Estabilização da cor vermelha no vidro industrial

Abstract

A obtenção de cor vermelha no vidro é um dos mais antigos e complexos desafios da indústria vidreira, devido ao conjunto de variáveis que influenciam a química dos cromóforos responsáveis pela cor no vidro e cujo impacto depende do restrito controlo das condições de produção. Este trabalho, baseado num estágio, em parceria com a fábrica Atlantis, VAA, pretendeu ser uma aproximação laboratorial ao desafio industrial que é a estabilização da cor do vidro vermelho, utilizando como pigmento o sulfosseleneto de cádmio. Dele resultou uma melhor compreensão das variáveis associadas aos mecanismos de produção da cor vermelha no vidro, e um conjunto de sugestões a por em prática na fábrica. Começou-se pela identificação e quantificação da dispersão de cores, produzidas na fábrica utilizando o sistema CIE-Lab, e fez-se a caracterização química, estrutural e térmica do vidro vermelho, recorrendo a técnicas como fluorescência de raios-X microscopia eletrónica de transmissão, e análises térmicas diferencial, termogravimétrica e dilatométrica. Partindo da composição utilizada na indústria, procedeu-se também à fusão laboratorial de várias cargas, estudando o efeito de variáveis como a temperatura de fusão, o tempo de fusão, o tempo de recozimento e o teor de ZnO, tendo também sido testada a velocidade de arrefecimento. Concluiu-se que os fatores que mais influenciam a cor são a temperatura de fusão, a percentagem de ZnO na carga e a velocidade de arrefecimento. Para as condições experimentais no laboratório, a melhor estabilização da cor vermelha foi conseguida para a temperatura de fusão de 1300 ºC, percentagens de ZnO de 5,5-8% molar. Também ficou provado que velocidades de arrefecimento diferentes resultam em cores diferentes. Na readaptação ao ambiente fabril, a quantidade ótima de ZnO considerada foi de 10% (molar) e foram aplicadas medidas a nível produtivo, como o aquecimento uniforme dos moldes e a limpeza preventiva dos potes. Como resultado, foi possível reduzir a taxa de refugo de vidro vermelho na fábrica de 60 para 10%.

Obtaining of red color in glasses is one of the oldest and more complexes challenges of the glass industry, due to the amount of variables that influence the chemistry of chromospheres, whose impact depends on the strict control of the production conditions. This work, based on an internship in the Atlantis, VAA factory, intended to be an approximation in the laboratory to the industrial challenge, of stabilizing the red color in glass, using cadmium sulphoselenide as the pigment. This work resulted in a better understanding of the variables associated to the mechanisms of red glass production and a set of suggestions to apply inside the factory. The first step was the identification and quantification of the color dispersion in the fabricates products , using the CIE-Lab system, and then the glass was submitted to a chemical, structural and thermal characterization, using several technics such as X-ray fluorescence transmission electron microscopy, and thermal analysis (differential, gravimetric and dilatometer). Based on the industrial batch composition, several melts were made in the laboratory, in order to study the effect on color of different variables such as the melting temperature, the melting time, the annealing time and the ZnO content as well as the cooling rate. It was concluded that the most important factors for the color were the melting temperature, the percentage of ZnO and the cooling rate. For experimental conditions in the laboratory, the best red color stabilization was achieved for a melting temperature of 1300 ºC and percentages of ZnO between 5,5 and 8 mol%. It was also proved that different cooling rates result in different colors. When adapting to the industrial environment, the optimal ZnO content was considered 10% (molar) and several productive measures were applied within the factory, such as a uniform heating of the molds and the preventive cleaning of the furnaces. As a consequence of these initiatives the productive refusal rate of red glass dropped from 60 to 10%.