{"id":26154,"date":"2020-03-02T09:00:20","date_gmt":"2020-03-02T09:00:20","guid":{"rendered":"https:\/\/mineralmilling.com\/oxidiertes-und-reduziertes-glas-farbstoffe-und-mehr\/"},"modified":"2020-03-02T12:10:53","modified_gmt":"2020-03-02T12:10:53","slug":"oxidiertes-und-reduziertes-glas-farbstoffe-und-mehr","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/mineralmilling.com\/de\/oxidiertes-und-reduziertes-glas-farbstoffe-und-mehr\/","title":{"rendered":"Oxidiertes und reduziertes Glas, Farbstoffe und mehr"},"content":{"rendered":"

\n\tOxidiertes und reduziertes Glas, Farbstoffe und mehr<\/b>\n\t<\/h1>\n

\n\tEinf\u00fchrung in farbiges Glas\n\t<\/h2>\n\t
\n Glas<\/a>
\n<\/u> ist ein amorpher Feststoff, der haupts\u00e4chlich aus Siliziumdioxid (SiO2<\/sub>, Kiesels\u00e4ure) sowie Additiven besteht, um die Farbe, Festigkeit und W\u00e4rmeleistung des Produkts zu modulieren. Um eine bestimmte Glasfarbe zu erreichen, k\u00f6nnen verschiedene \u00dcbergangsmetallverbindungen hinzugef\u00fcgt werden. Farbiges Glas gibt es zumindest seit der R\u00f6merzeit, als Glas aus dem vierten Jahrhundert in Galil\u00e4a Farben von hellblau \u00fcber gr\u00fcn bis bernsteinfarben zeigte – mit den Farben, die aus einem Eisensulfid-Chromophor(1) stammen.\n

Oxidierte und reduzierte Gl\u00e4ser sind Begriffe, die oft verwendet werden, aber wenig verstanden werden. Kurz gesagt, k\u00f6nnen verschiedene Zusatzstoffe auf Schwefelbasis bei der Herstellung von Glas verwendet werden, und wenn sich der Schwefel in einem oxidierten Zustand wie einem Sulfid befindet, wird das Glas als „oxidiertes Glas“ bezeichnet. Umgekehrt ist „reduziertes Glas“, wenn der Schwefel im reduzierten Zustand vorhanden ist, wie Z. B. Sulfat. Die reduzierte\/oxidierte Bezeichnung bezieht sich \u00fcberhaupt nicht auf den Kiesels\u00e4uregehalt des Glases.<\/p>\n

Die Glasfarbe wird durch die Konzentration, Identit\u00e4t und Redoxbalance von Schwefelverbindungen und Gegenionen (z. B. die oben genannten \u00dcbergangsmetalle, einschlie\u00dflich Eisen), bestimmt, die Manipulation dieses Gleichgewichts f\u00fchrt zu unterschiedlichen Farben in der Schmelze und das Endprodukt(2).<\/p>\n

Dieser Artikel befasst sich nur mit Silikatgl\u00e4sern.<\/p>\n

\n\tWarum ist Glas farbig?\n\t<\/h2>\n\t

Glas kann aus einer Vielzahl von Gr\u00fcnden gef\u00e4rbt werden, von der Anforderung eines deutlichen Farbtons, um ein Produkt besser zu pr\u00e4sentieren oder zu bewerben, um den Inhalt des Glases mit Schutz vor UV-Strahlung zu bieten, zus\u00e4tzlich zu rein dekorativen Zwecken. Farbiges Glas, wie im herk\u00f6mmlichen Sinne gedacht, wird haupts\u00e4chlich nur f\u00fcr Beh\u00e4lterglas verwendet, aber bestimmte Zus\u00e4tze zu Plattenglas wurden im Laufe der Jahre verwendet, die die Farbe von klar immer so leicht modulieren.<\/p>\n\t\t\t\t\"farbige\n

\n\tBernstein \/ Braunes Glas\n\t<\/h2>\n\tDer charakteristische Farbton von Bernsteinglas, der \u00fcberall von Bierflaschen bis zu Medizingl\u00e4sern zu finden ist, ist auf das Bernsteinchromophor zur\u00fcckzuf\u00fchren. Dieses Chromophor besteht aus Eiseneisen, Fe3+,<\/sup>tetrahedral durch drei Sauerstoffliganden und einem einzigen Sulfid koordiniert. Die Redoxbilanz ist daher von entscheidender Bedeutung: zur Verringerung der Umwelt, und es kann nicht gen\u00fcgend Eisen (wie es in Eiseneisen umgewandelt wurde) und \u00fcbersch\u00fcssigem Sulfid geben; wenn die Umwelt zu oxidierend ist, wird es einen \u00dcberschuss an Eisen und zu wenig Sulfid geben. Es ist unbedingt erforderlich, das Gleichgewicht von Eisen- und Eiseneisen in der Schmelze, die Atmosph\u00e4re sowohl innerhalb als auch \u00fcber der Schmelze und das Verh\u00e4ltnis von Schwefelverbindungen zu kennen. Neben physikalischen Komponenten kann die Temperatur der Schmelze selbst die Farbe und Diedurchl\u00e4ssigkeit von Bernsteinglas beeintr\u00e4chtigen(3). In vielen F\u00e4llen kann eine dunklere Bernsteinf\u00e4rbung mit einer kleinen Zugabe von
\n Kupferoxid<\/a>
\n<\/u> zur Schmelze erreicht werden.\n\t\t\t\t\"bernsteinfarbene\n\t\t\t\t\"Bernsteinflaschen\"\n

\n\tRotes Eisenoxid\n\t<\/h2>\n\tDer Vorteil der Verwendung von
\n Eisenoxid<\/a>
\n<\/u> als Pigment ist, dass es eine Bernsteinf\u00e4rbung aus dem oben genannten Bernsteineisenchromophor hinzuf\u00fcgt, aber keine anderen Komponenten zur Schmelze hinzuf\u00fcgt. Es ist ein oxidierender Zusatzstoff und wird daher die Redox-Zahl auf die oxidative Seite verschieben, verbunden mit Bernstein und braun gef\u00e4rbten Gl\u00e4sern. Eisenoxid wird routinem\u00e4\u00dfig verwendet, um den Eisengehalt in Eisenmangelgl\u00e4sern zu erh\u00f6hen, wie sie manchmal mit Pyrit auftreten k\u00f6nnen.\n

\n\tPyrit\n\t<\/h2>\n\t

Pyrit ist eine der h\u00e4ufigsten Erzen von Eisen, und daher ist es eine relativ kosteng\u00fcnstige Quelle von Eisen f\u00fcr die Glasherstellung. Als Pigment wird Pyrit zu Glasschmelzen und Bernsteinf\u00e4rbung(4) hinzugef\u00fcgt, und seine Verwendung verleiht dem Glas eine Best\u00e4ndigkeit gegen UV-Strahlung, wodurch effektiv Licht im Sub-450 nm-Regime absorbiert wird. Damit eignet sich Pyrit-Bernsteinglas besonders gut f\u00fcr Lebensmittel, Medikamente und Laborchemikalien. Im Gegensatz zu Eisenoxid wird Pyrit als reduzierender Zusatzstoff beschrieben.<\/p>\n

\n\tGr\u00fcnes Glas\n\t<\/h2>\n\tGr\u00fcnes Glas ist die andere beliebteste Farbwahl f\u00fcr Glas, meist als Beh\u00e4lterglas f\u00fcr Biere, Weine und Schaumwasser. Eisen und Chrom sind in erster Linie f\u00fcr die gr\u00fcne F\u00e4rbung verantwortlich, und durch die Verwendung von
\n Chrommehl (Chromitpulver, Eisenchromit)<\/a>
\n<\/u> und
\n Eisenpyrit<\/a>
\n<\/u> im Konzert kann eine Vielzahl von Gr\u00fcnt\u00f6nen hergestellt werden, von Smaragdgr\u00fcn bis hin zu Feuille-Morte oder Totenblattfarben.\n

Georgia green (der ber\u00fchmte Farbton, der mit Flaschen von Coca-Cola verbunden ist) und Smaragdgr\u00fcn werden mit Oxidationsmethoden hergestellt, wobei sowohl Pyrit als auch Chromit verwendet werden, w\u00e4hrend alle anderen Gr\u00fcnt\u00f6ne in der Regel mit Reduktionsmethoden hergestellt werden. F\u00fcr smaragdgr\u00fcnes Glas werden bis zu sechs Kilogramm Chromit pro Tonne Sand verwendet(5). Die Verwendung von Chrommehl ist der \u00e4lteren Methode zur Erreichung solch hoher Oxidationsniveaus, Kaliumdichromat, vorzuziehen. Kaliumdichromat ist giftig und somit gef\u00e4hrlich zu handhaben.<\/p>\n\t\t\t\t\"Was\n\t

F\u00fcr Georgia gr\u00fcn wird eine Menge Chromit nicht mehr als 10 von dem verwendet, was f\u00fcr smaragdgr\u00fcnes Glas verwendet werden w\u00fcrde. Feuille morte farbiges Glas ist ein weiterer Pyrit-Chromit-Hybrid, bei dem Chrommehl und Pyrit im Verh\u00e4ltnis 1:2 verwendet werden (d. h. 1 kg Chrommehl und 2 kg Pyrit pro Tonne Sand).<\/p>\n\t\t\t\t\"Gr\u00fcne\n\t

Bemerkenswert ist die Geschichte von Chromit als Glaspigment, das 1849 erscheint, etwa f\u00fcnfzig Jahre nachdem es als Glasurpigment verwendet wurde. Die Natur von Chromit als feuerfestes Material hinderte ihn etwas an der Verwendung in Gl\u00e4sern, jedoch sorgte das optimale Gleichgewicht von Mahlgr\u00f6\u00dfe und Temperatur f\u00fcr seine breitere Annahme(6).<\/p>\n

\n\tBlaue, rote und schwarze Brille\n\t<\/h2>\n\t

Rotes, undurchsichtiges Glas wird seit \u00e4gyptischer Zeit verwendet und seitdem in der Eisenzeit Gro\u00dfbritannien entwickelt, wurde es haupts\u00e4chlich aus Glas gebildet, das gebildet wurde, wenn es mit kolloidalem Kupfer dotiert war, und sp\u00e4ter mit Bleioxid(7,8). In der zeitgen\u00f6ssischen Glasherstellung werden kolloidales Kupfer und Blei nicht verwendet, sondern ihre Oxide sind es.<\/p>\n

Bei der Zuf\u00fchrung von Glasschmelzen bilden Kupferverbindungen ein Gleichgewicht, das sich je nachdem unterscheidet, ob es unter oxidativen oder reduktiven Bedingungen ist. Eine oxidative Umgebung wird ein Cu2+<\/sup>-Cu+<\/sup> System schaffen, das zu einer blauen F\u00e4rbung \u00e4hnlich Kupfersulfat f\u00fchrt; Unter reduzierenden Bedingungen wird ein Cu+<\/sup>-Cu0-System<\/sup> etabliert, das eine rubinrote F\u00e4rbung ergibt. Das<\/sup> Cu 0-Ion hat keine F\u00e4rbung(9). Kupferoxid selbst ist ein oxidierender Dopant, und wenn man es in ausreichender Menge hinzuf\u00fcgt, wird schwarzes Glas produziert. Die vielleicht optisch ansprechendste aller Gl\u00e4ser ist die tiefblaue Farbe, die durch die Zugabe von Kobaltoxid CoO zur Schmelze gew\u00e4hrt wird(10).<\/p>\n\t\t\t\t\"schwarz\n\t

Tiefrot gef\u00e4rbtes Glas kann auch mit der Zugabe von Cadmiumselenid erreicht werden, w\u00e4hrend Manganoxid in die Schmelze(11) aufgenommen werden kann, was zu violetten\/violetten Farbt\u00f6nen f\u00fchren wird, obwohl Mangan-dotierte Gl\u00e4ser tendenziell nicht sehr ultraviolett resistent sind.<\/p>\n

\n\tQuantifizierung von Additiven: Die Batch-Redoxnummer\n\t<\/h2>\n\t

Glasmacher im Ma\u00dfstab neigen dazu, einen Begriff namens „Batch Redox-Nummer“ zu verwenden, um die Zutaten zu bestimmen, die f\u00fcr eine bestimmte Farbe von Glas ben\u00f6tigt werden, was im Gro\u00dfen und Ganzen ein Stellvertreter daf\u00fcr ist, wie reduzierend oder oxidierend eine Schmelze ist. Redoxzahlen werden f\u00fcr die Summe aller aktiven Redoxkomponenten in der Schmelze berechnet, indem der Redoxfaktor multipliziert mit der Massebruchkomponente pro zwei Tonnen Sand f\u00fcr jede Komponente addiert wird. Besondere Aufmerksamkeit muss der Verwendung von Scherben – einem F\u00fcllstoff – gewidmet werden, der oft gro\u00dfe Mengen organischen (reduzierenden) Materials enth\u00e4lt, das leicht eine Batch-Redoxberechnung abwerfen k\u00f6nnte. Dar\u00fcber hinaus wird der Redox des Glases auch durch die Bedingungen im Ofen beeinflusst, wie die Temperatur und wie oxidierend die Atmosph\u00e4re ist. Daher ist es wichtig, dass nur hochreine und hochwertige Zusatzstoffe verwendet werden.<\/p>\n

In der Regel, insbesondere im Falle von Eisenglas (das der am h\u00e4ufigsten verwendete Glasfarbstoff ist): eine Redox-Zahl zwischen 20 und 0 erzeugt farbloses Glas, zwischen 0 und -15 wird gr\u00fcnes Glas produzieren, zwischen -15 und -25 wird „Feuille morte“ produzieren. Glas und zwischen -20 und -30 wird Bernstein produzieren. Bei eisendotiertem Glas entsprechen diese Werte bei abnehmendem Verh\u00e4ltnis von Fe2+<\/sup> zu Fe3+<\/sup> (d.h. eher reduzierend).<\/p>\n\t\t\t\t\"eine\n

\n\tAuswirkungen auf Herstellungsprozesse\n\t<\/h2>\n\t

Kurz gesagt, Beh\u00e4lterglas wird durch Zusammenschmelzen von Rohstoffen in einem Ofen hergestellt, um eine Schmelze zu produzieren, die Schmelze wird dann verfeinert, geformt und gegl\u00fcht. Zwischen und nach dem Umformen und Gl\u00fchen k\u00f6nnen zyklische Veredelungsprozesse auftreten. Gl\u00fchen ist die Technik, die verwendet wird, um Spannungspunkte im Glas zu entfernen(12). Dieses Verfahren ist im Gro\u00dfen und Ganzen das gleiche f\u00fcr Plattenglas, jedoch wird die Formgebung durch ein Zeichnungs- und Walzschema ersetzt.<\/p>\n

Als Faustregel gilt, dass ein niedrigerer Redox (d. h. eine weniger reduzierende Umgebung) eine bessere Raffination und einen Betrieb des Ofens bei einer niedrigeren Temperatur erm\u00f6glicht, was wirtschaftliche und \u00f6kologische Vorteile bietet(13). <\/b>Dar\u00fcber hinaus bedeutet ein niedrigerer Redox, dass es weniger Sulfat geben wird, was wiederum ein besseres raffiniertes Glas bedeutet.<\/p>\n

Bereits 1942 war bekannt, dass die Zugabe kleiner Mengen Eisenoxid zu Schmelzen zu einer Effizienzsteigerung des Prozesses im Ofen f\u00fchrte. Es wurde die These vertreten, dass die Beschleunigung der Schmelzgeschwindigkeit auf das Vorhandensein des Eisens zur\u00fcckzuf\u00fchren ist, das insgesamt eine bessere W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeit in der Schmelze verursacht(14). Das Hinzuf\u00fcgen von Verbindungen zur Schmelze muss mit gro\u00dfer Sorgfalt erfolgen, da ein Temperaturabfall zu Einer Devitrifikation f\u00fchren kann – d.h. zu kristallisieren des geschmolzenen Glases(15).<\/p>\n

Anthrazit und Feldspat sind h\u00e4ufige Additive der Schmelze, die jeweils die Eigenschaften der Schmelze modulieren:<\/p>\n\t\t\t\t\"verschiedenfarbige\n

\n\tAnthrazit \/ Kohlenstoff\n\t<\/h2>\n\t

Anthrazit ist kein Glaspigment f\u00fcr sich, aber es wird oft neben Eisen- und Eisensulfidverbindungen verwendet, um die Eigenschaften des Glases zu verbessern und f\u00fcr gelbe\/gelbe Farben zu sorgen. Die Zugabe von Anthrazit moduliert das gesamte Redox zugunsten der Reduktion, was sich auf die Sicherstellung des Farbniveaus auswirken kann. Es ist bekannt, dass Anthrazit Unvollkommenheiten beseitigen kann, die durch Gase in der Schmelze verursacht werden, und kann die Temperatur der Schmelze senken, wenn sie mit Chrom- und Manganpigmenten verwendet wird(16).<\/p>\n

\n\tFeldspat\n\t<\/h2>\n\t
\n Feldspar<\/a>
\n<\/u> in Bezug auf die Glasherstellung wird als „Fluss“ bezeichnet, d.h. es reduziert den Schmelzpunkt eines Festk\u00f6rpers. Seine Aufnahme kann einen niedrigeren Temperaturbedarf in der Schmelze bedeuten. Fluxes sind in der Glas- und Keramikindustrie weit verbreitet, da sie die vollst\u00e4ndige Verfl\u00fcssigung f\u00f6rdern k\u00f6nnen (17). Dar\u00fcber hinaus kann sich Feldspar die glasgew\u00fcnschten Eigenschaften wie erh\u00f6hte H\u00e4rte, Haltbarkeit und chemische Best\u00e4ndigkeit leisten(18).\n\t\t\t\t\"geschmolzenes\n

\n\tZusammenfassung\n\t<\/h2>\n\t
\n \u2022
\nDie Farbe des farbigen Glases wird durch die Identit\u00e4t der Additive, ihre Zusammensetzungen und das Redox-Gleichgewicht in der Schmelze bestimmt\n
\n Pyrit
\nund Chromit sind in hohem Ma\u00dfe f\u00fcr Bernstein bzw. Gr\u00fcn verantwortlich, wobei Blau und Rot unter anderem durch Kupferverbindungen\n
\n \u2022
\nDie Redox-Bilanz und andere Additive wie Feldspat und Anthrazit wirken sich auf den gesamten Herstellungsprozess und die Endglasleistung aus\n\t\t\t\t\"copper_oxide\"\n\t\t\t\t\"rotes\n\t\t\t\t\"Pyritpulver\n\t\t\t\t\"Chromitmehl\n\t\t\t\t\"Feldspat\"\n\t

Verweise<\/strong><\/p>\n

1 J. W. H. Schreurs und R. H. Brill, Archaeometrie<\/em>, 1984<\/strong>, 26, 199<\/p>\n

2 K. Nassau, MRS Proc.<\/em>, 1985<\/strong>, 61, 427<\/p>\n

3 W. L. Spix und F. R. Bacon, J. Am. Ceram. Soc., <\/em> 1953<\/strong>, 36, 377<\/p>\n

4 W. A. Weyl, Coloured Glasses<\/em>, Society of Glass Technology, Sheffield, 1951<\/p>\n

5 W. Vogel, Glaschemie<\/em>, 2. Ed., Springer-Verlag, Heidelberg und Berlin, 1994<\/p>\n

6 I. C. Freestone und M. Bimson, J. Glass Stud.<\/em>, 2003<\/strong>, 45, 183<\/p>\n

7 M. Hughes, Proc. Prehist. Soc.<\/em>Transportjahr 1972<\/strong>, 38, 98<\/p>\n

8 R. H. Brill und N. D. Cahill, J. Glass Stud.<\/em>, 1988<\/strong>, 30, 16<\/p>\n

9 H. D. Schreiber et al.<\/em>, Ceramic Trans., <\/em> 2004<\/strong>, 141, 315<\/p>\n

10 US-Patent US10246370B2, 2017<\/p>\n

11 US-Patent US3830639A, 1972, abgelaufen<\/p>\n

12 Glass Manufacturing<\/em>, United States Environmental Protection Agency, Columbus, 1976<\/p>\n

13 A. Hubert et al.<\/em>, Auswirkungen von Redox in Industrieglasschmelzen und Bedeutung der Redox-Kontrolle<\/em> in der 77. Konferenz \u00fcber Glasprobleme<\/em>, Columbus, 2017<\/p>\n

14 R. L. Shute und A. E. Badger J. Am. Ceram. Soc., <\/em> 1942<\/strong>, 25, 355<\/p>\n

15 B. Izmirlio-lu und \u00c9. Yilmaz J. Chem. Tech. Metall.<\/em>, 2015<\/strong>, 50, 404<\/p>\n

16 A. Koroviakovskii, Master-Abschluss, Technische Universit\u00e4t Lappeenranta, 2016<\/p>\n

17 R. A. Obstier and M. Epplier, Understanding Glazes<\/em>, The American Ceramic Society, Westerville, Vereinigte Staaten, 2005<\/p>\n

18 A. O. Tanner, Feldspar und Nepheline Syenite, 2015 Minerals Yearbook<\/em>, United States Geological Survey, Reston, Vereinigte Staaten, 2015<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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