einen
zusätzlichen Temperschritt gezogen werden kann.
Dieses Ziel wird mittels den in den Ansprüchen definierten
Merkmalen erreicht.
Es wurde nämlich erfindungsgemäß gefunden, dass bereits
ein geringer Zusatz von Elementen der Platingruppe aus
reicht um farbbildende Metallkolloide in der Glasmatrix
auszubilden. Dabei wirken die zugesetzten Elemente ledig
lich als Hilfsmittel zur Farbausbildung und sind selbst
nicht an der eigentlichen Farbgebung beteiligt, d. h. sie
selbst sind farblos.
Erfindungsgemäß sind alle Platinelemente verwendbar, so
wohl diejenigen der leichten Platinmetalle, nämlich Ru
thenium, Rhodium und Palladium sowie diejenigen der schwe
ren Platinmetalle, nämlich Osmium, Iridium und Platin. Er
findungsgemäß sind jedoch Iridium, Palladium und Platin
besonders bevorzugt, wobei Palladium erfindungsgemäß am
meisten bevorzugt ist.
Die im erfindungsgemäßen roten Glas enthaltene Menge an
Farbbildungshilfsmitteln ist über einen weiten Bereich va
riierbar und hängt von der Art und vom Gehalt des eigent
lichen Farbbildners sowie von der gewünschten Farbintensi
tät, der Zusammensetzung des Grundglases sowie von der An
lassdauer (Temperzeit) und Anlasstemperatur ab. Vorzugs
weise beträgt die Menge an Platinmetallen als Farbbil
dungshilfsmittel mindestens 0,1 ppm, wobei mindestens
0,3 ppm und insbesondere mindestens 0,5 ppm bevorzugt ist.
Besonders bevorzugt ist eine Mindestmenge von 1 ppm, ins
besonders 3 ppm. Die übliche maximale Menge an Platingrup
penmetallen als Hilfsstoff beträgt meist 100 ppm, zweckmä
ßigerweise 50 ppm, insbesondere 30 ppm, wobei 20 ppm be
vorzugt ist. Besonders bevorzugt ist eine obere Grenze von
maximal 10 ppm. Es muss jedoch nochmals darauf hingewiesen
werden, dass die erfindungsgemäße Wirkung auch oberhalb
und unterhalb dieser bevorzugten Bereiche erzielt werden
kann.
Als eigentliche Farbbildner sind erfindungsgemäß sämtliche
Edelmetalle, insbesondere Kupfer, Silber und Gold, geeig
net. Erfindungsgemäß ist es auch möglich, als Farbbildner
Natriumselenid sowie Cadmiumsulfid, Cadmiumselenid, Cad
miumtellurid zu verwenden. Allerdings ist es erfindungs
gemäß bevorzugt auf Cadmium-enthaltende Farbbildner ganz
zu verzichten, da diese äußerst toxisch sind und ihre Ver
wendung in Produktion und im fertigen Produkt zu einer
Vergiftung der Umwelt führt, weshalb hohe Umweltschutz
auflagen für die Herstellung derartiger Gläser zu beachten
sind. Darüber hinaus erleichtert ein von toxischen Be
standteilen freies Glas die Wiederaufbearbeitung (Recyc
ling). Ein erfindungsgemäß besonders bevorzugter Farb
bildner ist Kupfer.
Als Grundglas ist erfindungsgemäß jedes übliche Glas oder
Glaskeramik zu verwenden. Übliche Grundgläser enthalten
als Bestandteile SiO2, Al2O3, B2O3, BaO, CaO, Fe2O3, K2O,
MgO, Na2O und/oder PbO. Erfindungsgemäß übliche Grundglä
ser enthalten zweckmäßigerweise eine Matrix bestehend aus
mindestens 35 Gew.-% SiO2, mindestens 2 Gew.-% Na2O sowie
ggf. bis zu 40 Gew.-% Al2O3, 0-15 Gew.-% B2O3, 0,01-
15 Gew.-% CaO, 0-12 Gew.-% MgO sowie ggf. 15-65 Gew.-%
PbO. Ein erfindungsgemäß besonders bevorzugtes Grundglas
enthält 60-80 Gew.-% SiO2, 5-15 Gew.-% Na2O, 1-
10 Gew.-% K2O, 0-5 Gew.-% CaO, 1-8 Gew.-% BaO sowie 2
-10 Gew.-% ZnO. Ein weiteres erfindungsgemäß bevorzugtes,
insbesonders zum Ziehen geeignetes, Glas enthält 68-72 Gew.-%
SiO2, 8-12 Gew.-% Na2O, 3-8 Gew.-% K2O, 0-
4 Gew.-% CaO, 2-6 Gew.-% BaO, 4-8 Gew.-% ZnO. Erfin
dungsgemäß weitere bevorzugte Glasbestandteile sind 0-
0,5 Gew.-% Cu2O, 0-1,5 Gew.-% Sb2O3, 0-1,5 Gew.-% SnO,
0-2 Gew.-% P2O5, 0-0,01 Gew.-% Se sowie 0-1 Gew.-%
F, wobei 0,03-0,3 Gew.-% Cu2O, 0-1,0 Gew.-% Sb2O3, 0,2
-1,2 Gew.-% SnO, 0-1,0 Gew.-% P2O5, 0-0,01 Gew.-% Se
sowie 0-0,5 Gew.-% F besonders bevorzugt ist. Das erfin
dungsgemäße Grundglas enthält ggf. weitere übliche Läuter
mittel.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung
des roten Glases. Dabei wird in an sich bekannter Weise
ein insbesonders pulverförmiges Ausgangsmaterial gemischt,
aufgeschmolzen und geläutert. Nach dem Abkühlen wird das
Glas dann vorzugsweise gleich in die jeweils gewünschte
Form gebracht. Zur Ausbildung der Farbe wird der so erhal
tene Rohling üblicherweise nochmals angelassen bzw. getem
pert. Dabei wird das Tempern vorzugsweise unterhalb der
Glastemperatur durchgeführt. Die im erfindungsgemäßen Ver
fahren verwendete Temperdauer und Temperatur sind von Men
ge und Art sowie dem eingesetzten Farbbildner und der ge
wünschten Farbintensität abhängig. Auch das Glasgrundmaterial
hat einen gewissen Einfluss. Dabei hat sich ge
zeigt, dass die Zugabe von CaO sowie ggf. BaO und ggf.
Al2O3 und TiO2 zu helleren Gläsern führt, die Zugabe von
BaO, ZnO, P2O5 eine dunklere Farbbildung erzeugt. Temper
dauer und Temperatur sind auch von den Farbbildungshilfs
mitteln abhängig. Erfindungsgemäß übliche Anlasstempera
turen liegen oberhalb der Glasübergangstemperatur Tg, je
doch unterhalb - und zwar üblicherweise deutlich unterhalb
- des Erweichungspunktes. Vorzugsweise beträgt die obere
Temperatur maximal 620°C, insbesondere maximal 600°C, wo
bei Tempertemperaturen von höchstens 580°C, insbesondere
560°C besonders zweckmäßig sind. Bevorzugte Anlasstempe
raturen betragen 550°C bis 580°C. Zur Ausbildung der Farbe
im erfindungsgemäßen Verfahren ist häufig eine Temperdauer
von maximal 15 Minuten ausreichend. Es hat sich doch ge
zeigt, dass in vielen Fällen Temper- bzw. Anlasszeiten von
weniger als 10 Minuten, insbesondere weniger als 5 Minuten
ausreichend sind. Es hat sich gezeigt, dass sogar Temper
zeiten von weniger als 3 Minuten mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren zur vollständigen Farbausbildung möglich sind.
Zweckmäßigerweise werden die Farbbildungshilfsmittel im
erfindungsgemäßen Verfahren auf eines oder mehrere der
einzusetzenden pulverförmigen Rohmaterialien aufgezogen.
Dabei werden die Hilfsmittel üblicherweise in Form von
Salzen aufgelöst und auf das einzusetzende Glasrohmaterial
aufgesprüht und getrocknet. Dies ist beispielsweise mit
einem einfachen handelsüblichen Zementmischer möglich. Auf
diese Weise wird ein beschichtetes Ausgangsmaterial erhal
ten, bei dem die Menge der Beschichtung, d. h. die Menge
des erfindungsgemäß einzusetzenden Farbbildungshilfsmittels,
bis in den ppm-Bereich genau eingestellt werden
kann.
Der oder die eigentlichen Farbbildner werden üblicherweise
als Rohmaterial in Form einer Vorstufe, und zwar insbeson
ders als Salze oder vorzugsweise als Oxide dem Ausgangsma
terial zugesetzt bzw. zugemischt. Damit die so im Rohmate
rial enthaltenen Farbbildner zum eigentlichen farbgebenden
metallischen Kolloid reduziert werden können, wird dem
Ausgangsmaterial ein oder mehrere geeignete Reduktionsmit
tel zugesetzt. Geeignete Reduktionsmittel sind vom Fach
mann ohne weiteres ermittelbar und sind vorzugsweise Koh
lenstoff oder Kohlenstoff-freisetzende Substanzen, wie or
ganische Kohlenwasserstoffe enthaltende Verbindungen. Ein
zweckmäßiger organischer Kohlenwasserstoff ist beispiels
weise Natrium-Kalium-Tartrat (Weinstein). Im erfindungsge
mäßen Verfahren sind jedoch ebenso metallische Reduktions
mittel geeignet wie Silizium, Aluminium, Zink oder auch
andere Metalle, deren Oxide zur Herstellung von Glas bzw.
Glaskeramik verwendbar sind.
Das erfindungsgemäße Glas kann auf beliebige Art und Weise
geformt werden. Übliche Formgebungen umfassen das Ziehen,
Blasen sowie Pressen und Schleudern. Auf diese Weise las
sen sich Gläser mit beliebiger Form, wie beispielsweise
Hohl- und Flachgläser herstellen. Zur Herstellung von
Flachglas eignet sich erfindungsgemäß beispielsweise das
Fourcault-Verfahren, das Libbey-Owens-Verfahren sowie das
Pittsburgh-Verfahren. Auch zur Herstellung von Floatglas
ist das erfindungsgemäße Glas einsetzbar. Besonders bevor
zugt ist erfindungsgemäß jedoch das Fourcault-Verfahren.
Das erfindungsgemäße Glas eignet sich zur Verwendung als
Fensterglas, Lampenglas, Glasrohr sowie bei Verzicht auf
umwelttoxische Substanzen als Behälterglas, insbesondere
für Flaschen und Konservengläser, Trinkgläser und Glaskrü
ge, sowie als Designglas für Glasschmuck oder Vasen. Auch
als Laborglas ist das erfindungsgemäße Glas geeignet. Es
hat sich gezeigt, dass das erfindungsgemäße Glas auch zur
Herstellung von gefärbten Kochgläsern sowie Glaskeramiken
wie Ceran-Glas und Jenaer Glas geeignet ist. Die Erfindung
soll an den folgenden Beispielen näher erläutert werden.
Es wurden verschiedene Grundgläser mit Kupferoxid als
Farbbildner gemäß dem Stand der Technik hergestellt. Die
so erhaltenen Gläser wurden nach dem Abkühlen der Glas
schmelze 2 Stunden lang bei 625°C getempert und die Farb
bildung gemäß DIN 5033 sowie DIN 5036 und DIN 6164 be
stimmt. Die so erhaltenen Gläser zeigten eine unterschied
liche Transmission (% τ(D65)) und waren zum Teil undurch
sichtig. Die nach DIN 5033/2 bzw. /3 erhaltenen Farbmaß
zahlen bzw. Normalvalenzsysteme X-2° bzw. Y-2°, sowie die
farbtongleichen Wellenlängen λd und die Farbsättigung Pe
(in %) zeigten eine schlechte und häufig unzureichende
Farbausbildung. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 als Ver
gleich V1 bis V12 dargestellt. Die Transmissionswerte %
τ(D65) wurden gemäß der internationalen Beleuchtungskommi
ssion (CIE) bestimmt.
Darüber hinaus wurden gemäß der Vorgehensweise von Bei
spiel 1 entsprechend der erfindungsgemäßen Lehre Grundglä
ser mit unterschiedlichem Gehalt an Kupferoxid als Farb
bildner sowie Palladium als Farbbildungshilfsmittel herge
stellt. Dabei wurden die in der Tabelle angegebenen Aus
gangssubstanzen zusammengemischt und in einem Quarztiegel
in einem Hochtemperaturkammerofen bei 1480°C für ca. 6
Stunden erschmolzen und geläutert. Dabei wurden aus
schließlich produktionsübliche Rohstoffe eingesetzt. Nach
dem Abschmelzen wurde das Glas mittels eines Quarzrührers
homogenisiert und auf eine Gießtemperatur von 1400°C abge
kühlt. Die Schmelze wurde dann in eine Stahlform gegossen
und abgeschreckt. Das so erhaltene Gussstück wurde dann
zur Bestimmung der Einflüsse auf Farbe und Lichttransmis
sion bei verschiedenen Temperaturen und Zeiten getempert.
Dabei wurde je ein Teil jeder Probe einmal bei höherer
Temperatur über eine längere Zeit (Temperung 1) und einmal
bei niedriger Temperatur kurzzeitig getempert (Temperung
2). Die Angaben hierzu sind in Tabelle 1 (e1-e8) ange
geben. Hierbei zeigte sich, dass mittels dem erfindungs
gemäßen Verfahren eine hohe Farbsättigung und sehr gute
Transmissionswerte erhalten werden.
In der Tabelle 1 sind auch die Einflüsse des Grundglases
auf das Anlassverhalten und Farbbildung ersichtlich. Aus
dem Wert der Lichttransmission bei verschiedenen Temper
prozessen läßt sich die jeweilige Farbbildung entnehmen.
Dabei bedeutet eine dunklere Farbe eine leichtere bessere
Farbbildung.
Claims (13)
1. Rotes Glas mit hoher Farbsättigung und hoher Trans
mission umfassend eine Glasgrundmasse sowie einen Farb
bildner, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Farbbildungs
hilfsmittel, ausgewählt aus den Elementen der Platingrup
pe, enthält.
2. Rotes Glas nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass das Element der Platingruppe Palladium und/oder Iri
dium ist.
3. Rotes Glas nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Farbbildungshilfsmittel
in einer Menge von 1-20 ppm enthalten ist.
4. Rotes Glas nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass es als Farbbildner kolloida
les Kupfer, Silber, Gold und/oder Cadmiumsulfid, Cadmium
selenid und/oder Cadmiumtellurid sowie Natriumselenid ent
hält.
5. Rotes Glas nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Glas frei von Cadmium
ist.
6. Verfahren zur Herstellung eines roten Glases, dadurch
gekennzeichnet, dass man Rohmaterialien zu einer Glas
grundmasse zusammen mit einem Farbbildner sowie ggf. mit
einem Reduktionsmittel schmilzt und ggf. läutert sowie zur
Farbausbildung tempert, dadurch gekennzeichnet, dass man
als Farbbildungshilfsmittel Elemente der Platingruppe zu
setzt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
dass man als Element der Platingruppe Palladium und/oder
Iridium verwendet.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, dass man ein Salz der Elemente der Platin
gruppe auflöst und auf Sand oder ein anderes pulverförmi
ges Ausgangsmaterial aufzieht.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Temperzeit maximal 10 Mi
nuten beträgt.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, dass die Tempertemperatur zwischen Tg und
580°C liegt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, dass das Tempern im Schacht beim Glaszie
hen durchgeführt wird.
12. Verwendung eines roten Glases nach einem der Ansprü
che 1 bis 5 oder nach einem der in den Ansprüchen 6 bis 11
definierten Verfahrens erhaltenen Glases zur Herstellung
von Flachglas und/oder Hohlglas.
13. Verwendung nach Anspruch 12 zur Herstellung von Fla
schen, Konservengläsern, Trinkgläsern, Glaskrügen, Lampen
glas, Laborglas, Fensterglas, Vasenglasschmuck sowie Koch
glas und Glaskeramiken.
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