CH220468A - Verfahren zur Änderung der physikalischen und chemischen Oberflächeneigenschaften von Gegenständen, die mindestens äusserlich aus silikatischen Stoffen bestehen. - Google Patents

Description

  Verfahren zur Änderung der physikalischen und chemischen     Oberflächeneigenschaften     von Gegenständen, die mindestens äusserlich aus     silikatischen    Stoffen bestehen.    Es ist bekannt, dass sich die Oberfläche  von Glasgegenständen auch dann durchaus  anders verhalten kann als die Glasmasse  selbst (wie sie zum Beispiel in einer frischen  Bruchfläche vorliegt), wenn auf ihr nicht  eine Schicht anderer Zusammensetzung oder  Herkunft als der des Glases selbst durch  Bestreichen oder Überziehen mit andern  Glassubstanzen oder mit Lacken, Harzen  oder sonstigen Stoffen aufgebracht ist.

   So       wird    zum Beispiel aus einer Bruchfläche  durch Einwirkung von Wasser schon in kur  zer Zeit das Alkali des Glases entfernt, und  es entsteht eine, wenn auch noch so dünne,       alkaliarme,        hydrolysierte    Oberflächenschicht,  die den weiteren Wasserangriff hemmt. Man  hat schon vorgeschlagen, diese hemmende  Wirkung zu verstärken durch längeres Aus  kochen der Glasgegenstände mit Wasser oder  durch Behandlung mit Säurelösungen, mit  heisser Säure, z. B. Schwefelsäure, oder mit  Säuredämpfen.

   Es hat sich aber gezeigt, dass  auf diese Weise keine dauerhaften Schutz-    schichten erzielt werden, abgesehen davon,  dass Säurelösungen viele Gläser stark angrei  fen,     Politurkratzer    freilegen und sonstige       Oberflächenrauhigkeiten    und Unebenheiten  verursachen. Offenbar bleibt die     erzeugte          hydrolysierte,    das heisst     gelartige,        kiesel-          säurereichere    Oberflächenschicht wasser  durchlässig, sie ist mechanisch leichter ver  letzbar, verändert sich mit der Zeit und wird  insbesondere durch Erhitzen auf über 100    rissig und porös, so dass ein weiterer Angriff  erfolgen kann.  



  Es ist ferner bekannt, dass sich eine  dauerhaftere Vergütung von Glasoberflächen  durch Einwirkung saurer Gase etwa bei der       Erweichungstemperatur    des Glases erzielen  lässt, offenbar weil hierbei ein Verschmelzen  der oberflächlichen,     kieselsäurereicheren        Gel-          schiebt    stattfindet. Jedoch sind die Anwen  dungsmöglichkeiten dieses Verfahrens be  schränkt, weil durch die erforderliche Erhit  zung bis in die Nähe der     Erweichungstem-          peratur    Verformungen und sonstige Verän-           derungen    der Glasoberfläche und des Glases  bewirkt werden, die ihre Verwendung zum  Beispiel zu optischen Linsen oder Prismen  mindestens erschweren.

   Auch bleibt das Ver  fahren dadurch unsicher, dass in der Nähe  der     Erweiehungstemperatur    das Alkali des  Glases     wanderungsfähig    ist, in die     Obe:r-          flächenschieht    eindringt und so die Ver  gütung mehr oder weniger     rücl@gängig     macht.  



  Der Erfindung gemäss kann man jedoch  auch bei einer wesentlich niedrigeren Tem  peratur als der der Erweichung (in der Regel  bei Temperaturen unterhalb von 400  ) eine       wirksame    und dauerhafte Vergütung der  Oberflächen von Gegenständen, die minde  stens äusserlich aus Glas oder andern     sili-          katischen,    also     keramisehen        Stoffen,    be  stehen und eine sonstige weitgehende Ver  änderung ihrer physikalischen und chemi  schen Eigenschaften erzielen, wenn folgende  drei Massnahmen getroffen     -%verden:

      es wird  die Oberfläche des zu behandelnden Gegen  standes mit einer Schicht versehen, die zu  wenigstens     90%    aus Kieselgel (also aus     Sili-          ziumdioxydhydrat)    besteht; es werden in  diese Schicht     wasserfeindliehe    Gruppen ent  haltende Stoffe eingebaut, und sie wird so  behandelt, dass sich durch innere Umlagerun  gen ihr Gefüge schliesst und verfestigt.

   Das  neue Verfahren kann im besonderen in der  Weise ausgeführt werden, dass der     zii    behan  delnde Gegenstand mit Säuren und mit was  serfeindliche Gruppen enthaltenden     Stoffen     bei einer unter der     Erweiehungstemperatur     des Gegenstandes liegenden Temperatur zur  Reaktion gebracht wird.  



  Das Versehen der zu behandelnden Ober  fläche mit der genannten Schicht kann ent  weder dadurch geschehen,     dass    man die Ober  fläche des Gegenstandes auslaugt oder dass  man auf sie eine     gelartige    Schicht     aufträgt,     z. B. indem man Wasserglas aufbringt und  dieses dann mit Säure behandelt. Ein Aus  laugen der Oberfläche setzt nicht voraus, dass  der Gegenstand aus leichter und aus schwe  rer löslichen Bestandteilen zusammengesetzt  ist; so kann durch längeres Wässern, z. B.    auch auf Quarz, eine ähnlich beschaffene  Schicht entstehen, die sieh durch ihre Ad  sorptionswirkung, z. B. auf gewisse Färb  stoffe     nachweisen    lässt.

   Es versteht sich, dass  nicht der gesamte zu behandelnde Körper  einheitlich aus dem Stoff     zii    bestehen  braucht, der in der oben angegebenen Weise  behandelt wird; so kann es sich zum Beispiel  um einen Körper aus     nichtsilikatischem     Stoff handeln, der mit einem     silikatischen     Stoff     überzogen    ist.  



       Unter        wasserfeindlielie    Gruppen enthal  tenden Stoffen sollen solche verstanden wer  den, die mit Wasser nicht oder nur zu einem  geringen Teil, in Lösung gehen, wie z. B.  Fette, Öle und andere     wasserfeindliehe        Koh-          lenwasserstoffe,    Fettsäuren usw.  



  Die obengenannten drei Massnahmen kön  nen gleichzeitig oder auch nacheinander zur  Wirkung kommen. So kann man die Erzeu  gung einer im wesentlichen aus Kieselgel be  stehenden Schicht gleichzeitig     finit    der Be  handlung durch wasserfeindliche Gruppen  enthaltende Stoffe vornehmen; man kann       aber    auch zunächst die genannte Schicht. er  zeugen, dann erst wasserfeindliche Stoffe  enthaltende Gruppen einwirken lassen und       schliesslich    die Verfestigung bewirken.  



  Einer auslaugenden Behandlung von  Glasgegenständen durch Wasser ist im all  gemeinen die durch Säuren (ausser     Fluss-          siiiii-e)    vorzuziehen, da auf diese Weise auch  die zweiwertigen Oxyde herausgelöst werden  und ein lockereres, für die wasserfeindlichen  Stoffe aufnahmefähigeres Gefüge der     Ober-          flächenschicht    entsteht. .Durch eine gemil  derte oder zeitlich verzögerte     Auslaugung     gelingt die Bildung einer geeigneten     Ober-          fläehenschiclit    selbst dann, wenn die zu be  handelnden Gegenstände nur geringe Anteile  an Kieselsäure enthalten.  



  Als sehr gut geeignete wasserfeindliche  Stoffe Haben sich erwiesen     Paraffine,    Stearin  säure, Ölsäure und andere wasserfeindliche  Stoffe     finit    einem höheren Siedepunkt. Er  hitzt man polierte oder auch     unvorbehandelte     Glasgegenstände in diesen Stoffen bei Gegen  wart von Säuren, so erweisen sie sich, auch      nach dem Abputzen, längerem Auskochen  mit Fettlösungsmitteln oder Behandlung mit  sonstigen, die Stoffe sonst lösenden Mitteln  als von Wasser schwer oder gar nicht     benetz-          bar,    was bei blossem Bestreichen mit solchen  Stoffen und darauffolgendem Reinigen nicht  der Fall ist.

   Es bildet sich nämlich unter  der Einwirkung von Säuren, ähnlich wie bei  Einwirkung wässriger Säurelösungen, zu  nächst an der Oberfläche eine     kieselsäure-          reiche        Gelschicht,    die von dem wasserfeind  lichen Stoff durchtränkt wird und sich bei  der Behandlungstemperatur dann umlagert,  verfestigt und so das     Unlöslichmachen    der  wasserfeindlichen Stoffe bewirkt.  



  Mittel, um das Gefüge     gelartiger    Schich  ten durch innere Umlagerungen so zu ändern,  dass sich ihr Gefüge schliesst und verfestigt,  sind bekannt. Das einfachste Mittel ist das  Erhitzen. Aber auch andere Vorgänge irgend  welcher Art, z. B. elektrische, die eine innere  Umlagerung des Gels und seine Verfestigun  gen bewirken, sind im Zusammenhang mit  dem neuen Verfahren     verwendbar.     



  Die     einfachste    Art der Ausführung des  neuen Verfahrens besteht darin, den zu be  handelnden Gegenstand in ein Säure und  wasserfeindliche Gruppen enthaltendes Bad  von geeigneter, aber unterhalb der beginnen  den Erweichung der Gegenstände liegender  Temperatur zu tauchen. Da die chemische       Angreifbarkeit    der zu behandelnden Gegen  stände je nach ihrer Zusammensetzung sehr  verschieden ist und auch die dabei gebildete  Oberflächenschicht infolge des verschiedenen  Gehaltes an     gelbildenden    Anteilen mehr  oder weniger leicht zur Umlagerung und  Verfestigung neigt, ist die zweckmässigste       Badzusammensetzung,    Höhe der Behand  lungstemperatur und Dauer der Einwirkung  bei den verschiedenen Gegenständen verschie  den.

   Im allgemeinen sind um -so stärkere       Auslaugwirkungen    und um so höhere Tem  peraturen erforderlich, je höher der Gehalt  des Glases an Kieselsäure oder andern     gel-          bildenden    Stoffen ist. Gute Erfolge lassen  sich bei den meisten Gläsern zum Beispiel  mit Paraffinen, die     Olsäure,        Stearinsäure       oder andere Säuren enthalten und einer Tem  peratur über 100   erzielen; unter Umständen  genügt eine halbstündige Einwirkung bei  etwa 200'.

   Eine Behandlung mit völlig  säurefreien wasserfeindlichen Stoffen, wie  zum Beispiel mit besonders gereinigtem Pa  raffin, erwies sich jedoch als     unwirksam.    Bei  vielen der wasserfeindliche Gruppen enthal  tenden Stoffe ist jedoch ein besonderer  Säurezusatz nicht erforderlich, weil sie von  vornherein Säuren sind oder sich eine solche  in     ihnen    bei der     Behandlungstemperatur     bildet.  



  Man kann aber auch die Erzeugung einer  Kieselschicht vor der Behandlung mit den  die wasserfeindlichen Gruppen     enthaltenden     Stoffen geschehen lassen, und zwar durch  Einwirkung von Wasser oder wasserhaltigen  Säuren, z. B. von     wässrigen    Säurelösungen.  Hierdurch gelingt es     leichter,    verhältnis  mässig dicke Schichten zu erzielen. Die Ein  wirkung wässriger Säurelösungen auf polierte ,  Glasgegenstände oder die gleichzeitige Ge  genwart von Wasser und wasserlöslichen  Säuren im Bad führt jedoch meist zur     Sicht-          barmachung    von Polierkratzern.

   Es erlaubt  aber im allgemeinen ein geringer Wasser-     s          gehalt    des Bades, die Ausbildung der ge  wünschten     Oberflächenschicht    zu beschleu  nigen; die Vermeidung der Anwesenheit von  Mineralsäuren erlaubt dabei, eine Kratzer  ausbildung zu verhindern.     f     Ist der Einbau der wasserfeindlichen  Stoffe in die Oberflächenschicht bei niedri  ger Temperatur erfolgt oder die Behandlung  im Bade nur von kurzer, zur Verfestigung  des Gefüges der erzielten Oberflächenschicht     f     nicht ausreichender Dauer gewesen, so lässt  sich die Verfestigung auch durch nachträg  liches Erhitzen an der Luft auf höhere Tem  peraturen beschleunigen und vervollständi  gen.

   In der Regel wird es zweckmässig sein, ,  die Einwirkung der wasserfeindlichen Stoffe  oberhalb einer Temperatur von     100     gesche  hen zu lassen oder den Gegenstand nachträg  lich auf über 100   zu erhitzen.  



  Es hat sich ferner gezeigt, dass sich auch     i     noch sonstige Stoffe, die an der im wesent-      liehen aus Kieselgel bestehenden Oberflä  chenschicht     adsorbierbar    sind, wie zum Bei  spiel organische Farbstoffe dauerhaft in die  Oberfläche einbauen lassen. wenn sie wäh  rend oder nach der Erzeugung dieser Schicht,  aber vor der Verfestigung zur Einwirkung  gebracht werden. Man kann diese Einbau  möglichkeit zum Beispiel auch ausnutzen zur  Erzeugung besonderer katalytischer Wirkun  gen von Glasoberflächen sowie zur Erzeu  gung von Fluoreszenz und überhaupt zur       Erzeugung    von Oberflächeneigenschaften,  die dem zu behandelnden Stoff sonst nicht;  eigentümlich sind.  



  Die nach dem beschriebenen Verfahren  behandelten Gegenstände zeigen ausser ihrer  geringen     Benetzbarkeit    durch Wasser, die  zum Beispiel für die     Inaktivierung    und Im  munisierung von Gefässen oder die Beein  flussung von Kondensationen auf Flächen  praktische Verwendung finden kann, eine  meist ausserordentlich grosse, auf mehr als  das Doppelte erhöhte Widerstandsfähigkeit  gegen den Angriff von     dampfförmigem    oder  flüssigem     Wasser,    Säuren und schwachen  Laugen. Dies ist insbesondere wertvoll für  kieselsäurearme,     sogenannte    fleckenempfind  liche Gläser, wie sie als optische Gläser  wegen ihrer besonderen Eigenschaften häu  fig benutzt werden.

   Durch das neue Verfah  ren können nunmehr auch noch kieselsäure  ärmere Gläser als die zur Zeit etwa, bis 30       SiO@    hinabreichenden der praktischen     Ver-          wendun-    zugeführt werden. Gerade diese  fleckenempfindlichen Gläser lassen deutlich  den Unterschied erkennen zwischen der Wir  kung der nach dem beschriebenen Verfahren  eingebauten wasserfeindlichen Stoffe und  dem blossen Bestreichen mit ihnen.

   Letzteres       i    verhindert trotz der dadurch anscheinend be  wirkten U     nbenetzbarkeit    der Oberfläche nicht  die Einwirkung von Wasser und Säurelösun  gen auf das Glas. sondern nur eine Hem  mung, während die nach dem neuen Verfah  ren     behandelten    Gläser dabei auch auf die  Dauer praktisch     unverändert    bleiben.  



  Heisse konzentrierte Laugen und     Fluss-          säure    greifen jedoch auch die behandelten    Gläser merklich an. so dass also die     Glassub-          stanz    durch die     Schutzbehandlung    nicht. völ  lig unzugänglich geworden sein kann. Hier  durch erklärt es sich wohl. dass nach dem  Verfahren behandelte dünne Glasschichten,  wie sie zum Beispiel bei Glaselektroden vor  liegen, den elektrischen Strom trotz ihrer ge  ringen     Wasserbenetzbarkeit    gut hindurch  lassen.

   Das vorliegende Verfahren gestattet  es     aber    anderseits, für diese Zwecke     alkali-          reiche    (sogar mit mehr als     -20    %     Alkaligehalt)     und daher elektrisch gut leitende Gläser zu  verwenden, die ohne Schutzschicht von den  zu prüfenden Lösungen sehr stark angegrif  fen werden würden.  



  Die zur Erzielung guter     Schutzwirkungen     nötigen Schichtdicken sind im allgemeinen,  sehr gering und meist kaum messbar. Es ge  nügen schon Dicken von einem     mu.    Erzeugt       rnan    jedoch grössere Dicken, so wird das Re  flexionsvermögen beeinflusst, dessen Stärke  zunächst. durch das Brechungsvermögen des  zu behandelnden Gegenstandes bestimmt ist.

    Die durch das neue Verfahren     erzeugten          kieselsäurereicheren    und daher niedriger bre  chenden Oberflächenschichten setzen bei       merklicher    Dicke durch     Interferenzwirkun-          gen    das Reflexionsvermögen herab, und es  gelingt bei     Schichtdicken    von etwa 100     my,     (las Reflexionsvermögen ohne sonstige nach  teilige     Wirkixngen    stark zu verringern.

Claims (1)

1. PATENTANSPR ü CHE I. Verfahren zur Änderung der physika- lisehen und chemischen Oberflächeneigen schaften von Gegenständen, die mindestens äusserlich aus silikatischen Stoffen bestehen.

   dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des zu behandelnden Gegenstandes mit einer Schicht. versehen wird, die zu wenigstens 9l1 <B>%</B> aus Kieselgel besteht, dass in sie was serfeindliche Gruppen enthaltende Stoffe eingebaut werden, und dass sie so behandelt wird, da.ss sich durch innere Umlagerungen ihr Gefüge schliesst und verfestigt.

   1I. Gegenstand aus silikatischen Stoffen, hergestellt nach dem Verfahren gemäss Pa tentanspruch I, gekennzeichnet durch eine in solcher Weise andersartige Oberflächen schicht, dass diese selbst nach dem Aus kochen mit fettlösenden Flüssigkeiten von Wasser schwer oder gar nicht benetzt wird, und die Widerstandsfähigkeit des Gegen standes gegen Wasser, Säuren und schwache Laugen mindestens zweimal grösser ist als die derselben Gegenstände mit unveränder ten Oberflächen. UNTERANSPRüCHE: 1.

   Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass der zu behan delnde Gegenstand mit Säuren und mit was serfeindliche Gruppen enthaltenden Stoffen bei einer unter der Erweichungstemperatur des Gegenstandes liegenden Temperatur zur Reaktion gebracht wird. 2. Verfahren nach Patentanspruch I und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildung der genannten Schicht und der Einbau wasserfeindlicher Stoffe durch Eintauchen der zu behandelnden Flächen in Paraffine von einer über<B>100'</B> liegenden Temperatur bewirkt wird, die eine Säure enthalten.

   ä. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass die Erzeugung der genannten Schicht vor der Behandlung mit den die wasserfeindlichen Gruppen ent- haltenden Stoffen, und zwar durch Einwir kung von wasserhaltigen Säuren, geschieht. 4. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass die Einwirkung von wasserfeindliche Gruppen enthaltenden Stoffen bei Temperaturen über<B>100'</B> geschieht. 5. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, .dass der behandelte Gegenstand nachträglich auf über 100 er hitzt wird. 6. Verfahren nach Patentanspruch I, da- .

   durch gekennzeichnet, dass die Erzeugung der genannten Schicht und die Einwirkung durch wasserfeindliche Gruppen enthaltende Stoffe so weit getrieben wird, dass die ver änderte Oberflächenschicht eine Dicke von, etwa 100 m,a erhält. 7. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass während oder nach der Erzeugung der genannten Schicht, aber vor deren Verfestigung, noch sonstige Stoffe zur Einwirkung gebracht werden, die an ihr adsorbierbar sind. B.

   Für optische Zwecke bestimmter Glas gegenstand gemäss Patentanspruch II, ge kennzeichnet durch eine in solcher Weise; andersartige Oberflächenschicht von einer Dicke von etwa 100 mu, dass er eine vermin derte Oberflächenreflexion aufweist.