DE2058851B2 - Farbkonzentrat für den Vorherd bzw. die Vorkammer einer Glasschmelzvorrichtung und seine Verwendung - Google Patents

Farbkonzentrat für den Vorherd bzw. die Vorkammer einer Glasschmelzvorrichtung und seine Verwendung

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DE2058851B2 DE19702058851 DE2058851A DE2058851B2 DE 2058851 B2 DE2058851 B2 DE 2058851B2 DE 19702058851 DE19702058851 DE 19702058851 DE 2058851 A DE2058851 A DE 2058851A DE 2058851 B2 DE2058851 B2 DE 2058851B2
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    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C1/00Ingredients generally applicable to manufacture of glasses, glazes, or vitreous enamels
    • C03C1/10Ingredients generally applicable to manufacture of glasses, glazes, or vitreous enamels to produce uniformly-coloured transparent products
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Description

30
Die Herstellung von gefärbtem Glas durch Zugabe einer mit Farbe angereicherten Glasmasse bzw. Frittenglas zu einem geschmolzenen farblosen Glasgrundstoff, der durch einen Vorherd aus einem Schmelztank fließt, wird allgemein verwendet Dieses Verfahren macht die Herstellung von gefärbten Glasartikeln und farblosen Glasartikeln aus einem einzigen Schmelzofen mit vielen Vorherden möglich. Bei dem Färbeverfahren in dem Vorherd bzw. der Vorkammer wird ein Frittenglas in den geschmolzenen Glasgrundstoff in bestimmten Mengen gegeben, nachdem der Glasgrundstoff aus der Läuterzone des Ofens in den Vorherd geflossen ist Im allgemeinen wird eine Vibrationseinfüllvorrichtung verwendet
Eine der Schwierigkeiten, die man hierbei antrifft, besteht jedoch darin, daß gefärbte Fritte nicht hergestellt werden kann, die mehr als eine geringe Menge des farbgebenden Metalls (im allgemeinen des Metalloxids) enthält, oder daß sich das Metalloxid nicht in der geschmolzenen Glasfarbe löst und daher agglomeriert und ausfällt und in der Fritte in Erscheinung tritt, und dementsprechend hat das Glas, das gefärbt werden soll, Einschlüsse oder Flecken. Die Menge an Metalloxid, die in der Fritte in Lösung geht, hängt von dem Metalloxid ab. Obgleich beispielsweise etwa 25% CuO in der Frittenschmelze in Lösung gehen, gehen nur etwa 2% Cr2O3 in Lösung.
Die Erfindung betrifft daher ein nichtgeschmolzenes Farbkonzentrat für den Vorherd bzw. die Vorkammer einer Glaschmelzvorrichtung, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Farbkonzentrat aus einem Farboxid und einem die Schmelztemperatur lokal und vorübergehend erniedrigenden Zusatz besteht.
In der DE-OS 19 17 154 werden Metallsalzpellets als Farbstoff verwendet. Die Metallsalze sind wesentlich teurer als die in der vorliegenden Erfindung eingesetzten Metalloxide und können Fehlstellen in dem Endprodukt durch die Anwesenheit von kleinen Anteilen an Säure verursachen.
Diese DE-OS offenbart nicht die Verwendung eines als Flußmittel wirkenden Zuschlags, der gemäß der vorliegenden Erfindung erforderlich ist, um leicht das Farboxid in dem farblosen Basisglas zu dispergieren.
Die DE-OS 1917 154 offenbart die Zugabe einer Mischung von Zinnbronze und einer Natriumsilikatlösung zu einem normalen Natrium-Calcium-Glas ohne die Verwendung eines Vorherdes und unterscheidet sich daher von der vorliegenden Erfindung, da das erfindungsgemäße Farbkonzentrat ausschließlich für den Vorherd bestimmt ist
Beispielsweise kann erfindungsgemäß das Farbkonzentrat keine agglomerierten Metalloxide besitzen und mehr als 20% der am wenigsten löslichen färbenden Metalloxide, wie Cr2O3, enthalten. Weiterhin können die erfindungsgemäßen Konzentrate bei Raumtemperatur vermischt werden. Zuvor wurden Farbe verleihende bzw. färbende Metalloxide in Glasschmelzen gelöst. Man erhitzte mit einer Mischung aus glasbildenden Stoffen und Zuschlägen bei Temperaturen im Bereich von 1230 bis 1430° C und brachte dann die geschmolzene Mischung aus dem Schmelztiegel in Wasser, um die Fritte in granulierte Form zu brechen, oder schreckte durch wassergekühlte Walzen ab, wobei man eine Bahn bildete, die dann anschließend in Stücke gebrochen wurde. Weiterhin dispergiert und löst sich das erfindungsgemäße Konzentrat schneller und vollständiger, wenn es zu dem geschmolzenen Glasgrundstoff zugegeben wird, als zuvor verwendete Fritten.
Insbesondere enthält das erfindungsgemäße Farbkonzentrat für Vorherde einen nichtgeschmolzenen, gut vermischten Zusatz oder eine Mischung aus einem Zuschlag oder Zuschlägen mit einem oder mehreren Färbemitteln (im allgemeinen Metalloxid).
Für das erlindungsgemäße Konzentrat kann man als Zuschlag jede Verbindung bezeichnen, die mit dem Glas verträglich ist und die das Schmelzen und die Dispergierung des Farbstoffes beschleunigt Der Zuschlag wirkt so, daß er lokal und vorübergehend die Schmelztemperatur zwischen dem Färbemittel und dem Glasgrundstoff erniedrigt während einer Zeit, die ausreicht, daß sich der Farbstoff schnell und vollständig in dem Glasansatz dispergiert, wobei der Zuschlag anschließend dispergiert und innerhalb des Glases verdünnt wird, so daß er die Eigenschaften des Glasgrundstoffs nicht ändert.
Beispiele für geeignete Zuschläge sind die Alkalisalze, wie Alkaliborate, Alkaliphosphate, Alkalisilicate, Alkalifluoride, Alkalihydroxide und deren Mischungen, sowie Orthophosphorsäure und Siliciumfluorwasserstoffsäure. Geeignete Alkalikationen schließen ein die Alkalimetalle, wie Natrium, Kalium und Lithium, geeignete Erdalkaliionen die Erdalkalimetalle, wie Calcium, Magnesium und Barium.
Geeignete Alkali- und Erdalkaliborate, die als Zusatzstoffe in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden können, schließen ein
Borax, Kaliumpentaborat, Kaliummetaborat,
Kaliumtetraborat und Calciumborat.
Unter den Alkali- und Erdalkaliphosphaten, die verwendet werden können, sind
Heminatriumphosphat, Mononatriumphosphat,
Dinatriumphosphat, Trinatriumphosphat,
Monokaliumphosphat, Dikaliumphosphat,
Trikaliumphosphat.Monoammoniumphosphat,
Diammoniumphosphat, Monocalciumphosphat,
Dicalciumphosphat, Tricalciumphosphat,
saures Natriumpyrophosphat,
Tetraudtriumpyrophosphat, Tetrakaliumpyrophosphat, Calciumpyrophosphat Natrium tripolyphosphat, Kaliumtripolyphosphat Calciumtripolyphosphat, Kaliummetaphosphat Natrium trimetaphosphat, Natriummonofluorphosphat Calciummonofluorphosphat und
Natriumtetrametaphosphat Geeignete Alkali- und Erdalkalisilicate schließen ein
Natriumsilicat Kaliumsilicat Natriumfluorsiücat und Calciumfluorsilicat. ι > Geeignete Alkali- und Erdalkalifluoride schließen ein Natriumaluminiumfluorid, Calciumfluorid, Lithiumfluorid, wasserfreies Kaliuhifluorid, Kaliumfluoriddihydrat Kaliumbifluorid und Natriumfluorid. Geeignete Alkalicarbonate schließen ein
Natriumcarbonat und Bariumcarbonat Geeignete Alkalihydroxide schließen ein
Natriumhydroxid, Lithiumhydroxid und Kaliumhydroxid. .?>
Die bevorzugten Zusatzstoffe sind jedoch Alkalisilicate, die aus Alkalimetallen, wie Kalium, Lithium und Natrium gebildet werden. Die Alkalimetallsilicate sind bevorzugt da sie im allgemeinen mit größeren Mengen des Farbstoffs vermischt werden können als die anderen «> Zuschläge und da sie schnell dispergieren, wenn sie in den Vorherd eingeführt werden. Weiterhin sind diese Silicate mit den meisten technischen Gläsern verträglich.
Von den Alkalisilicaten ist das Natriumsilicat r> bevorzugt
Die Farbstoffkonzentrate enthalten im allgemeinen etwa 50 bis etwa 993 Gew.-% Zuschlag und etwa 0,1 bis etwa 50 Gew.-% des Farbstoffs. In dem Konzentrat kann jedes im allgemeinen verwendete farbverleihende Metalloxid verwendet werden. Beispiele für geeignete färbende Metalle sind Chrom, Kupfer, Eisen, Kobalt, Mangan, Vanadium, Nickel, Uran, Cer und Cer-Titan und einige Oxide von Seltenen Erden, wie Neodymoxid, Praseodymoxid und Mischungen, die im allgemeinen im Form ihrer Oxide zugefügt werden. Selen ist ein Beispiel für ein farbverleihendes Metall, das nicht in Form seines Oxids zugefügt werden muß.
Das Konzentrat ist vorzugsweise eine gebundene oder innige Mischung aus Zuschlag und Färbemittel. Ein so pulveriges Konzentrat kann verwendet werden, aber es ist im allgemeinen wegen des Staubproblems nicht bevorzugt Da das Pulver die Betriebsanlage und andere Produkte, die verarbeitet werden, verdirbt und dazu neigt durch Konvektionsströme, die durch die extrem hohen Temperaturen in dem Glastank entstehen, in den Glastank zurückgeblasen zu werden.
Das Farbkonzentrat kann hergestellt werden, indem man den Farbstoff und den Zuschlag in einer technischen Mischvorrichtung mit hoher Geschwindig- (Ό keit oder in einer Kugelmühle vermahlt. Wird als Zusatzstoff ein wäßriges Alkalisilicat verwendet dann wird die Mischung vermischt, bis eine vollständig viskose Sirup-artige Mischung entsteht, und dann unter SiO2 Bildung einer klebrigen, teigartigen Mishung getrock- b5 B2O3 net, indem man die Mischung mit Heizlampen bestrahlt Na2O oder sie in einen Ofen gibt bei relativ niedrigen K2O TemDeraturen zwischen etwa 38 und etwa 26O0C CaO während einer Zeit zwischen etwa 1 Minute und etwa 1 Stunde. Alternativ kann das Konzentrat sprühgetrocknet werden und dann in Pellets oder Granalien und ähnliches geformt werden, indem man bekannte Vorrichtungen verwendet Die trockenen Zusatzstoffe können in Granalien oder Pellets und ähnliches durch bekannte Verfahren verformt werden.
Beim Verpressen von Pulver in Preßlinge kann man eine geringe Menge Wasser oder anderer geeigneter Substanzen als Bindemittel verwenden.
Wenn ein Alkalisilicat als Zusatzstoff verwendet wird, besteht ein anderes Verfahren zur Herstellung des Konzentrats in handelsüblicher Form darin, den pH-Wert der wäßrigen Silcat-Farbstoff-Dispersion durch Zugabe einer geeigneten Säure, wie Borsäure, Phosphorsäure oder Chlorwasserstoffsäure, zu erniedrigen. Bei diesem Verfahren wird ein nichtklebriges Agglomerat gebildet das dann gewünschtenfalls entwässert und verfestigt werden kann.
Alle Glasgrundstoffe der üblichen Silicatart können mit dem erfindungsgemäßen Farbkonzentrat gefärbt werden. Die silicatartigen Glase enthalten im allgemeinen die folgenden Oxide in den angegebenen Prozentgehalten.
Tabelle I
Oxid Gewichts-%
SiO2 60 bis 75
Al2O3 0,3 bis 10
CaO + MgO 6 bis 15
Na2O 12 bis 18
K2O 0bis5
BaO 0bis5
Fe 0,00025 bis 0,0035
Andere geeignete Gläser werden in K i r k — 01 h -mer, »Encyclopedia of Chemical Technology, 2. Auflage, Band 10, Tabelle 3, Seite 542 bis 543 aufgeführt.
Für den Fachmann ist jedoch leicht ersichtlich, daß nicht alle erfindungsgemäßen Zusatzstoffe für jede Glasart geeignet sind. Daher wird die besondere Art des Zusatzstoffes, die ausgewählt wird, abhängig sein von seiner Verträglichkeit mit den besonderen Bestandtei len des Glasgrundstoffs.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung, ohne sie jedoch zu beschränken. Wenn nicht anders angegeben, sind alle Prozentgehalte und Teiie auf das Gewicht bezogen.
Beispiel 1
400 g Natriumsilicat, das 9,1% Na2O und 29,6% SiO2 enthielt (Na2O : SiO2-Verhältnis von 1 :3,25) wurden mit 25 g Cr2O3 in Pigmentqualität in einer Mischvorrichtung mit hoher Geschwindigkeit vermischt. Die Mischung wurde dann unter einer Infrarotlampe etwa 5 Minuten getrocknet, dann zu Kügelchen geformt und bei einer Temperatur von etwa 1100C 30 Minuten getrocknet, bis das Material nicht mehr klebrig war. Die Kügelchen mit Farbkonzentrat (30 g) wurden dann zu 500 g geschmolzenem Glas gegeben, das die folgenden Oxide in den angegebenen Prozentgehalten enthielt,
71,53%
0,48%
13,30% 0,40% 9,16%
0,16%
133%
0,60% 2,43% 0,12%
und das Farbkonzentrat, das 13,9% Cr2O3 enthielt, war innerhalb von etwa 2 Minuten vollkommen geschmolzen und dispergiert Das Glas wurde dann in flache gefärbte Scheiben mit einer ungefähren Dicke von 0,3 cm und einem Durchmesser von 12,70 cm durch Verpressen des geschmolzenen Glases geformt, in dem Glas wurden keine Einschlüsse oder nichtgelöste kristalline Materialien gefunden, was anzeigte, daß eine vollkommene Dispergierung des Cr2O3 erreicht worden war.
Beispiel 2
Gemäß dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren wurden 500 g Natriumsilicat und 50 g calciniertes Cr2 O3 in Pigmentqualität vermischt und getrocknet, und dann wurden 10 g des Konzentrats zu 500 g des zuvor erwähnten Glasgrundstoffs zugefügt. Das Konzentrat (das 20,5% Cr2O3 enthielt) war schnell in dem Glasgrundstoff geschmolzen und dispergiert, und eine Glasplatte, die aus dem gefärbten Glas hergestellt worden war, enthielt keine Einschlüsse.
Beispiel 3
Gemäß dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren wurden aus den folgenden Bestandteilen Farbkonzentrate hergestellt.
Zusammensetzung
Farbe
% Pigment im Konzentrat, bezogen auf Gesamtfeststoffe
1. 250 g Natriumsilicat
50 g CuO
2. 250 g Natriumsilicat
50 g NiO2
3. 250 g Natriumsilicat
10 g Co2O3
4. 250 g Natriumsilicat
5OgFe2O3
Blaugrün 34,01
Braun
Blau
Grün
33,33
9,35
34,01 de vermählen und dann pelletisierL Die Pellets wurden dann zu einem technischen Glastankvorofen, durch den übliches klares Glas lief, gegeben, und das Konzentrat war in dem klaren Glasgrundstoff, der technische Zusammensetzung hatte, schnell geschmolzen und dispergiert Scheiben, die aus dem entstehenden lachsfarbigen Glas gemäß dem zuvor erwähnten Verfahren hergestellt worden waren, waren frei von Einschlüssen.
ίο Die folgenden Beispiele erläutern Zusammensetzungen, bei denen Konzentrate verwendet werden, die durch trockenes Vermischen der Zusatzstoffe und der Farbe verleihenden Metalloxide hergestellt wurden.
Beispiel 5
Ein Konzentrat, das 253 Teile trockenes Natriumsilicat in Frittenqualität (29,6% SiO2), 13 Teile Natriumselenat und 1,5 Teile schwarzes Nickeloxid enthielt, wurde 2 Stunden in einer Kugelmühle vermählen und dann pelletisierL Die Pellets wurden dann zu einem Vorofen wie in Beispiel 4 zugefügt, und das Konzentrat wurde schnell in dem klaren Glasgrundstoff geschmolzen und dispergiert. Scheiben, die aus dem entsprechenden lachsfarbigen Glas gemäß dem zuvor beschriebenen Verfahren hergestellt worden waren, enthielten keine Einschlüsse.
30
J5
Beispiel 6
Gemäß dem in Beispiel 5 beschriebenen Verfahren wurden Glasscheiben aus den folgenden Bestandteilen in den angegebenen Anteilen hergestellt, und die Scheiben enthielten keine Einschlüsse.
Bestandteile
40
50
Glasplatten, hergestellt aus den zuvor erwähnten Zusammensetzungen gemäß dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren, waren durchsichtig und enhielten keine Einschlüsse, was anzeigte, daß die Metalloxide vollkommen dispergiert waren.
Beispiel 4
Eine Zusammensetzung, die 3000 Teile wäßriges Natriumsilicat (29,6% SiO2), 20,5 g Natriumselenat und 36,3 g schwarzes Nickeloxyd enthielt, wurden in einem Mischer während 20 Minuten vermischt und dann in einen Gas-Muffelofen etwa 15 Minuten bei 538 bzw. 54O0C gegeben. Das entstehende schaumförmige Material wurde in einer Kugelmühle während '/2 Stun-
Gewichtsteile
Natriumsilicat
Nickeloxid
Natriumselenat
360
10
360 30
15
360 60 10
Beispiel 7
Gemäß dem in Beispiel 5 beschriebenen Verfahren wurden die folgenden Zusammensetzungen, die etwa 10% Urandioxid enthielten, hergestellt, wobei keine Einschlüsse beobachtet wurden.
Bestandteile Gewichtsteile 360 360 360 5
Natriumsilicat 360 46 20 46 20 46 20
Urandioxid 46 0,1 8 1
Nickeloxid
Natriumselenat
Ammoniumnitrat 20
Beispiel
Gemäß dem in Beispiel 5 beschriebenen Verfahren wurden aus den folgenden Bestandteilen, die etwa 6,25% Cr2O3 enthielten, Scheiben hergestellt, wobei man keine Einschlüsse bemerkte.
Bestandteile
Gewichtsteile
Natriumsilicat
Borax
Natriumnitrat
Natriumnitrit
Cr2O3
375
375
25
375
25
Beispiele 9bis 12
Gemäß dem in Beispiel 5 beschriebenen Verfahren wurden die folgenden Zusammensetzungen hergestellt, wobei man als Zusatzstoffe Lithiumcarbonat, Borsäure, Kaliumcarbonat und Lithiummetasilicat verwendete und wobei die Zusammensetzungen etwa 12,5% Cr2O3 enthielten. Es wurden Glasscheiben hergestellt, die diese Zusammensetzungen eingearbeitet enthielten, und es konnten keine Einschlüsse beobachtet werden.
15
Bestandteile
Gewichtsteile
Lithiumcarbonat 877 —
Wasserfreie Bor- — 350
säure
Kaliumcarbonat — —
Lithiummetasilicat — —
Cr2O3 50 50
519
50
10
Beispiele 13 bis 16
Gemäß dem in Beispiel 5 beschriebenen Verfahren wurden die folgenden braunen Zusammensetzungen hergestellt, indem man trockenes Natriumsilicat, Natriumcarbonat, Natriumnitrat, Borax und Natriumhydroxid als Zusatzstoffe verwendete. Wurden Glasscheiben hergestellt, wo waren alle frei von Einschlüssen.
Bestandteile
Gewichtsteile 52 456
52 (10% B2O3) 11 11 11
11 (2,25% Fe2O3) 68 68 68
68 (8,50% NiO) _
396 572
100 _
_ 77
Wasserfreie Borsäure
Rotes Eisenoxyd
Nickelcarbonat
Natriumsilicat
Natriumcarbonat
Natriumnitrat
Borax
Natriumhydroxid
512
Beispiel 17
Gemäß dem in Beispiel 5 beschriebenen Verfahren wurden braun gefärbte Gläser aus einem Konzentrat hergestellt, das trockenes Natriumsilicat, Nickelcarbonat und Natriumselenat enthielt, wobei das Nickel in einer Konzentration von 4 bis etwa 8% vorhanden war. Auf ähnliche Weise wurden lavendelblaue Gläser hergestellt aus trockenem Natriumsilicat und Kaliumpermanganat (KMnO4) und schwarze Gläser aus trockenem Natriumsilicat, Mangandioxid (MnO2) und Natriumdichromat (Na2Cr2O7 · 2 H2O), und man fand, daß alle Gläser keine Einschlüsse enthielten.
Andere geeignete Zuschläge schließen ein
Tetrakaliumpyrophosphat,
Siliciumfluorwasserstoffsäure,
Calciumfluorid und Monoammoniumphosphat.
Werden die zuvor erwähnten erfindungsgemäßen Farbkonzentrate zu einer Masse von geschmolzenem Glas in einem Glasofenvorherd nach dem Schmelzen und Läutern des klaren Glases zugegeben, so werden die Konzentrate schnell dispergiert, und das entstehende gefärbte Glas enthält keine Einschlüsse.
Für den Fachmann bedeutet Schmelzen das Schmel35
40
45
50
55
zen der Glasrohstoffe in einem Schmelzofen bei etwa 1370C. Die Rohmaterialien, die zuerst gut vermischt wurden, werden in die Schmelzvorrichtung gegeben und dort gelassen, bis sie einheitlich und gut geschmolzen sind. Dieses Schmelzverfahren erfordert eine Zeit von 1 bis 3 Stunden. Das geschmolzene Glas läuft dann von dem Ofen in Form eines weißen heißen Stroms und wird mit kaltem Wasser in dem Abschrecktank kontaktiert, wobei das Glas in Millionen von brüchigen Stückchen zersplittert, die als Fritte bekannt sind. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das teure und zeitraubende Schmelzen des Frittenfarbkonzentrats, um anschließend Glas für Behälter in dem Vorofen zu färben, vermieden.
Gleichzeitig können in den erfindungsgemäßen Farbkonzentraten wesentlich höhere Konzentrationen an färbenden Oxiden verwendet werden, als man es je in den Frittenkonzentraten tun konnte.
Die Ergebnisse der vorliegenden Erfindung sind vollkommen unerwartet, da man zuvor angenommen hatte, daß solche feuerfesten gefärbten Oxide, wie Cr2O3, in Glas nicht dispergierbar seien, ohne sie zuerst in einer Fritte zu lösen, bevor man sie in den Vorherd einführt.

Claims (6)

Patentansprüche:
1. Nichtgeschmolzenes Farbkonzentrat für den Vorherd bzw. die Vorkammer einer Glasschmelzvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß das Farbkonzentrat aus einem Farboxid und einem die Schmelztemperatur lokal und vorübergehend erniedrigenden Zusatz besteht
2. Farbkonzentrat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuschlag Orthophosphorsäure, Siliciumfluorwasserstoffsäure, ein Alkalisalz, Mono-ammoniumphosphat, Calciurnfluorid und/oder Borsäure ist
3. Farbkonzentrat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuschlag wäßriges Natriumsilikat ist
4. Farbkonzentrat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuschlag trockenes Natriumsilikat ist
5. Farbkonzentrat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Farboxid Cr2Os, CuO, NiO2, Co2O3, Fe2O3 oder MnO2 ist
6. Verwendung des Farbkonzentrats nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Färbung eines geschmolzenen Basisglases in einem Glasofenvorherd.
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