Изделия из стекла

Учебник для художественных вузов и училищ


Раздел: Производство

 

Получение цветных стекол. Как покрасить стекло в красный, синий, чёрный, зелёный и фиолетовый цвет

 

 

Принципы окрашивания стекла оксидами в домашних условиях

 

окрашивание стекла  

Различают молекулярное (ионное) и коллоидное окрашивание стекла. В первом случае окрашивание стекла происходит за счет наличия равномерно распределенных (растворенных) молекул красителя. Здесь можно провести сравнение с истинными растворами некоторых красителей в воде: отдельные молекулы растворенного красителя столь малы, что оказываются ненаблюдаемыми, даже если Р1Спользовать современные приборы. Как правило, молекулярными красителями являются оксиды некоторых металлов переменной степени окисления: марганца Мп, хрома Сг, железа Fe, меди Си и др. Точнее говоря, за окрашивание ответственны ионы этих металлов, входящие в состав оксидов. Например, в молекуле оксида меди (I) СиО с ионом кислорода связан ион меди Си (II), который, находясь в стекле, поглощает кванты красного излучения с длиной волны 800 нм, вследствие чего стекло выглядит светло-голубым. Окружающие ион Си (II) атомы бесцветного стекла влияют на окраску: можно подобрать другой состав бесцветного стекла, в котором тот же краситель СиО даст голубовато-зеленый цвет. При вторичном нагревании молекуляр- но окрашенных стекол окраска не изменяется.

 

В свою очередь, коллоидно окрашенные стекла можно сравнить с коллоидными растворами. В них современные приборы позволяют обнаружить малые (коллоидные) частицы, которые все же значительно крупнее молекул. Коллоидное окрашивание обусловлено избирательным поглощением световых квантов благодаря эффекту внутреннего рассеивания. Известно, что при прохождении света сквозь прозрачную среду, содержащую коллоидные частицы красителя, происходит рассеивание коротковолновой части излучения. В результате рассеянное коротковолновое (синее, фиолетовое) излучение поглощается коллоидной системой, пропускающей, следовательно, лишь длинноволновые: желтые, оранжевые, красные лучи. В прозрачном стекле присутствуют коллоидные частицы размерами от 10 до 50 нм.

 

Частицы размерами 100—200 им уже дают слабую степень заглушения, в стекле появляется «дымка». При дальнейшем укрупнении частиц происходит полное заглушение (запекание) стекла и оно становится непрозрачным. Рост частиц зависит от температуры и продолжительности нагревания. Иногда после охлаждения стекломассы коллоидно окрашенные стекла получаются бесцветными, приобретая цвет лишь при вторичном нагревании (наводке) до 500...600°С . Окраска этих стекол определяется химическим составом, числом и размерами коллоидных частиц. В значительной степени на окрашивание стекла влияют окислительно-восста- повительные процессы.

 

Окислением называют химический процесс соединения с кислородом (или дополнительного присоединения кислорода веществом, которое ранее уже содержало кислород) , а в более общем случае — химический процесс повышения положительной валентности (или снижения отрицательной). Процесс, противоположный окислению, называют восстановлением. Выше было указано на желательность окисления оксида железа (II) FeO по реакции: 2FeO + l/2 02—ИРе203. Однако при нарушении режима варки хрустального стекла может иметь место нежелательиый процесс восстановления содержащегося в стекле оксида свинца РЬО угарным газом: РЬО + СО—*РЬ + +СОг, в результате чего хрусталь может почернеть от выделения на его поверхности металлического свинца РЬ.

 

О важности окислительно-восстановительных процессов свидетельствует тот факт, что при восстановлении оксида меди СиО, окрашивающей стекло в голубой цвет, до металлической меди Си стекло окрашивается в темно-красный цвет.

 

Синие и голубые стекла.

 

В синий цвет стекло, содержащее оксид натрия NasO, окрашивает оксид кобальта (II) СоОг взятый в количестве 0,5 кг на 1 т стекломассы. Для получения бледно-синего оттенка (сапфировый полутон) достаточно 20 г/т. Если в стекле щелочным стеклообразующим оксидом является не Na20, а оксид калия КгО, то получается темно-синее стекло с фиолетовым оттенком (ультрамарин). Такое стекло, часто называемое кобальтовым, является традиционным для художественного стеклоделия. Практически любое соединение кобальта, введенпое в силикатное стекло, превращается в СоО. ! Принцип окрашивания — молекулярный.

 

Стекло, содержащее Na20, в голубой цвет окрашивает оксид меди СиО в количестве 10...20 кг/т (по сравнению с СоО оксид меди — значительно более слабый краситель и его следует вводить в гораздо большем количестве). Приходится учитывать также, что в питьевых сосудах яркий голубой цвет может вызвать отрицательные ассоциации с раствором медного купороса. Краситель вводят в шихту в виде чистой СиО ИЛИ же в виде порошка медного купороса СиЭО^бЩО, разлагающегося с выделением SO4 и II2O в процессе варки стекла. Принцип окрашивания — также молекулярный.

 

Фиолетовые и сиреневые стекла

 

Оксид никеля (III) №гОз (молекулярный краситель) в количестве до 30 кг/т окрашивает стекло, содержащее КгО, в красновато-фиолетовый цвет, а стекло, содержащее Na?0 — в коричневато-фиолетовый цвет. Можно вводить в шихту чистый NiO или гидрооксид никеля (II) Ni(OH) 2.

 

В пурпурно-фиолетовый цвет окрашивает стекло молекулярный краситель — диоксид марганца МпОг (от 30* до 50 кг/т). В шихту в качестве красителя вводят природный минерал иирюлюзит, содержащий в основном диоксид марганца МпОг, который в ходе варки восстанавливается до МпО. Диоксид марганца МпОг при недостатке кислорода также может восстановиться до оксида МнО, но в этом случае окраска исчезает, поэтому такое восстановление недопустимо, напротив, варку следует проводить в окислительной среде. Можно также использовать манганат калия КМп04 : (2КМп04—^К20 + Мп02 + 02). Красивую сиреневую или красно-пур- пурную окраску придает стеклу оксид неодима (III ( Ис^Оз, для которой, как и для природного камня александрита, характерно скачкообразное изменение зрительного ощущения (при восприятии этой окраски человеком) в зависимости от освещения и толщины стекла. Это объясняется тем, что спектр пропускания стекла, содержащего Ш20з, глубоко рассекается на две части: сине- лиловую, и красно-пурпурную — спектральной полосой интенсивного поглощения света с длинами волн от 570 до 590 нм. Поэтому, например, в тонких стенках изделия наблюдается сиреневая окраска (аметистовый полутоп), а в утолщенном дне (заливе) — красно- пурпурная. Играет роль и количество красителя: для получения сиреневого окрашивания достаточно 15 кг/т, а для достижения эффекта александрита — 40 кг/т. В первом случае одновременно ' с Nd2C>3 можно вводить до 0,5 кг/т селена Se, получая интересные разновидности пурпурной окраски. Принцип окрашивания стекла оксидом неодима (III) —молекулярный. Зеленые стекла. В зеленый цвет окрашиваются стекла, содержащие К20 и РЬО, оксид меди СиО, взятый в количестве до 30 кг/т.

 

Выше в разделе «химическое обесцвечивание» уже говорилось о том, что оксид железа (11) FeO и оксид железа (III) Ге20з в зависимости от соотношения между ними окрашивают стекло в различные оттенки зеленого цвета: от голубовато-зеленого до желто-зеленого. Интенсивные бутылочные цвета характерцы для старинного народного стекла, которое вырабатывалось из необеспеченной стекломассы и содержало 30 кг/т оксидов железа и более. В настоящее время возрождается интерес к колориту этого стекла.

 

Оксид урана (VI) 1ГОз (молекулярный краситель) в количестве до 20 кг/т окрашивает стекло в яркий желто-зеленый цвет. Этому стеклу свойствен эффект флюоресценции (самосвечения), так как желто-зеленое свечение представляет собой продукт преобразования невидимых ультрафиолетовых лучей, содержащихся в падающем на это стекло потоке дневного света.

 

Основным зеленым красителем, как и следует ожидать, является оксид хрома (III) Сг20з. В окислительных условиях, например когда применяется калиевый хромпик К2Сг207, разлагающийся с выделением КгО, СггОз и кислорода, часть СггОз может окислиться до оксида хрома (VI) СгОз, и зеленая окраска стекла становится более желтоватой, т.е. травяписто-зеленой. В шихту вводят до 15 кг/т Сг20з. Значительный избыток Сг20з — 30 кг/т и более растворяется в стекломассе, но при ее охлаждении выделяется в виде крупных кристаллов: получается очень красивое авантюриновое стекло темно- зеленого цвета, почти непрозрачное, содержащее яркие золотистые блестки. Напротив, при добавлении СгаОз менее 1 кг/т получается бледно-зеленое стекло (смарагдовый полутон). Принцип окрашивания — молекулярный. В светло-зеленый цвет можно также окрасить стекло введением оксида празеодима (III) Рг20з в количестве до 30 кг/т, этот краситель применяется редко. Розовые стекла. Розовое стекло, содержащее молекулярный краситель селен Se в количестве 0,5 кг/т, называется розалином. В шихту вводят селенит натрия Na2SeC>3, 1 кг которого содержит 0,46 кг селена. Другим молекулярным розовым красителем является оксид эрбия (III) ЕггОз (0,3 кг/т). Розовое окрашивание достигается также малым количеством коллоидного красителя, а именно золотом Аи (0,1 г/кг). Желтые стекла. В яркий желтый цвет стекло можно окрасить коллоидными красителями. Одним из них является сульфид кадмия CdS (15...20 кг/т), требующий восстановительных условий варки, так как в окислительных условиях он превращается в оксид кадмия CdO, не окрашивающий стекло. Другим коллоидным красителем является металлическое серебро Ag, которое можно ввести в шихту в виде нитрата серебра AgNOe. Содержание серебра в стекле ярко-желтого цвета 1 г/кг. В желтый цвет окрашивает стекло элементарная сера S (10 кг/т), которую вводят в шихту в виде порошковой серы, а также в виде каменного угля, древесных опилок, муки, крахмала: после сгорапия этих веществ остается зола, содержащая как раз нужное количество серы. Строго говоря, окраска от золотистой до янтарной обусловлена образованием сульфида железа FeS : FeO + -t-S + CO—>-FeS + C02, так как серу или указанные органические материалы вводят в необесцвеченное стекло, содержащее оксиды я?елеза в количестве не менее от 2 до 10 кг/т. Янтарное стекло, содеря!ащее FeS, не только красиво по цвету, но и хорошо защищает пищевые продукты, хранящиеся в бутылках и банках из такого стекла, от порчи под воздействием ультрафиолетовых лучей. Однако самым эффектным ярко-золотистым красителем стекла является оксид Церия (IV) СеОг в количестве 15 кг/т. При этом обязательно присутствие не- окрашивающего оксида титана (IV) ТЮг, количество которого должно быть втрое больше — 45 кг/т. Принцип окрашивания — молекулярный.

 

Оранжевые и красные стекла

 

Имеется целая палитра стекол от оранжевого до темно-красного, окрашенных коллоидным красителем, представляющим собой сочетание сульфида кадмия и селенида кадмия aCdS • pCdSe, где аир — относительные коэффициенты (а + р = 1). При а=1, (3 = 0, т. е. в случае чистого CdS, получается ?келтое стекло, а при а = 0, Р = 1 (чистый селенид кадмия CdSe) — коричневое, близкое по цвету к акварельному пигменту «тиоиндиго коричневый».

 

При a = 0,1, (3 = 0,9 получается ярко- алое стекло — кадмиевый рубин, такое стекло часто не совсем точно называют селеновым рубином. Это объясняется тем, что на практике нередко вводят в шихту краситель в виде смеси сульфида кадмия CdS с селеном Se. Однако при варке селен реагирует с частью CdS, превращаясь BCdSe : CdS + Se—>-CdSe + + S. Последовательно увеличивая относительное количество вводимого селена, т. е. увеличивая коэффициент р и уменьшая тем самым коэффициент а, получают ряд стекол, аналогичных по цвету и составу кадмиевым пигментам художественных красок: от кадмия желтого темного (0,5 кг/т Se) через кадмий оранжевый и кадмий оранжево-красный (CdS : Se от 10:1 до 10: 2)' к кадмию красному светлому (CdS : Se = 10 : 4). В кадмиевых стеклах обязательно наличие около 100 кг/т неокрашивающего оксида цинка ZnO, который препятствует окислению серы, входящей в состав сульфида. Варку этих стекол проводят в восстановительных условиях. Одним из самых замечательных художественных стекол является стекло, окрашенное в густой пурпурный (вишневый, малиновый) цвет коллоидными частицами металлического золота Аи (от 0,2 до 0,3 г/кг). Это стекло называют золотым рубином.

 

Не менее известно темно-красное стекло — медный рубин, содержащее около 1 г/кг металлической меди Си в виде коллоидных частиц.

Наконец, при содержании в стекле коллоидных частиц сульфида сурьмы (III) БЬгЭз в количестве до 40 г/кг также достигается интенсивная окраска — сурьмяный рубин.

 

Глушеные стекла

 

Полупрозрачное стекло, которое в проходящем свете выглядит оранжевым, а в отраженном — голубым, называют опаловым. Стекло белого цвета (при рассмотрении в отраженном свете) частично или полностью непрозрачное называют молочным стеклом. Вещества, добавляемые в шихту прозрачного бесцветного стекла и превращающие его в опаловое или молочное, называют глушителями, а процесс этого превращения — глушением (иначе — заглушением). Так опаловые и молочные стекла образуют группу 1лушеных стекол.

Эффект глушения объясняется наличием в стекле множества (100 тыс. в 1 мм3) неокрашивающих коллоидных частиц, причем частицы размерами от 1 до 5 мкм дают эффект опалового стекла, а от 5 до 100 мкм — эффект молочного стекла. Данные частицы кристаллизуются непосредственно из расплава стекломассы или (и это чаще всего) наличие глушителя приводит к выделению внутри расплава основной стекломассы капель стекломассы другого состава с последующей их кристаллизацией или без нее.

 

В качестве глушителей вводят природный минерал криолит 3NaF-AlF3 (150 кг./т), двойной суперфосфат Са(Н2Р04)г, костяную муку, кристаллогидрат двузамещенного фосфата натрия NaHPC>4-12НгО, однозамещенный фосфат аммония NH4H2PO4 и другие фосфорные соединения, взятые из расчета 50 кг/т оксида фосфора (V) Р2О5 в стекле. Кроме того, применяют гипс— CaS04-2II20 (30 кг/т), поваренную соль NaCl (50 кг/т) и т. п. Особым видом глушеного стекла является изобретенное советским технологом Е. А. Ивановой термочувствительное сульфидно-цинковое стекло, отличающееся особыми декоративными свойствами. В стекло, содержащее около- 0,1 кг/т оксида железа (IT) FeO и около 100 кг/т оксида цинка ZnO, вводят серу в количестве около 50 кг/т. В стекле протекают реакции: FeO + S + CO—>- ->FeS + C02 и FeS + ZnO->ZnS + + FeO.

 

В зависимости от состава сульфидно- цинкового стекла, а главным образом от режима его термообработки, выделяющиеся хлопьевидные кристаллы сульфида цинка ZnS придают различным участкам стекла эффекты опалового и молочного стекол, причем быстро охлаждаемые участки остаются прозрачными, окрашенными в различные коричневые оттенки сульфидом железа FeS. Введение дополнительных красителей позволяет получать различные- цвета и оттенки заглушённого стекла: оранжевые, красные, черные, бирюзовые, голубые и др.

 

Благодаря свойству термочувствительности на сульфидно-цинковом стекле легко достигаются разнообразные декоративные эффекты: стекла получают мраморовидные, полосатые, узорные и т. п.

 

Черные стекла.

 

Красивые декоратнвные эффекты можпо получить с использованием стекол, окрашенных в черный цвет сульфидами свинца и меди (PbS, CuS), значительными количествами (до 100 кг/т) пиролюзита, содержащего МпОг, наконец красящими оксидами большой красящей силы (СоО, СггОз и т. п.), введенными в больших количествах: свыше 50 кг/т, иногда в сочетании друг с другом. В заключение раздела о получении цветных стекол необходимо отметить, что, хотя число основных красителей стекла ограничено, на практике путем их смешивания, подбором составов- окрашиваемых стекол и т. д. удается получить богатейшее разнообразие цветов и оттенков.

  

 

СОДЕРЖАНИЕ КНИГИ:  Выполнение художественных изделий из стекла

 

Смотрите также:

 

Цветное листовое декоративное стекло. Накладное стекло

Цветное листовое декоративное стекло применяется в строительстве для изготовления витражей, декоративного остекления
Для получения красного стекла чистого тона {селенового рубина) и ярко-желтого стекла используют составы...

 

ВИТРАЖИ. Витражи из разноцветного прозрачного стекла

• паечные витражи из листового стекла на гибкой металлической основе; • витражи из объемных многослойных стекол на бетонной основе
Применяя серебряные и медные пасты, превращают бесцветное листовое стекло в цветной витраж.

 

...ИЗГОТОВЛЕНИЕ ВИТРАЖЕЙ. Витраж из битого стекла...

Как правило, из цветных стекол составляют орнамент или настоящие сюжетные картины.
Для получения какого-либо сплошного цветного фона, при изготовлении витража
Окрашивание стен, отделанных специальными обоями под окраску.

 

Мозаика из стекла. Витражи

Украшать цветными стеклами можно не только плитки, но и любое другое керамическое изделие.
Особенно важно это для витражей, расположенных на открытом воздухе или в помещениях с повышенной влажностью.

 

Стеклянные материалы и изделия. Виды стекол. Стекло листовое...

Цветное листовое стекло получают путем введения красителей в стекломассу или нанесения в процессе изготовления на бесцветную стекломассу цветного слоя. Их применяют для изготовления сигнальных стекол и витражей...

 

Остекление витрин и витражей. Остекление крыш и фонарей....

Раскрой большегабаритных стекол производят, как правило, вблизи от места остекления витрин и витражей, выполняя эту операцию зачастую непосредственно в ящике с
СТЕКОЛЬНЫЕ РАБОТЫ стекло оконное, витринное, цветное листовое ...

 

...и изделия из него. стекло с морозным узором. клей для стекла

К цветным стеклам относятся стекла, которые, несмотря на окраску, все еще более или менее прозрачны. Наиболее эффектное применение цветное стекло находит в застеклении витражей.

 

Стекло цветное ТУ 21-1115-243-93 для декоративного остекления

Цветное стекло выпускается толщиной 3 мм.
Классификация стекол, их составы. Свойства стекол в твердом состоянии.
Витражи. Мозаичная живопись из смальты в декорировании парадных сооружений.

 

...стекло. Увиолевое стекло. Армированное стекло. Цветные...

Используют цветное стекло при строительстве общественных зданий в декоративных целях (в световых проемах, перегородках, витражах). По назначению изделия из стекла разделяются на отделочные (облицовочное стекло): цветные плиты...

 

...Витражи рельефные, витражи из толстого колотого стекла

Живописные витражи собираются из цветных стекол с росписью керамич. красками и с последующим обжигом деталей.
Существует много новых способов декоративной обработки стекла для витражей (в т. ч. пескоструйный, отливкой и прессованием...