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1、讲座化学蒙砂玻璃(一)王承遇陶瑛(大连轻工业学院玻璃及无机新材料研究所116001)化学蒙砂玻璃实质上是一种毛面酸蚀玻璃,与化学蚀刻、化学抛光的原理相似,都是利用酸对玻璃表面的化学腐蚀作用。区别之处在于化学抛光是不使酸与玻璃化学腐蚀后产生的某些不溶反应物粘附于玻璃表面,设法溶解并冲洗掉,化学抛光过程始终是整个表面均匀侵蚀的过程,从而获得透明光滑的表面;而化学蒙砂未清除化学反应的难溶物,粘附于玻璃表面,随着反应时间的延续,反应物堆积成颗粒状晶体牢固附着于表面,有反应物粘附的表面阻碍了酸蚀的进一步反应,即成为非均匀侵蚀,得到的是半透明的毛面,该毛面对入射光产生散射,呈半透明状态而有朦胧
2、的感觉,故称为蒙砂。人们既可使玻璃制品整体外表蒙砂,也可使玻璃制品局部蒙砂,形成花纹图案,花纹图案的蒙砂过程通常称为毛面蚀刻。蒙砂一般用于器皿玻璃和化妆品瓶的装饰。国外有些酒类如葡萄酒、白兰地、清酒等也采用了蒙砂瓶盛装,近年来国内一些白酒大量采用蒙砂瓶盛装,化学蒙砂法由小批量应用而转为大规模生产,因此对化学蒙砂的机理、影响工艺因素及其污染问题,有必要进行深入的探讨。1化学蒙砂的特征蒙砂与喷砂(sand-blasting)均在玻璃表面上形成凹凸不平的毛面,但两者之间也是有区别的。喷砂是指向玻璃表面喷射细石英砂或金刚砂以形成毛面的过程,属于表面的机械冷加工;而蒙砂则属于化学侵蚀过程,生
3、成的难溶反应物成为小颗粒晶体牢固地附着在玻璃表面上,颗粒下与颗粒间隙的玻璃表面和酸液的接触程度不同,侵蚀程度也就不同,而使表面凹凸不平,属于表面化学处理。化学蒙砂可通过控制附着于玻璃表面的晶体大小及数量,获得粗糙的毛面或细腻的毛面。用来表示玻璃蒙砂程度的大小,有以下方式:⑴散射率玻璃表面的散射率愈高,玻璃的蒙砂程度愈高。但到目前为止,还未见到专门用于测定蒙砂玻璃散射率的仪器,所以只用于定性说明,而缺乏定量的指标。⑵总透过率玻璃对入射光除了产生散射、反射和吸收外,其余即是透射,而无色玻璃对可见光的吸收率比较小,且同品种、同成分的无色透明玻璃,厚度也相同,蒙砂前在可见光下的总透过率几乎
4、不变,因此可以用总透过率近似表示玻璃散射率的大小,也即总透过率愈低,玻璃的蒙砂程度愈大。总透过率可用下式表示:φ2T=×100%(1)φ1玻璃与搪瓷27卷1期·55·式中φ1—投射到玻璃上的光通量φ2—透射出玻璃的光通量通常可采用标准光源和固定的光接收器测定出光在玻璃试样前后的光通量,代入公式⑴即可得总透过率T。国产仪器BTC型玻璃透光度计,能方便地测出总透过率T。用色度计或色差计也可直接得出总透过率。采用分光光度计测定出380～780nm范围的透过率曲线,则可通过下列计算,得出总透过率:-ΣEλYλτλT=-(2)ΣEλYλ式中Eλ—各波长的能量值-Yλ—三色光谱的标准系数τλ—
5、各波长的透过率(注:Eλ、Yλ可查阅有关色度学、颜色玻璃、有色光学玻璃等书籍以获得相应数据)轻度蒙砂玻璃总透过率20%～30%中度蒙砂玻璃总透过率10%～20%重度蒙砂玻璃总透过率10%以下⑶表面形貌主要指酸蚀后玻璃表面侵蚀产物的尺寸大小与分布,不仅影响到总透过率,也影响到外表面细腻程度。如附着表面的侵蚀产物颗粒分布得稀疏,则总透过率较高,如侵蚀产物颗粒分布致密,则总透过率低。图1a为蒙砂玻璃的表面放大80倍的偏光显微镜照片,酸蚀反应物颗粒比较粗大,且尺寸不均匀,外表就比较粗糙。图1b为另一种蒙砂玻璃表面放大80倍的照片,酸蚀反应物颗粒细小,尺寸比较均匀,外表观察就比较细腻。而喷砂
6、玻璃表面粗糙度很大,人的手触摸都可以感觉到。(a)(b)图1蒙砂玻璃表面照片(×80)通过控制反应物的尺寸和数量就可调节玻璃的透明度,使可见光的透过率可在较大范围内变化,图2中曲线1为未蒙砂的玻璃原片,2、3、4为不同程度蒙砂玻璃的透过率曲线,曲线5为市场中出售的喷砂玻璃透过率曲线。喷砂玻璃表面很粗糙,散射程度很大,导致透过率显著降低。为了使玻璃表面蒙砂,通常采用下列方法:⑴浸入法将玻璃制品在蒙砂液中浸入一定时间⑵喷吹法将蒙砂液喷吹到玻璃表面·56·玻璃与搪瓷27卷1期⑶涂布法将蒙砂膏涂布在玻璃制品表面蒙砂所用化学侵蚀材料有:⑴蒙砂液由氢氟酸及添加剂配制而成的液体。⑵蒙砂粉由氟化物
7、及其添加剂配制成的粉状物,使用时加入硫酸或盐酸,产生氢氟酸,实质上应属于蒙砂液范畴。⑶蒙砂膏由氟化物加酸调制成膏状物或氢氟酸和添加剂调制而成的膏状物。按化学侵蚀材料的组成分为:⑴氟化物蒙砂现有蒙砂液、蒙砂粉、蒙砂膏均为氟化物。⑵无氟蒙砂正在研制中,尚未应用于大批量生产。近年来发达国家对于氟化物的危害性有了深入的认识。国内一般化学手册上认为氟化氢腐蚀眼、口腔、牙,渗入粘膜细胞中,引起发炎,疼痛,还可引起骨骼的变化,成为多孔质和关节硬化,对于图2蒙砂玻璃透过率曲线生产中氟
