Színtest – Szervetlen Festékeink 400-1300°C-ig

Színtest egy száraz tömör definíció szerint: A természetben található színező fém-oxidokkal szemben mesterségesen előállított színezők.

Színtest - Szervetlen festékeink

Egyes fém-oxidok kerámiai vegyületekben színeffektust hoznak létre magas hőmérséklet hatására. Evégett a színező oxidokat alumínium-oxiddal, kvarccal, kaolinnal stb. jól összekeverve magas hőmérsékleten izzítják, megolvadásuk azonban a magas olvadási pontok miatt nem következik be, salakszerű anyagként kerülnek ki az izzító kemencéből. Ezt aztán finomra őrlik, kimossák és megszárítják, ez a színtest, amelyet manapság a hagyományos fém-oxidok helyett földfestékek és mázak színezésére használnak. A hagyományos fazekas festékek színskálájánál lényegesen gazdagabb választékot kínálnak, szinte minden színárnyalat kikeverhető belőlük.

Bontsuk ezt ki egy picit részletesebben. A természet színpompáját szépnek és tökéletesnek látjuk.

Színes Virágok

A színes, sőt többszínű ruhában, környezetben általában jobban érezzük magunkat, mint a szürkében vagy egy színűben. A hétköznapi életben szemmel vizsgáljuk a színt, tehát szubjektív módszerrel állapítják meg, hogy jó-e vagy sem. Gyakran nehéz eldönteni a vitákat, amelyek ember és ember között felmerülnek. Sosem felejtem el, ambíciózus fejlesztő révén egy ókori főnököm galambszürke mázat kért tőlem. Több hónap alatt, több száz-féle mázat próbáltam ki, de a válasz mindig kitérő volt. Picit sötét, nagyon világos, nem stimmel a hullámhossz stb., míg aztán egyszer már megfeledkezve magamról felcsattantam, hogy
ugyan mutasson már nekem egy közel galambszürke színt, mert a jelek szerint nekem fogalmam sem volt róla. A válasz nagyon tömör és velős volt: “Hát itt ez a köpeny rajtam! Látod ez a galambszürke szín, amire gondoltam! Ilyet kérek” !?. Mondanom sem kell hamarosan meg lett a szín, de aztán természetesen akkoriban ez nem volt ritka, igazából senkinek sem kellett, csak elütöttünk vele egy kis időt.

Akkor talán még belefért, de azt hiszem ezt ma már senki sem vállalná szívesen. Ipari termelésben ezért aztán értelemszerűen felváltotta a szubjektív színmegítélést az objektív színmérő rendszerek (pl. RGB, CIELAB stb.) és színmérő műszerek elterjedése (a kerámiaiparban is).

RGB

Ebbe most nem megyünk bele, legfeljebb majd külön a specialisták kérésére. Tehát vissza a hétköznapi életbe, ahol is a legáltalánosabban a különböző színkártyák (mint pl. RAL vagy Pantone színkártya rendszer) elterjedése vált gyakorlattá. De igazából nem a kerámiai mázak, festékek esetében. A hideg (ezt úgy értem, hogy nem kerülnek égetésre) színek kevergetései egyszerűbbnek a melegeknél (magas hőfokú festékek). Az általunk használt beégetéssel kialakuló színek esetében a színkialakulás sokkal több tényező függvénye, mint a hideg keverékeknél. Sokszor a kiindulási színezékünk színe köszönőviszonyba sincs a végül kiolvadt mázban kialakuló végső színnel. (Pl. a kobaltszilikát lila porszíne a mázat sötétkékre színezi.)

Hogy is kezdődhetett ez az egész színtest fejlesztési folyamat?

Ős emberünk látta, hogy a cserépégetésre alkalmas agyagja az előfordulástól függően különböző színűre égett. De hogy miért, meg mitől az az elején nem volt tiszta. Később kiderült, hogy az általa használt agyagnak a kísérő ásványai voltak színesek. Az üledékes kőzetben (alumínium-hidroszilikát agyagban) színes ércek, tehát fémtartalmú ásványok is előfordulhatnak (vasérc-hematit Fe2O3, magnetit Fe3O4, sziderit FeCO3 és ezek hidrátjai mint pl. hidrohematit, goethit, limonit, pirit FeS2, szfalerit ZnS, kalkopirit CuFeS2, stb., alumínium érc – baoxit, mangán érc ? barnakı MnO2, anatáz/rutil TiO2, kromit/krómvaskı FeO*Cr2O3, krokoit/vörös ólomérc PbCrO4, vöröskoboldkı Cu/Ni érc, mínium Pb3O4 stb.).

Miután ezeket az érces lelőhelyeket külön-külön viszonylag tiszta előfordulásokban is megtalálták, már adalékként tudták használni a különböző színek kikeveréséhez.

Kezdettől fogva színeztek mindent. Cserepet, mázat, festékeket egyaránt. Később a kohászati eljárások fejlődésével, levegőn történő égetéssel a különböző oxidok is előállíthatók voltak (Fe2O3, MnO2, Co2O3, CuO stb.).

Ezeknek az oxidoknak néhány százalékos (mázakban ált. 1-5%, de porózus cserepekhez pl. 10-30% sem ritka) mennyisége már jelentős színező hatást idéz elő.

Miért is érdekes ez?

Hisz tudjuk aminket körülvevő organikus világ színpompája lenyűgöző, van ott annyi festék amennyit csak akarunk (pl. vörös vértest hemoglobin, zöld klorofil a levelekben, a nap sárga színe, az ég kék színe, a tenger kékeszöld színe, a napraforgó sárga színe, a kökény kék, a csipkebogyó vörös színe stb.). Igen ám, de sajnos ezek a festékek, mint általában minden szerves anyag 400°C-ig biztosan kiég. A mi világunk pedig ennél melegebb: az üvegfestékeknek durván 500-600°C közötti
hőmérsékleteket, a zománcok és máz feletti/un. harmadik égetéses “onglaze” porcelánfestékeknek durván 700-900°C közötti hőmérsékleteket, míg a kerámiai festékeknek 900°C-tól akár 1400°C-ig terjedő hőmérsékleteket kell elviselniük.

És a helyzet még ennél is egy picit bonyolultabb.

Mert a hőfoktűrés az egyik valóban nagyon fontos tulajdonság amit ezeknek a színező anyagoknak el kell viselniük. A másik majdnem ennyire fontos dolog, hogy nem csak termikusnak kell stabilnak lenniük, hanem fizikokémiai szempontból is ellenállóan kell viselkedniük. Nem szabad sem feloldódniuk az olvadt máz hőmérsékletén ill. nem is szabad reakcióba lépniük a máz kiolvadás hőfokán az olvadt mázzal (hacsak nem ezt kifejezetten ezt akarjuk). Itt azonban egy picit pontosítanunk kell. Mert ha tegyük fel ionosan feloldódik, de nem roncsolódik a színezőanyagunk, akkor tulajdonképpen az ún. színes üveget (transzparens!) hozzuk létre (zöld sörös üveg – redukált vasoxidos, barna sörösüveg – mangánoxidos üveg).

Színes Sörösüvegek

Tehát a színes üveg fizikailag oldott színező-oxidokat tartalmaz. Ugyanez az üveg befrittelve színes fritteket ad, amiket aztán még tovább használhatunk az elképzelt célunk megvalósítására. Maradva a mázaknál a színtest, mint színezőanyag általában fedőszíneket alakít ki. Úgy kell elképzelni, mint a diszperziós falfestékeket, amiket otthon használunk a falakra akár kültérről, akár beltérről legyen szó. Ebből következik, hogy a fazekas mázaknál a transzparenciát csak beoldódó oxidokkal érjük el, mert a színtest a fazekas mázakat is fedővé képes tenni. Nyilván, a fedőképesség a színezőanyag
koncentrációjának mértékétől is, meg a máz rétegvastagságtól is nagymértékben függ.

A magas hőmérsékletet (max. 1100-1300°C az összetétel függvényében) elviselő és fizikokémiai szempontból stabil színtest festékünket használhatjuk a kerámiai masszák, mázak, dekor anyagok (máz alatt, máz felett stb.) színezésére is. Természetesen ezek segítségével készíthetünk tetszés szerinti színes termékeket az elképzelésünk szerint. És akkor most vágjunk bele a dolgok sűrűjébe anélkül, hogy elmerülnénk a kristályrendszerek feneketlen mélységeibe. De tudjuk, hogy a stabil magas hőfokú színezőanyagok szerkezete csak a kristályrendszerek mentén értelmezhető. Ezek, általában sztöchiometrikus összetételű kristályrendszereket alkotnak.

1., A legegyszerűbb színezők, stabil oxidok, sokszor önállóan is megállják a helyüket. Mint pl. a króm-oxid Cr2O3.

Króm-Oxid

2., A változó oxidációs állapotra hajlamos oxidok (átmeneti fémek ill. d-vegyérték elektronokkal rendelkező elemek legtöbbje) viselkedése viszont nagymértékben függ a reakció körülményeitől (lásd a színes RAKU mázak atmoszféra érzékenysége). Biztos mindenki tapasztalta már, hogy fazekas mázaknál (régen kizárólag csak magas ólom-oxid tartalmú ltalában színes transzparens mázak) a színező-oxidok lokális redukciója miatt fejlődő gáz a mázakat 800-900°C tartományban
teljesen habosan, kráteresen felfújja, ami aztán 900C feletti hőmérsékleteken (az ólom-oxid okozta nagyon kis felületi feszültségnek köszönhetően) teljesen kiolvad, tökéletesen sima, hibátlan fényes felületet eredményezve. Nos, ez az ólommentes, un. kemény, lényegesen nagyobb felületi feszültségű mázaknál már rusnya, kráteres, hibás felületeket eredményez. Tehát meg kellett oldani valahogy, hogy a színező oxidok oxidációs állapotváltozásai a mázas égetések tartományában ne tehessék tönkre a felületet. ; Így jöttek létre az olyan kombinációk, amikor különböző egyszerű oxidok keverékeiből alkotott korszerűbb összetett oxidok, régen ezek voltak csak a színtestek.

Ma már kb. 50-féle olyan különböző kristálykombinációt ismerünk amelyek segítségével már korszerű színtesteket állíthatunk elő. Talán a legelsők közt fedezték fel, és talán ma is a legelterjedtebb struktúra a spinell szerkezet. A spinell szűkebben egy tűzállóanyag iparban használt anyag MgO*Al2O3 (MgAl2O4), tágabban az összetett oxidok alosztályán belül a spinell-csoport névadó tagja. Jellemzően a fém : oxid = 3:4 arány.
A hasonló összetevők alapján szokásos a csoportot 4 sorozatra felosztani. Általános képletük: AB2O4, ahol A sorozat = Co,
Cu, Fe2+, Ge, Mg, Mn2+, Ni, Ti, Zn, Sn és B sorozat = Al, Cr3+, Fe2+, Fe3+, Mg, Sb, Mn3+,V3+ lehet.

Néhány gyakorlati példa: a rózsaszín szintest: Sn-Cr, a szürke színtest: Sn-Sb, a kékszíntest Co-Al-
Zn, a türkiz színtest: Cr-Co-Zn, és a barna színtest: Fe-Cr-Zn,stb.

3., A harmadik feltétlenül említésre méltó színtest csoport az un. zárványszíntestek.

Ebben az esetben a színezőanyag a hordozó kristály keletkezéskor épül be, mintegy 2-6% körüli mennyiségben a létrejövő kristály rácspontjai közé. Ezért is hívják ezeket zárvány színtesteknek, mert a színezőanyag a rácsközi térben helyezkedik el, nem pedig a rácspontokban. Maga a befoglaló kristályrendszer az ami a festékünk stabilitását biztosítja, és így aztán egy 1300°C körül is stabil gazdaságos színezéket kapunk. Ezeknek a zárvány színtesteknek a legelterjedtebb képviselői a
Cirkónium-szilikát zárványszíntestek. Pl. a Prazeodímium sárga (Zr-Pr-Si), a Vanádium kék(Zr-V-Si) és a vasrózsa (Zr-Fe-
Si).

Lássuk őket röviden. Kiindulási alapanyagaink a ZrO2 (Cirkónium-dioxid, baddeleyite)és a SiO2 (kvarcliszt). E két alapanyag sztöchiometrikus (azaz 1:1 mol arányú) reakciójából állítjuk elő a Cirkónium-szilikát (ZrSiO4) kristályt, miközben azt szeretnénk, hogy a színező anyagjaink is beépüljenek. A ZrO2 és a SiO2 egyensúlyi fázisdiagramjából megállapítható, hogy a két oxid közti szilárdfázisú reakció csak igen magas (1500°C feletti) hőmérsékleteken kezdődik el. Ezért ezen színtestek előállításához mineralizátorokat (a reakció végbemenetelét alacsonyabb hőmérsékleteken elősegítő, általában olvasztóanyagokat) használunk kis mennyiségben (2-10%).

Kezdetben kézenfekvő volt erre a célra alkáli sókat használni (szóda, só, stb.). Később aztán egy új módszert fedeztek fel, a hagyományos határfelületi diffúziók által kontrollált szilárd fázisú reakciókkal szemben. Amikor ugyanis az alkáli-halogenidek közül Fluoridot (pl.NaF) használták kiderült, hogy amikor a homokunk reagál a NaF-al: ( 3SiO2 +4NaF = SiF4 + 2Na2SiO3 ) a szintén olvadékony “vízüveg” – Na2SiO3 mellett gázfázisú szilícium-tetrafluorid keletkezik, ami reagál a ZrO2-dal cirkozil(ZrSiO4) keletkezése mellett ( 2ZrO2 + SiF4 + = ZrSiO4 + ZrF4 ). Az említett két egyenletből látható, hogy a homokunk egy része nátriumszilikát üvegfázisba megy ami, kismértékű “veszteség” a cirkozil előállítása szempontjából, de kb. hasonló veszteséget könyvelhetünk el a gázfázisú ZrF4 képződése miatt. Úgyhogy a tapasztalat szerint is a legjobb eredményeket a ZrSiO4 konverzóra akkor kapunk, ha a ZrO2 és SiO2 ekvimoláris elegyéből indulunk ki. Ehhez adjuk a mineralizátort vagy mineralizátorokat és az adott szín kialakulásért felelős színezőanyagot. A nyers keveréket aztán homogenizálni kell (jól össze kell keverni szárazon), majd tokos kemencében 1000-1250°C közt égetjük. Vigyázni kell, hogy az égetés utáni “sütik” ne égjenek nagyon össze, mert ellenkező esetben utána az őrlésük nagyon nehéz lesz. A cirkonszilikát nagyon kemény anyag (pl. kerámia késeket, kopó alkatrészeket is csinálnak belőle, csakúgy, mint a kiindulási anyag baddeleyitből.)

És itt most beszélnünk kell a kész színtestek őrlési finomságáról. Mindenképp 20mikron alá kell őrölni, de egyesek szerint a 8 mikronos átlagos szemcseméret az ideális ezeknél a színtesteknél. Minél finomabb annál jobban fed (kevesebb mennyiség is elég, mint a durvább festékből), de annál reaktívabb ill. könnyebben oldódik is. Golyós malomban vizes őrlést alkalmazunk, mert ha a színtestekből nem oldjuk ki a bennük visszamaradt sókat, akkor azok a mázba kerülve rontják a tiszta és intenzív színkialakulást. A vizes szintest szuszpenziót aztán leszűrjük (pl. keretes szűrőprésen 12barral). A mosást a szűrön folytatjuk tovább, mindaddig, amíg a mosóvíz már nem tartalmaz oldott anyagot. A kimosott színtesteket szárítjuk, majd porítjuk. És kész.

A Cirkon-szilikát zárvány színtesteknek egy külön csoportját képezik a nem oxidos színezékek.A kadmium-szulfid (CdS) sárga ill. a kadmium-szelenid (CdSe) vörös színezékek mázban történő közvetlen alkalmazását korlátozta a mérgezőségük.
Ebben az állapotukban könnyedén kioldhatók voltak a kerámiai mázakból. Ugyanaz a csel következett, mint annak idején a fazekas nyersmázaknál. Barátom ugye emlékszel még…, a nyers PbO-ot vittük be üvegfázisba fritteléssel, amely eredményeképp keletkezett ólomszilikát üvegből az ólom kioldódása már nagyságrendekkel csökkenthető volt.
Nos, itt a kadmiumos színezékeknél is hasonló trükköt csinálunk.
Igaz nem üvegfázisba visszük őket, hanem bezárjuk egy kristályrácsba (nevezetesen a most megismert Cirkozilba). Ez nem csak az esetleges kioldódásokból fakadó mérgezési problémákat oldja meg, hanem egycsapásra egy olyan oxidáló atmoszférában is stabil szinezék jön létre, amit már savanyú mázakban is kiváló színeket adott egészen 1300°C-ig! Úgyhogy most már nem álom a vörös “budi” sem (WC csésze).

Természetesen a sárga és a vörös színek keverékei tetszőlegesen, korlátozás nélkül előállíthatók, és ezek a színtestek keverhetők a többi más típusú, nem csak cirkonos színtesttel is.

4., A végére hagytam a legszínesebb színt. A fehéret.

Fehér Máz

Bármily meglepőnek tűnhet a fehér fedő mázakat is színtestekkel állítjuk elő.
Fehérnek akkor látunk egy felületet, ha arról valamennyi látható tartományba eső hullámhosszúságú fényhullám hiánytalanul verődik vissza, szóródik. Alap állapotban az üveg, a transzparens máz teljesen átlátszó és azon a fény gyakorlatilag szinte 100%-ban áthatol.
Más a helyzet, ha ebben az üvegben olyan apró diszperz szilárd testek vannak diszpergálva, amelyeken a fény már nem hatol át, hanem amely részecskéken a fény szóródik, visszaverődik.
Ezek a részecskék az összetett fehér fényből nem abszorbeálnak a látható tartományban, csak 100%-ban szórnak. A fehér fény szórásának jellemzésére, tehát hogy melyik anyagot látjuk fehérebbnek a gyakorlatban három tényezőt szoktak említeni:

4.1. A máz és “fehér színtest részecske” törésmutatók különbözőségének a mértéke. Ez a különbség minél nagyobb, annál nagyobb a fényszóródás és ezért annál fehérebbnek látjuk a felületet.
4.2. A “fehér színtest” szemcsemérete, a részecske nagysága. Tapasztalat szerint a fehérség akkor a legnagyobb, ha a részecske kb. 0,3mikron nagyságú.
4.3. A “fehér színtest” koncentrációja a mázban.
Nyilván minél több részecske van a mázunkban diszpergálva, annál fehérebb a máz. Adott koncentrációjú “fehér színtest” esetén ez azt jelenti, hogy minél vastagabb a máz annál fehérebbnek tűnik. De azért vigyázz! Mert a kezdetben lineáris görbe
(kétszer olyan vastag máz kétszer fehérebb), aztán telítésbe megy át, vagyis egy bizonyos telítési fehérség után, már csak drágább lesz a kerámiád és nem lesz fehérebb.
Most térjünk vissza oda, hogy csak az a jobb “fehér szintest”, amellyel a telítési értékek elérésekor a lehető legnagyobb fehérséget kapjuk. Tehát amelynek a legnagyobb mértékben tér el a törésmutatója az alapüvegétől, amit a gyakorlatban 1,5-nek szoktunk venni. Lássuk a legfehérebb színtestek listáját: TiO2 = 2,55 , ZrO2 = 2,35 , Sb2O3 = 2,25 , SnO2 = 2,04 , ZrSiO4 = 1,96. Tehát elvileg a legfehérebb fehérítő a Titán dioxid, amely a szerves festékiparban is igen elterjedt.
Használatát a kerámiaiparban azonban korlátozza hogy van egy rutil/anatáz polimorfiája, amitől sajnos néha a máz besárgul. Ezért fehér mázakban a felhasználása körültekintést igényel. Kőagyag mázakban egyébként pont ebből kifolyólag sárga színezékként is gyakran használják. A ZrO2 és a ZrSiO4 gyakorlati jelentősége a legnagyobb.

A frittelt fehér ipari mázak 99%-ban cirkozilt használnak a fehérség növelésére 10% feletti mennyiségben adagolva a fritt nyers keverékébe. Az Ón-oxid ill. az Antimón-oxid is kiváló anyagok, a stúdiómázak készítésénél még magas áruk ellenére
is szokták alkalmazni őket.

A webáruházunkban megtalálod a legszebb színtesteket és mázakat!

Reméljük érdekes volt a cikk, amennyiben hasznosnak találtad, kérjük, nyomj a tetszik/megosztás gombra! Köszönjük!

Július:   1.péntek
4.hétfő   6.szerda   8.péntek
11.hétfő   13.szerda   15.péntek
18.hétfő   20.szerda   22.péntek

Nyitvatartó napokon: 9.00-15.00

Ingyenes csomagküldés
> 25e Ft/csomag
< 38kg/csomag