Chất nhuộm màu khuyếch tán keo tồn tại trong thủy tinh dưới dạng những hạt keo( tinh thể nhỏ). Những tinh thể này chỉ xuất hiện trong những điều kiện nhất định và màu sắc tùy thuộc vào số lượng, kích thước của các hạt keo ( 50-700A0). Nhuộm thủy tinh loại này chưa có màu khi nấu và tạo hình mà chỉ xuất hiện trong khi xử lí nhiệt sau tạo hình. Nếu các hạt keo lớn hơn 700A0 thì ta có thể thấy trong thủy tinh những vết đục.
Chất nhuộm màu khuyếch tán keo thường dùng là hợp chất đồng, vàng , bạc. Ôxyt đồng hóa trị thấp Cu2O là chất nhuộm màu khuyếch tán keo, cho màu từ đỏ đến đỏ sẫm. Trước kia người ta cho rằng nhuộm thủy tinh màu đỏ là do các hạt keo đồng kim loại gây nên nhưng gần đây nhiều nhà nghiên cứu đã cho là các tinh thể Cu2O.
Hợp chất vàng: Tùy theo số lượng và kích thước của các tinh thể vàng trong thủy tinh cho màu từ hồng đến đỏtía. Khi đưa vào khoảng 0,02% vàng kim loại ta thu được rubi vàng, còn khi đưa vào 0,01% được thủy tinh màu hồng. Hợp chất vàng hay dùng : AuCl3.2H2O
Hợp chất bạc: Nhuộm thủy tinh từ màu vàng chanh đến da cam. Nguyên liệu dùng là AgNO3.
4.3.2 Chất khử màu
Thủy tinh có màu xấu khi không dùng chất nhuộm màu và màu ấy thường được gây ra bởi các tạp chất, đặc biệt là sắt lẫn vào trong nguyên liệu, trong quá trình gia công chuẩn bị và vận chuyển phối liệu. Để có thủy tinh trong suốt không màu ta phải hạn chếđến mức tối thiểu lượng hợp chất sắt hoặc phải khử màu.
Có 2 phương pháp khử màu: Khử màu hóa học và khử màu vật lí. Nguyên tắc của khử màu hóa học là chuyển toàn bộ sắt thành ôxyt sắt hóa trị 3 (Fe2O3), chuyển sắt về phức chất không màu, chuyển thành hợp chất dễ bay hơi. Ví dụ : Khi đưa vào thủy tinh chứa sắt hợp chất fluor thì dưới những điều kiện thuận lợi như môi trường ôxy hóa và lượng kiềm cao, các fluor sản sinh một hiệu ứng tương đương với sự giảm một nửa lượng sắt. Người ta cho rằng, một phần FeF3 bay hơi, một phần F- chiếm lĩnh vị trí của ôxy trong [FeO4]( có lẽ không cần phải thay thế chỗ tất cả ôxy của nhóm [FeO4] bằng F-) làm thay đổi độ hấp thụ ánh sáng của thủy tinh .
Chất khử màu hóa học hay dùng là các chất ôxy hóa mạnh như các nitrat, CeO2…các hợp chất fluor.
Khử màu vật lí, thực chất là đưa vào thủy tinh chất nhuộm màu khác có khảnăng tạo ra màu phụ với màu do sắt gây ra. Kết quả của việc nhuộm màu kép đó làm cho thủy tinh trở nên không màu nhưng độ thấu quang của thủy tinh bị giảm đi.
Chất khử màu vật lí hay dùng là selen, NiO, CoO và các nguyên tố hiếm. Phương pháp này có kết quảcao khi lượng sắt trong thủy tinh nhỏ(FeO+Fe2O3 < 0,08%).
Ngoài ra ta còn hay gặp các chất vừa có khảnăng khử màu hóa học vừa có khảnăng khử màu vật lí như MnO2, CeO2. Hai ôxyt này ở nhiệt độ cao trong thủy tinh nóng chảy sẽ phân hủy và giải phóng ôxy, ôxy sẽ ôxy hóa sắt 2 thành sắt 3. Màu tím của Mn3+ phụ với màu vàng của Fe3+.
4.3.3 Chất khử bọt
Chất khử bọt không phải là nguyên liệu chính vì được sử dụng với hàm lượng rất nhỏnhưng tác dụng của nó trong quá trình nấu thủy tinh là rất lớn. Đó là các nguyên liệu không chỉ tác dụng khử bọt, đồng nhất thủy tinh mà còn tăng nhanh quá trình nấu; đôi khi còn tác dụng khửmàu. Đó là
những chất có khả năng giải phóng những bọt khí. Các chất khử bọt thường dùng là: Nitrat kết hợp với As2O3(Sb2O3), CeO2, Na2SO4, các hợp chất fluor, hợp chất amôni
Na2SO4 hay được dùng nhất để khử bọt thủy tinh vì khả năng khử bọt tốt lại giá rẻ. Na2SO4 nóng chảy ở 8800C, phân hủy mạnh ở 1300-13500C và tiến hành các phản ứng:
Na2SO4 + nSiO2 = Na2O.nSiO2 + SO3 ; SO3 phân hủy ngay lập tức: 2SO3=2SO2+O2. Đây là phản ứng khử bọt ( không được khử bọt thủy tinh chì). Lượng dùng: 0,75-1,43kgNa2SO4 khan/ 100kg cát.
Các nitrat kết hợp với các hợp chất asen hoặc antimoan:
Ở nhiệt độ thấp: 2KNO3 + As2O3 (Sb2O3) = As2O5 (Sb2O5)+ K2O + N2O +O2. As2O5 bền ở nhiệt độ thấp (800-12000C). Ở nhiệt độ cao > 13000C
As2O5 (Sb2O5)= As2O3 (Sb2O3)+ O2 . Đây là phản ứng khử bọt
Các nitrat hay dùng: NaNO3 , KNO3 , Ba(NO3)2, đôi khi dùng cả NH4NO3 , Ca(NO3)2
Lượng dùng: 0,1%KnO3 + 0,2% As2O3 . Tăng lượng As2O3 hiệu quả khử bọt sẽ giảm theo lượng ô xyt asen. Lượng As2O3 mất mát lớn trong quá trình nấu thủy tinh; dao động trong khoảng 10-50%. Sự tổn thất này phụ thuộc vào loại lò. Lò bể mất nhiều hơn lò nồi. Nó còn phụ thuộc vào môi trường lò, vào nhiệt độ, vào thành phần phối liệu và vào hàm lượng As2O3. Không được dùng kết hợp với Na2SO4, nếu dùng là một lầm kỹ thuật vì sẽ làm thủy tinh rạn nhẹ. Ôxyt asen rất độc với các cơ quan trong cơ thể cũng như da bên ngoài. Chỉ cần 0,06g đủ làm chết người. Tác dụng của Sb2O3 cũng tương tự As2O3.
Các chất khử bọt khác: Hợp chất Fluor vừa là chất khử bọt khi tạo khí SìF4, F2, vừa có tác dụng tăng nhanh quá trình nấu và khử màu.
Hay dùng CaF2 (2-4%) kết hợp với Na2SO4, NaCl, (NH4)2CO3. Dùng Na2SiF6 tốt hơn CaF2 vì sạch hơn, tác dụng khử bọt mạnh hơn.
NaCl hoặc NH4Cl được dùng khử bọt cho thủy tinh khó khử bọt như thủy tinh Borosilicat ( thủy tinh ít kiềm), thủy tinh nhuộm màu bằng hợp chất hữu cơ cần môi trường khử. Lượng dùng: 3%.
4.3.4 Chất ôxy hóa và chất khử
Đa số thủy tinh màu đòi hỏi nấu trong điều kiện ôxy hóa để ngăn cản việc chuyển hóa các ôxyt nhuộm màu về dạng hóa trị thấp. Trong một số trường hợp khác, ví dụ khi nấu ngọc rubi đồng lại cần môi trường khử.
Chất ôxy hóa: Thường dùng các muối nitrat, perôxyt mangan và các hợp chất khác.Những hợp chất này trong quá trình nấu thủy tinh sẽ bị phân hủy và giải phóng ôxy.
NaNO3 nóng chảy ở khoảng 3180C, bắt đầu phân hủy ở 4000C: 2NaNO3 = 2NaNO2 + O2 . Đến 7250C thì phân hủy hoàn toàn : 4NaNO2 = 2Na2O + 2N2 + 3O2 ( NaNO3 vừa là chất ôxy hóa, vừa là chất khử bọt vừa là chất khử màu và là chất tăng nhanh quá trình nấu.
CeO2 là chất ôxy hóa mạnh nhất và là chất khử màu mạnh nhất. Ở nhiệt độ cao CeO2 phân hủy thành Ce2O3 và giải phóng ôxy .
Chất khử:Ngoài cacbon còn có thể sử dụng các hóa chất khác như SnCl2, SiC, NH4Cl hay các mảnh vụn kim loại Zn, Al, Sn
4.3.5 Chất tăng nhanh quá trình nấu (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Là những chất có khảnăng giảm nhiệt độ tạo pha lỏng đầu tiên; giảm độ nhớt, giảm sức căng bề mặt làm thủy tinh chóng đồng nhất và bọt khí thoát ra dễdàng. Đáng kể nhất là Na2SO4 rồi đến CaF2, Na2SiF6. Có thể dùng kết hợp Sulfat với Fluor hoặc clorua natri. Ở thủy tinh tấm hay dùng kết hợp: CaF2 + NaCl + Na2SO4 theo tỉ lệ 1,1% mol F- + 0,31% mol SO42- + 0,5% mol Cl- hay 0,5%Na2O ( từ Na2SO4) + 0,7-0,8% CaF2 + 0.3-0,5% NaCl theo phối liệu . Ở Mỹ có mỏ bor nên họ dùng ~ 1% làm chất tăng nhanh quá trình nấu rất tốt.
Khi thủy tinh chứa chất gây đục, các hạt gây đục sẽ phân bốđều trong thủy tinh với chiết suất khác chiết suất của thủy tinh làm cho ánh sáng vào bị tán xạ và thủy tinh có màu đục sữa.
Mức độđục của thủy tinh phụ thuộc vào nhiều yếu tố:
-Sự khác biệt chiết suất giữa thủy tinh và chất gây đục
- Kích thước và sốlượng hạt gây đục trong một đơn vị thể tích - Loại chất gây đục
- Thành phần thủy tinh cơ sở
Theo phương pháp tạo hạt gây đục và bản chất của chúng có thể chia chất gây đục làm 3 loại: