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Herstellung kratzerfreier Oberflächenschichten auf Glas und anderen
silikatischen Degenständen Es ist bekannt, die chemische Angreifbarkeit von Glasoberflächen
dadurch zu verringern, daß man durch Auslaugen einzelner Glasbestandteile, z. B.
durch Säurebehandlung, dünne Oberflächenschichten erzeugt, die den weiteren Angriff
stark hemmen. Der Anwendung dieses Verfahrens stellen sich jedoch mitunter Schwierigkeiten
entgegen. Die durch Behandlung polierter Gläser mit verdünnten, wäßrigen Säuren
erzeugten Schichten weisen nämlich unter Umständen eine Anzahl feiner Kratzer auf,
die beim Schleifen entstanden sind und beim Polieren offenbar wieder mit einer ziemlich
lockeren, vermutlich aus fein zerriebenem Glas bestehenden Paste ausgefüllt wurden.
Durch diese Kratzer wird die optische Güte der Oberflächen beeinträchtigt. ,Außer
den Kratzern tritt als weiterer Fehler manchmal eine Ungleichmäßigkeit der Dicke
der zersetzten Schicht auf, die eine fleckige Färbung bewirkt.
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Die Herstellung kratzerfreier, gleichmäßiger Ätzschichten läßt sich
erwarten, wenn es gelingt, die ungleiche chemische Widerstandsfähigkeit verschiedener
Stellen der Glasoberfläche auszugleichen. Diese Widerstandsfähigkeit hängt wesentlich
davon ab, ob sich im Laufe des chemischen Angriffs mehr oder weniger feste Schutzschichten
ausbilden können oder ob solche schon vorher vorhanden sind. Letzteres zeigt sich
meist durch fleckige Ätzung an und wird häufig bei nicht ganz frisch polierten oder
mit den Fingern berührten Gläsern beobachtet.
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Es hat sich nun gezeigt, daß die Widerstandsfähigkeit von Schutzschichten
von ihren Entstehungsbedingungen abhängt. So ist z. B. die
Schicht
im Augenblick der Entstehung manchmal so locker, daß sie leicht abgewischt werden
kann. Unter Umständen entsteht überhaupt keine Gelschicht, sondern es tritt eine
kolloidale Auflösung ein, z. B. wenn freie Mineralsäuren auf sehr empfindliche Gläser
einwirken, wenn also der Angriff besonders heftig ist. Erfolgt der Angriff dagegen
genügend langsam, so vermag sich die zersetzte Schicht durch Alterungsvorgänge weitgehend
zu verfestigen. So ist z. B. vorgeschlagen worden, durch Behandlung von Gläsern
mit mineralsäurefreien, wasserfeindliche Gruppen enthaltenden organischen Säuren
kratzerfreie Gelschichten zu erzeugen.
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Es wurde nun gefunden, daß sich auch in wäßrigen Lösungen und mit
einer oft schon bei Zimmertemperatur genügenden Geschwindigkeit kratzerfreie Schichten
erzeugen lassen, wenn die Ätzung durch schwach dissoziierte Säuren von genügend
hoher Konzentration erfolgt. Während nämlich die beim Polieren in die Kratzer hineingeschmierte
Paste bei Behandlung mit freien, stark dissoziierten Mineralsäuren an der Oberfläche
ohne Bildung einer Schutzschicht gelöst wird, so daß die darunterliegende Schicht
immer wieder dem vollen Angriff ausgesetzt bleibt und hierbei in kürzester Zeit
ausgelaugt oder abgetragen wird, erfolgt bei Anwendung einer schwach dissoziierten
Säure sehr bald eine vermutlich auf Polymerisation (Kondensation) beruhende Flockung
oder Gelatinierung der schwerlöslichen Glasbestandteile der Paste zu einem zusammenhängenden
Gel und dadurch eine so weitgehende Verfestigung der Paste, däß deren Durchlässigkeit
für Säuren nicht wesentlich größer als die des auf dem massiven, nicht fein zerriebenen
Glas sich bildenden Gels wird. Da man erwarten muß, daß Kratzer um so weniger in
Erscheinung treten, je größer das Verhältnis der Flockungs- oder Gelatinierungsgeschwindigkeit
zur Auflösungsgeschwindigkeit des Glases wird, so wird man solche Mittel vorteilhaft
verwenden können, die entweder, z. B. durch Neutralsalzwrkung, die flockende oder
gelatinierende Kraft erhöhen, ohne den Angriff zu beschleunigen, oder aber die Angriffswirkung
vermindern, z. B. durch Verringerung der Wasserstoffionenkonzentration, ohne die
Flockung zu beeinträchtigen, oder die schließlich gleichzeitig die Flockungskraft
erhöhen und die Angriffsgeschwindigkeit vermindern.
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Als besonders günstig hat sich die Verwendung sogenannter Pufferlösungen
erwiesen. Unter Pufferlösungen versteht man Lösungen, deren pH-Wert (negativer Logarithmus
der Wässerstoffionenkonzentration) durch Zusatz freier Säuren oder Laugen nur wenig
beeinflußt wird. Man wählt den pH-Wert dieser Lösungen zweckmäßig so, daß die Bildung
einer o;ooi mm dicken zersetzten Schicht etwa in i Stunde erreicht ist, was für
die verschiedenen Glassorten bei verschiedenen. pH-Werten der Fall ist.
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Ähnlich wie Pufferlösungen wirken hochkonzentrierte oder in Mischungen
von Wasser mit hydrophilen (wasserlöslichen) organischen oder anorganischen Substanzen
gelöste Säuren, da auch hier - durch Verminderung des Volumgehaltes an Wasser die
Angriffsgeschryindigkeit gering, die flockende Kraft jedoch groß ist.
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Günstig wirken weiterhin Zusätze zur Angriffsflüssigkeit von.solchen
Stoffen, die mit den Glas-Bestandteilen schwerlösliche Verbindungen eingehen, z.
B. Natriumchromat, Natriumsulfat, Natriumferrocyanid usw.
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Das Gemeinsame dieser verschiedenen Verfahren, deren günstigste Bedingungen
von Glas zu Glas verschieden sind, beruht allgemein auf der im Verhältnis zur lösenden
Kraft der Ätzflüssigkeit sehr starken flockenden Wirkung auf die Lösungsprodukte.
Unter Umständen ist es zweckmäßig, zunächst nach einer der obigen Methoden insbesondere
die Paste zu härten und hierauf die Ätzung mit einer stärker wirkenden Säure zu
Ende zu führen.
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Den pH-Wert wählt man zweckmäßig zwischen ¢ und 6,5. Eine zur Herstellung
kratzerfreier Schichten auf fleckenempfindlichen (leicht angreifbaren) Gläsern in
zahlreichen Fällen sehr gut geeignete Angriffsflüssigkeit besteht aus 6,o ccm n/zo
Citratlösung -I- 4,0 ccm n/io Na OH. Ihr pH-Wert beträgt etwa 6-In manchen Fällen
empfiehlt sich die Zugabe von Natriumsulfat bis zur Sättigung oder von i g Kaliumchromat
auf io ccm Flüssigkeit. Für schwächer angreifbare Gläser findet zweckmäßig io- bis
500/aige Schwefelsäure bei ioo° Verwendung.
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Die bisher geschilderten Verfahren dienen zur Verfestigung der in
die Kratzer .gepreßte Paste. Zur Herstellung gleichmäßiger Schichten müssen aber
nicht nur lockere Schichten gehärtet, sondern auch umgekehrt zu harte, aus der Vorbehandlung
des Glases. (Fingerabdrücken) stammende Schichten aufgeweicht werden. Hierzu kann
man, besonders bei empfindlichen Gläsern, schwach alkalische Pufferlösungen, mit
PH = 7 bis io, benutzen, die eine Ouellung zu stark gealterter Schichten bewirken,
und daran erst die Behandlung mit saurer Lösung anschließen.
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Da die Anwendung der geschilderten Verfahren im wesentlichen auf der
Erzeugung einer stark kieselsäurehaltigen Gelschicht beruht, erstreckt sie sich
nicht nur auf Gläser, sondern auch auf andere, kristallisierte oder nicht glasige,
kieselsäurehaltige Stoffe, die als silikatische Gegenstände zusammengefaßt werden
können.