CC BY
13
УДК 666.295.4
Удинцева Я.Е., Кирсанова С.В.
ПОЛУЧЕНИЕ ТЕРМОХРОМНЫХ ГЛАЗУРЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПИГМЕНТА НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗОАММОНИЙНЫХ КВАСЦОВ
Удинцева Яна Евгеньевна студент кафедры общей технологии силикатов РХТУ им. Д.И. Менделеева, Россия, Москва
Кирсанова Светлана Викторовна, к.х.н, доцент кафедры общей технологии силикатов РХТУ им. Д.И. Менделеева, Россия, Москва
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия, 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20, корп. 1 e-mail: [email protected]
Рассмотрены возможности получения цветных глазурей для керамики с изменением цвета и других визуальных эффектов при изменении температуры политого обжига. Исследованы изменения структуры и текстуры глазурных покрытий в зависимости от условий добавления железоаммонийных квасцов в глазурный шликер. В статье показаны термохромные свойства глазурных составов на основе железоаммонийных квасцов в качестве термохромного пигмента и оксида титана в качестве глушителя, при температурах обжига 800°С, 900°С, 1000°С, 1100°С, приведены характеристики полученных составов.
Ключевые слова: термохромные пигменты, керамические глазури, раку керамика
PRODUCTION OF THERMOCHROMIC GLAZES USING A PIGMENT BASED ON IRON AMMONIUM ALUM Udinceva Y.E., Kirsanova S.V.
D.I. Mendeleev University of Chemical Tecnology of Russia, Moscow, Russia
Research Study of the possibility of obtaining colored glazes for ceramics with color changes and other visual effects when the temperature of the poured firing changes. Investigation of changes in the structure and texture of glaze coatings depending on the conditions of preparation of iron-ammonium alum in the glaze slip. The article shows the thermochromic properties of glaze compositions based on iron ammonium alum as a thermochromic pigment and titanium oxide as a silencer, at temperatures of 800 ° C, 900 ° C, 1000 ° C, 1100 ° C, the characteristics of the obtained compositions are given.
Keywords: thermochromic pigments, ceramic glazes, raku ceramics
Использование глазурей в производстве керамики позволяет решить ряд технологических проблем и дает широкие возможности для декорирования. Глазурь защищает пористый черепок изделия от проникновения в него жидкостей, от загрязнений и развития в нем микробов и кроме этого придает ему большую прочность[1]. Для создания непрозрачных цветных глазурей используют различные пигменты и глушители в больших количествах, что позволяет скрыть дефекты или непрезентабельный цвет черепка. Производство керамических изделий требует постоянного поиска новых составов высококачественных, дешевых и термостойких глазурей, позволяющих обжигать керамические изделия при пониженной температуре [2].
Современными трендами в декорировании керамических изделий является использование глазурей с различными эффектами, например, кристаллизацией, акварельными разводами, имитацией природных материалов. Особняком стоит относительно новое явление - термохромные глазури - глазури, с пигментами, способными менять свой цвет, блеск или эффект в зависимости от температуры обжига. Такие глазури интересны тем, что при добавлении к ним термохромного пигмента нет необходимости в фриттовании. Наиболее часто
различные эффектарные глазури применяются при изготовлении посуды для чайной церемонии. Такая посуда отличаются простой формой, а ее главным украшением становятся необычные глазури, так изделия олицетворяют философию простоты и изящности «ваби-саби».
В данной работе был рассмотрена возможность получения глазурных покрытий, меняющих цвет и текстуру в зависимости от температуры на основе железоаммонийных квасцов, взятых в качестве термохромного пигмента. Известно, что термическое разложение Ре(МН4)^04)2'12Н20 происходит ступенчато: при нагревании на 150°С кристаллогидрат теряет 11,5 молекул воды, при 750°С полностью
обезвоживается и приобретает кроваво-красный оттенок, при 800°С происходит разложение сульфата аммония и удаление аммиака из смеси, сульфат железа III переходит в Fe20з.
Ре(КН4)(804)2'12Н20 ^150°С Ре(КН4)(804)2'0,5Н20^ ^75О°с ре(КН4)(804)2 ^800°С Ре20з
А при растворении железоаммонийные квасцы диссоциируют с образованием ионов аммония, сульфат-ионов, молекул воды и ионов гексаакважелеза, придавая раствору желтоватый оттенок.
0,5(^4)2804+
■ Ш4++ 8042-+
Ре(МЫ4)(804)2-12Ы20 -+0,5Ре2(804)з+12Ы20 -
+[Ре(Ы20)б]3++6Ы20 Использование железоаммониных квасцов в качестве пигмента для керамических глазурей может быть актуально за счет наличия у него антисептических свойств и простоты синтеза из промышленных отходов. Таким образом изделия будут не только безопасны в эксплуатации, но экологичны и экономически выгодны. Так же установлено влияние содержания железа на кристаллизацию диопсидной стеклокерамической глазури [3].
В качестве основы для декоративной глазури была использована бесцветная прозрачная фритта S-0104 фирмы «Хорсс» с оксидным составом №20 -5,393 мас.%, К20 - 0,683 мас.%, MgO - 0,253 мас.%, Са0 - 6,526 мас.%, ZnO - 1,31 мас.%, В20з -13,212мас.%, А120з - 12,269 мас.%, SiO2 - 60,353 мас.%; КТР = 56.610-7С-1, обладающей высоким практически зеркальным блеском, предназначенной для обжига при 900-1200 °С. Для снижения температуры обжига к каждому составу с пигментом и ТЮ2 в качестве глушителя так же добавлялось 2мас.% Ка2Б407-10Ы20.
В качестве подложки для глазурей использовалась майоликовая шамотированная масса 8-6529 фирмы Витгерт» с интервалом
утильного обжига 980-1100°С, содержанием шамота 25%, общей усадкой 5,8%, КТР = 5810-7С-1,
химическим составом: 8Ю2 - 73,6 мас.%, А1203 -19,2 мас.%, ТЮ2 - 1,2 мас.%, Fe20з - 0,8 мас.%, СаО
- 2,8 мас.%, MgO - 0,4 мас.%, №20 - 0,1 мас.%, К20
- 2,1 мас.%. После обжига масса приобретает белый оттенок и водопоглощение 12,2%.
Рассмотрим поведение железоаммонийных квасцов в составах S-0104+5% Ре^Ы4)(804)2-12Ы20 +10% ТЮ2 + 2% Ка2Б407*10Ы20 и S-0104 +5% Ре(МЫ4)(804)2-12Ы20+20%ТЮ2 + 2%№2Б407*10Ы20 в условиях, где квасцы могут полностью продиссоциировать. Было проведено 4 обжига при 800°С, 900°С, 1000°С, 1100°С. Характеристики составов приведены в табл. 1.
Образец (рис.1а)), обожженный при 800°С, приобрел ярко рыжий оттенок и матовую текстуру, не отстает от черепка и не окрашивает ладони и воду при окунании. Образец (рис.1б)), обожженный при 900°С, приобрел деликатный блеск и бежево-персиковый оттенок. Образец (рис.1в)), обожженный при 1000°С, приобрел персиковый оттенок и блеск, за счет содержания оксида титана глазури полностью непрозрачны. Образец (рис.1г)), обожженный при 1100°С, приобрел насыщенный рыжевато-коричневый оттенок, глянец и охристые разводы. Состав S-0104+5% Ре^Ы4)(804)2-12Ы20+10% ТЮ2+2%Ка2Б407'10Ы20 дал значительный градиент цвета при различных температурах обжига и плавный переход из матовой текстуры в зеркально -глянцевую, пигмент равномерно распределился в массе, кристаллизации не наблюдалось.
Табл.1. Характеристики глазурей с железоаммонийными квасцами
Глазури ТКЛР,К-1 ■ 10-7 Ккислот. Кплавкос.
Состав 8-0104 + 5% Ре^4)(804)2- 12Ы20 +10%ТЮ2+ 2% №^07' 10 Ы20 59,7353 2,7799 0,3373
Состав 8-0104 + 5% Рe(NH4)(804)2• 12Ы20 +20%ТЮ2+ 2% №^07' 10 Ы20 60,2964 3,0743 0,2844
б) 900°С бежево-персиковый, слабый
Рис.1. Образцы состава S-0104+5% Fe(NH4)(SO4)2*12H2O+10%TiO2+2%Na2B4O7■ 10H2O после обжига при
800°С, 900°С, 1000°С, 1100°С соответственно.
а) 800°С Рыжий, матовый
1000°С персиковый, глянцевый
г)
1100°С рыжий, зеркальный
а) б)
800°С 900°С 1000°С
Персиковый, матовый бежевый, слабый абрикосовый, глянцевый рыжий, зеркальный
Рис.2. Образцы состава S-0104+5%Ее(ЫН4)(804)т 12Н20+20%оТЮ2+2%аЫа2В40т 1ОН2О после обжига при
800°С, 900°С, 1000°С, 1100°С соответственно.
Образец (рис.2а)), обожженный при 800°С, приобрел персиковый оттенок и матовую текстуру, однако из-за толстого слоя глазури возникли дефекты в виде небольших углублений различной формы. Образец (рис. 2б)), обожженный при 900°С, приобрел деликатный блеск и бежевый цвет, образовалась небольшая шероховатость в виде круглых углублений. Образец (рис. 2в)), обожженный при 1000°С, приобрел теплый желтый цвет и блеск. Образец (рис. 2г)), обожженный при 1100°С, приобрел охристый оттенок с белесыми разводами и глянец. Состав S-0104+5% Ре(ЫН4)(804)г12Н20+20% ТЮ2 +2%Ка2Б407'10Н20 дал градиент цвета при различных температурах обжига и плавный переход из матовой текстуры в зеркально-глянцевую, пигмент равномерно распределился в массе, кристаллизации не наблюдалось, за счет содержания глушителя глазури полностью не прозрачны. Таким образом, если дать железоаммонийным квасцам полностью раствориться в глазурном шликере, то можно получить множество вариантов эмалей различных оттенков от рыжего до желтого и коричневого, так же при высоких температурах обжига возможно получить эффект акварельных разводов.
Далее рассмотрим поведение глазурей с железоаммонийными квасцами, которые были нанесены на черепок сразу после разбавления шихты
водой и высушены в течение получаса, после чего сразу же обожжены при четырех температурах 800°С, 900°С, 1000°С, 1100°С. В экспериментах рассматривались те же глазурные составы, что и выше.
Образец (рис. 3а)), обожженный при 800°С, приобрел прохладный розовый оттенок и матовую текстуру, наблюдаются включения темно-бордового цвета. Образец (рис. 3б)), обожженный при 900°С, приобрел легкий блеск и сероватый оттенок, имеет включения серо-красного цвета в виде мелких точек на сером фоне. Образец (рис. 3в)), обожженный при 1000°С, приобрел бледный желтый оттенок и блеск, мелкие включения коричневатого цвета в толстом слое глазури. Образец (рис. 3г)), обожженный при 1100°С, приобрел насыщенный рыжевато-коричневый оттенок, глянец и активную точечную кристаллизацию различных размеров темно-коричневого цвета. Состав S-0104+5%
Ре(тО(804)2- 12Ш0+10%ТЮ2+ 2%Ка2Б407-10Н20
дал изменение цвета при различных температурах обжига и плавный переход из матовой текстуры в глянцевую, пигмент не успел раствориться в шликере при нанесении глазури и образовал центры кристалиизации, за счет чего все глазури в разной степени дали эффект «печенья с шоколадной крошкой».
800°С 900°С 1000°С 1100°С
розовый, матовый, с сероватый, слабый, с желтоватый, глянцевый, рыжий, зеркальный, с
вкраплениями вкраплениями с вкраплениями вкраплениями
Рис.3. Образцы состава S-0104+5%¥е(ЫН4)(804)2- 12Н20+10%оТЮ2+2%оМа2В40т 1ОН2О после обжига при
800°С, 900°С, 1000°С, 1100°С соответственно.
а) 800°С розоватый, матовый, с вкраплениями
f Л-:';:-''- : ' 'А/*' ■ ■•■■' ■ ■• '■■ i,' '
б)
900°С 1000°С
сероватый, слабый, с желтоватый, глянцевый, вкраплениями с вкраплениями
Рис.4. Образцы состава S-0104+5%Ев^Н^^О^? 12H2O+10%TiO2+2%Na2B4Oт20H2O после обжига при
800°С, 900°С, 1000°С, 1100°С соответственно.
г)
1100°С желтый, зеркальный, с вкраплениями
Образец (рис. 4а)), обожженный при 800°С, приобрел светлый розовый оттенок и матовую текстуру, наблюдаются включения кирпичного цвета разных размеров. Образец (рис. 4а)), обожженный при 900°С, приобрел легкий блеск и сероватый оттенок, имеет включения серо-красного цвета в виде мелких точек на сером фоне. Образец (рис. 4а)), обожженный при 1000°С, приобрел бледный желтый оттенок и блеск, мелкие включения коричневатого цвета. Образец (рис. 4а)), обожженный при 1100°С, приобрел насыщенный желтый цвет, глянец и активную точечную кристаллизацию различных размеров темно-коричневого цвета. Состав S-0104+5%Ре(МЫ4)(804)2- 12Н20+20%ТЮ2+ 2%Ка2Б407- 10H2O дал заметное изменение цвета при различных температурах обжига и плавный переход из матовой текстуры в глянцевую, пигмент не успел раствориться в шликере при нанесении глазури и образовал центры кристалиизации, за счет чего все глазури дали эффект «печенья с шоколадной крошкой». Такой эффект можно использовать для имитации природного камня: песчаников в крапинку или с разводами или розового туфа.
Таким образом, выявлены широкие возможности применения железоаммонийных квасцов в качестве пигмента для керамических непрозрачных глазурей и в качестве кристаллообразователя для эффектарных и кристаллических глазурей. Отдельно стоит отметить чувствительность глазури к температуре - ее способность менять цвет и текстуру в зависимости от температуры обжига. При приобретении одного
глазурного состава у производителя керамики будет возможность получения трех цветов непрозрачной глазури, один вид глазури с эффектом акварельных разводов и четыре цвета эмали с эффектом «шоколадной крошки» и возможностью имитации крапчатого песчаника или розового туфа, в зависимости от режима обжига и скорости нанесения глазури после смешивания глазурного шликера. Кроме этого, такую глазурь возможно применять для изделий, контактирующих и пищей и напитками за счет отсутствия в составе вредных компонентов и антисептических свойств железоаммонийных квасцов. Такие глазурные составы могут найти широкое применение в изготовление керамической посуды для чайных церемоний, особенно для керамики раку, где особенно ценится естественный вид изделия. В философии «ваби-саби» любой дефект изделия превращается в его уникальную черту и придает изделию неповторимый шарм и очарование.
Список литературы
1. М. В. Егоров, А. В. Соловьев Цветные глазури и эмали (майолика), 1931 г. 80с.
2. С.Ж. Жекишева, Н.М. Хасанов, А.М. Мирджамолов Отходы производства как источник получения глазури // Вестник КРСУ, 2017, Том 17, № 8, с. 103-105
3. M. Romero, J. Ma. Rincón, A. Acosta Effect of iron oxide content on the crystallisation of a diopside glass-ceramic glaze // Journal of the European Ceramic Society №22, 2002, 8 с.
