DE3038985A1 - Acid-polishing glass at low temps. - with compsn. contg. sulphuric acid, hydrogen fluoride and added perfluorinated surfactant - Google Patents
Acid-polishing glass at low temps. - with compsn. contg. sulphuric acid, hydrogen fluoride and added perfluorinated surfactantInfo
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Abstract
Description
Verfahren zum Säurepolieren von GlasProcess for acid polishing glass
Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zum Säurepolieren von Glasgegenständen, insbesondere von geschliffenen Glasgegenständen, wobei dem Säuregemisch auf Basis von Fluß säure /Schwefelsäure in geringer Konzentration ein flußsäurebeständiges, wasser- bzw. säurelösliches perfluoriertes Netzmittel zugesetzt wird und wobei bei relativ niedrigen Temperaturen poliert wird.The present invention relates to an improved method for Acid polishing of glass objects, especially cut glass objects, wherein the acid mixture based on hydrofluoric acid / sulfuric acid in low concentration a hydrofluoric acid-resistant, water- or acid-soluble perfluorinated wetting agent is added and polishing is carried out at relatively low temperatures.
Das Polieren von Glasteilen, insbesondere Bleikristallglas, geschieht in der Technik mit erwärmten, wäßrigen Lösungen von Flußsäure und Schwefelsäure in weitmaschigen, säurebeständigen Körben aus Kunststoff oder Kupfer.The polishing of glass parts, especially lead crystal glass, is done in technology with heated, aqueous solutions of hydrofluoric acid and sulfuric acid in wide-meshed, acid-resistant baskets made of plastic or copper.
Dabei werden die durch das Schleifen undurchsichtig gewordenen Glasflächen dadurch wieder transparent gemacht, und auf Hochglanz gebracht, daß die siliciumdioxidhaltige Gassubstanz oberflächlich angegriffen und die Silicium-Komponente in flüchtiges bzw. lösliches SiF4 bzw. H2SiF6 überführt wird.The glass surfaces that have become opaque as a result of the grinding become thereby thereby made transparent again, and brought to a high gloss, that the silicon dioxide-containing Gas substance attacked on the surface and the silicon component in volatile or soluble SiF4 or H2SiF6 is transferred.
Der Säurepoliervorgang ist dabei von einer Reihe von Parametern abhängig, z.B. der Badzusammensetzung, der Tauchzeit, der Artvdes Tauchens und der Temperatur, wobei diese Faktoren auf die einzelnen Glassorten, z.B. Preßglas, Schliffglas, farbige Gläser und andere abgestellt sein müssen.The acid polishing process depends on a number of parameters, e.g. the bath composition, the diving time, the type of diving and the temperature, these factors affect the individual types of glass, e.g. pressed glass, ground glass, colored Glasses and others must be put down.
Der Tauchvorgang wird im allgemeinen mehrmals wiederholt, wobei die Glasteile in einem nachfolgenden Wasser-oder Schwefelsäurebad von anhaftenden Feststoffen, z.B.The dipping process is generally repeated several times, with the Glass parts in a subsequent water or sulfuric acid bath to remove adhering solids, e.g.
Calcium- und Bleisulfate bzw. -fluoride befreit werden; schließlich wird in einem Wasserbad abschließend gespült (vgl. L. Springer, Sprechsaal fürKerami-Glas-Email, 87 (1954) S. 244).Calcium and lead sulfates or fluorides are freed; in the end is finally rinsed in a water bath (see L. Springer, lecture hall for ceramic glass enamel, 87 (1954) p. 244).
Die Zusammensetzung des Säurepolierbades liegt bei den bekannten Verfahren bei ca. 40 - 70 % H2SO4, und bei ca. 2 - 15 % Flußsäure, der Rest ist Wasser.The composition of the acid polishing bath is based on the known methods at approx. 40 - 70% H2SO4, and at approx. 2 - 15% hydrofluoric acid, the rest is water.
Die Temperatur liegt bei 40 - 700C. Bei bleifreien Gläsern werden auch höhere Flußsäurekonzentrationen eingesetzt.The temperature is 40 - 700C. With lead-free glasses higher hydrofluoric acid concentrations are also used.
Das beschriebene Verfahren besitzt in der Praxis einige Nachteile. Einmal tritt beim Erwärmen des Polierbades auf 40 - 700C eine starke Verflüchtigung'des'Fluorwasserstoffs ein; abgesehen vom Verlust des eigentlichen Ätzmittels muß der flußsäurehaltige Dampf aus physiologischen Gründen ohne Belästigung der Umwelt restlos beseitigt werden, z.B. durch Absauganlagen, Absorption in Wasser oder Alkalilösungen und Neutralisation mit Kalk.The method described has some disadvantages in practice. On one occasion, when the polishing bath is heated to 40-700C, there is strong volatilization of the hydrogen fluoride a; Apart from the loss of the actual etchant, the one containing the hydrofluoric acid For physiological reasons, steam is completely eliminated without damaging the environment e.g. by extraction systems, Absorption in water or alkaline solutions and neutralization with lime.
Diesen Nachteil des Verfahrens versucht man z.B., gemäß DE-OS 23 43 256 durch Rückführung über eine Säuregewinnungsanlage zu beseitigen.This disadvantage of the process is attempted, for example, according to DE-OS 23 43 256 to be eliminated by recycling through an acid recovery plant.
Ein weiterer Nachteil sind die teilweise sehr langen Atzzeiten, die bis zu 1 Stunde betragen. Eine weitere Heraufsetzung der Ätztemperatur und damit eine schnellere Einwirkung ist jedoch wegen der erhöhten HF-Verluste nicht ratsam; auch die Erhöhung der HF-Konzentration im Bad - die zur Verkürzung der Tauchzeiten führen könnte - empfiehit sich nicht, da es hierbei zu ungleichmäßigem Absätzen der Oberfläche kommt. Die beim Poliervorgang gebildeten suspendierten Feststoffe haften oft hartnäckig auf der Glasoberfläche, insbesondere in Vertiefungen, und führen zu Fehlern am Glas.Another disadvantage is the sometimes very long etching times that up to 1 hour. Another increase in the etching temperature and thus however, faster exposure is not advisable because of the increased HF losses; also the increase in the HF concentration in the bath - which shortens the diving times could lead - is not recommended, as this leads to uneven heels comes to the surface. The suspended solids formed during the polishing process often stubbornly adhere to the glass surface, especially in depressions, and lead to defects in the glass.
Mehrmaliges Unterbrechen des;Poliervorganges durch Abspülen der Feststoffpartikel im nachfolgenden Waschbad verringert zwar diese Fehler, doch treten erhebliche Ausschleppverluste ein und das polierbar wird mit Wasser verdünnt. Es wurde daher auch schon vorgeschlagen, gemäß DE-AS 14 96 654, mit Hilfe von Ultraschall den Poliervorgang zu verbessern, was aber aufwendige Apparaturen notwendig macht, die auch in der korrosiven Umgebung leicht angegriffen werden.Repeated interruption of the polishing process by rinsing off the solid particles Although these errors are reduced in the subsequent wash bath, considerable drag-out losses occur one and the polishable is diluted with water. It has therefore already been suggested that according to DE-AS 14 96 654, to improve the polishing process with the help of ultrasound, but this makes expensive equipment necessary, also in the corrosive environment easily attacked.
Ein anderer Vorschlag gemäß DE-OS 20 11 964 sieht vor, daß das Säurepolierbad kontinuierlich während des Arbeitsprozesses gereinigt wird, z.B. die Feststoffe über säurebeständige Zentrifugen abgetrennt werden.Another proposal according to DE-OS 20 11 964 provides that the acid polishing bath is continuously cleaned during the work process, e.g. the solids be separated using acid-resistant centrifuges.
Alle diese Verfahren weisen jedoch gewisse Mängel auf, so daß sie sich in der Praxis des Säurepolierens nicht durchsetzen konnten.However, all of these methods have certain shortcomings, so that they could not prevail in the practice of acid polishing.
Ein weiterer Nachteil des üblichen Säurepolierverfahrens und oft ein Grund für Ausschußware besteht auch noch darin, daß an den Auflagestellen der Gläser im Warenkorb hartnäckig Säurereste haften bleiben, die zu Übers ät zungen und Fehlern im Finish führen können.Another disadvantage of the usual acid polishing process and often a Reason for rejects is also that at the support points of the glasses Acid residues stubbornly stick in the shopping cart, which lead to over-etching and errors can lead in the finish.
Es ist auch schon der Einsatz von Netzmitteln in ätzend wirkenden Systemen vorgeschlagen (vgl. zum Beispiel DE-AS 11 27 170, DE-AS 14 96 594) werden.There is also already the use of wetting agents in corrosive effects Systems proposed (see. For example DE-AS 11 27 170, DE-AS 14 96 594).
Doch kann mit Hilfe der bekannten Systeme nur mit relativ hohen Tensid-Konzentrationen oder nur in ganz speziellen Systemen ein befriedigendes Ergebnis erzielt werden. Auch diesen Verfahren haften daher erhebliche Nachteile an.However, the known systems can only be used with relatively high surfactant concentrations or a satisfactory result can only be achieved in very special systems. These methods therefore also have considerable disadvantages.
Neben den Zielen, eine Senkung der Arbeitstemperatur, Verkürzung der Polierzeit, Verbesserung der Glasoberfläche, Verringerung des Glasabtrags, Verminderung der Abdampfverluste sollte ein optimales Verfahren auch die Bildung von sogenannten Pusteln auf den Glasoberflächen vermeiden.In addition to the goals, lowering the working temperature, shortening the Polishing time, improvement of the glass surface, reduction of glass removal, reduction The best practice should also include the formation of so-called evaporation losses Avoid pustules on the glass surfaces.
Ein derartiges, als Bedingungen voll erfüllendes Verfahren gab es bis zum jetzigen Zeitpunkt noch nicht.There was such a fully conditional method not yet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, ein verbegsertes Verfahren für das Säurepolieren zur Verfüfung zu stellen.The object of the present invention was therefore to provide an improved Provide procedures for acid polishing.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist nun ein Verfahren zum Säurepolieren von Glas, insbesondere von geschliffenen Glasgegenständen mit Atz- bzw. Polierbädern auf Basis von säurebeständigen Netzmitteln, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Polieren bzw. Atmen der Glasgegenstände bei Temperaturen zwischen 20 und 350C mit Atz- bzw. Polierlösungen mit einem H2SO4-Gehalt von 71 - 80 * und einem HF-Gehalt von 2 - 6 % sowie einem Zusatz von 50.- 500 mg/l eines perfluorierten Tensids durchgeführt wird.The present invention now relates to a method for acid polishing of glass, in particular of ground glass objects with etching or polishing baths based on acid-resistant wetting agents, which is characterized in that the polishing or breathing of the glass objects at temperatures between 20 and 350C with etching or polishing solutions with an H2SO4 content of 71 - 80 * and an HF content of 2 - 6% and an addition of 50 - 500 mg / l of a perfluorinated surfactant will.
Überraschenderweise hat es sich gezeigt, daß bei Einhaltung der erfindungsgemäßen Bedingungen die oben genannten Ziele beim Säurepolieren erreicht werden können. Insbesondere ist es.überraschend, daß durch die Temperatursenkung und die Erhöhung des H2SO4-Gehaltes in Kombination mit dem perfluorierten Tensid-Zusatz fehlerfreie Glasoberflächen erhalten werden können.Surprisingly, it has been shown that when the inventive Conditions the above goals can be achieved with acid polishing. In particular, it is surprising that the temperature decrease and the increase of the H2SO4 content in combination with the perfluorinated surfactant additive Glass surfaces can be obtained.
Als Ätz- und Polierlösungen werden HF/H2SO4-Lösungen eingesetzt deren Konzentrationen etwa wie folgt sind; H2S04 : 71 % - 80 %; bevorzugt 42 % - 75 % HF 2 % 96 - 6 %; bevorzugt 2,5 % - 4 % Rest Wasser.HF / H2SO4 solutions are used as etching and polishing solutions Concentrations are approximately as follows; H2S04: 71% - 80%; preferred 42% - 75% HF 2% 96-6%; preferably 2.5% - 4% remainder water.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird bei Temperaturen der Polierbäder von 200C bis 350C bevorzugt von 240C bis 260C durchgeführt.The method according to the invention is carried out at the temperatures of the polishing baths from 200C to 350C, preferably from 240C to 260C.
Die Fluortenside werden erfindungsgemäß in einer Konzentration von 50 - 500 mg/l Badflüssigkeit, bevorzugt 100 - 300 mg/l zugesetzt.The fluorosurfactants are according to the invention in a concentration of 50 - 500 mg / l bath liquid, preferably 100 - 300 mg / l added.
Dabei kann die Oberflächenspannung des Säurepolierbades bis auf Werte von etwa 20 mN/m herabgesetzt werden.The surface tension of the acid polishing bath can go up to values can be reduced by about 20 mN / m.
Derartige Fluortenside sind an sich bekannt und sind im Handel erhältlich. Chemisch sind sie dadurch charakterisiert, daß sie einen perfluorierten, linearen oder verzweigten Kohlenstoffrest RF mit 6 -20 C-Atomen, bevorzugt 8 - 12 C-Atomen enthalten und ferner einen entsprechenden funktionellen Rest, derbestimmt, ob es sich um ein anionenaktives, kationenaktives oder nichtionogenes Netzmittel handelt, und der die Löslichkeit, z.B. in Wasser und Säuren beeinflußt (vgl. O. Scherer, Fortschr. Chem. Forsch., Bd. 14/2 S. 212 (1970) und 0. Lichtenberger, Chim.Such fluorosurfactants are known per se and are commercially available. Chemically, they are characterized by the fact that they are perfluorinated, linear or branched carbon radical RF with 6-20 carbon atoms, preferably 8-12 carbon atoms and also a corresponding functional residue that determines whether it is an anion-active, cation-active or non-ionic wetting agent, and which influences the solubility, e.g. in water and acids (see O. Scherer, Progress Chem. Forsch., Vol. 14/2 p. 212 (1970) and 0. Lichtenberger, Chim.
et Ind. 104 (1971) 7, 815 - 825, sowie H. Woodfine, Chimie et Industrie, 101 (1969), S. 895). Beispiele sind Perfluoralkansulfonsäuren und -carbonsäuren, z.B. C8F17SO3H oder 7CF15COOH, und ihre Salze und anderen Derivaten wie Alkohole, Amide, Phosphorsäurederivate, Polyätherverbindungen und andere, weitere Beispiele sind die Telomerisationsprodukte von Tetrafluorethylen und Perfluorpropylen, wobei es sich meist um Gemische homologer Verbindungen handelt, z..B. C6 - C8-Derivate.et Ind. 104 (1971) 7, 815 - 825, and H. Woodfine, Chimie et Industrie, 101 (1969), p. 895). Examples are perfluoroalkanesulfonic acids and -carboxylic acids, e.g. C8F17SO3H or 7CF15COOH, and their salts and other derivatives such as alcohols, amides, phosphoric acid derivatives, polyether compounds and others, more Examples are the telomerization products of tetrafluoroethylene and perfluoropropylene, which are mostly mixtures of homologous compounds, z..B. C6 - C8 derivatives.
Bevorzugt zum Einsatz in Säurepolierbädern werden gut wasser- bzw. säurelösliche Fluornetzmittel, z.B.Preferred for use in acid polishing baths are well water- or acid-soluble fluorine wetting agents, e.g.
inonogene Produkte'der allgemeinen Formel (R1R2R3R4N) + RFSO3, worin R1 bis R4 gleich oder verschiedenartige Alkyl-, Alkenyl-, Cycloalkyl- oder Aralkylreste sein können, wobei R1, R2 und R3 zusammen mit dem Stickstoff einen heterocyclischen Ring bilden können, und RF ein perfluorierter, geradkettiger oder verzweigter Alkylrest von 6 - 12 C-Atomen bedeutet. Besonders bevorzugt werden wegen ihrer hohen Löslichkeit, Tetramethyl-und Tetraethylammoniumperfluoralkansulfonate.' Diese Verbindungesklasse ist durch Umsetzung von Perlfuoralkansulfonylfluoriden mit tertiären Aminen und Kieselsäureestern leicht zugänglich, vgl. DE-OS 19 29 665 und Arin. 731, 58 - 66 (1970). Eine typische Herstellungsvorschrift z.B. für Tetraethylammoniumperfluoroctansulfonat ist folgende: 750 ml Chlorbenzol, 0,5 Mol Perfluoroctansulfonylfluorid, 0,53 Mol Triethylamin und 0,175 Mol Triäthoxymethylsilan werden vermischt und 1 Stunde unter Rühren bei 1000 erhitzt, wobei Methyltrifluorsilan gasförmig entweicht. Nach Beendigung der Gasentwicklung wird das Reaktionsgemisch unter Rühren auf Raumtemperatur abgekühlt, wobei die Verbindung (C2H5)4N+C8F17S03- praktisch quantitativ auskristallisiert.Inonogenic products of the general formula (R1R2R3R4N) + RFSO3, in which R1 to R4 are identical or different alkyl, alkenyl, cycloalkyl or aralkyl radicals can be, where R1, R2 and R3 together with the nitrogen form a heterocyclic Can form a ring, and RF is a perfluorinated, straight-chain or branched alkyl radical means of 6 - 12 carbon atoms. Particularly preferred are because of their high solubility, Tetramethyl and tetraethylammonium perfluoroalkanesulfonates. ' This compound class is by reacting Perlfuoralkansulfonylfluoriden with tertiary amines and Easily accessible silicic acid esters, see DE-OS 19 29 665 and Arin. 731, 58-66 (1970). A typical manufacturing procedure e.g. for tetraethylammonium perfluorooctanesulfonate is the following: 750 ml chlorobenzene, 0.5 mol perfluorooctanesulfonyl fluoride, 0.53 mol of triethylamine and 0.175 mol of triethoxymethylsilane are mixed and 1 Heated at 1000 hours with stirring, with methyltrifluorosilane escaping in gaseous form. After the evolution of gas has ceased, the reaction mixture is brought to room temperature with stirring cooled, the compound (C2H5) 4N + C8F17S03- crystallizing out practically quantitatively.
Eine weitere, gut geeignete Gruppe von (nidhtionogenen)Fluornetzmitteln sind die leicht löslichen Alkoxylierungsprodukte von Perfluoralkansulfonamiden der allgemeinen Formel dabei bedeutet RF einen Perfluoralkylrest mit 1 - 20 C-Atomen, bei dem die Kohlenstoffkette linear, verzweigt oder cyclisch sein kann, R1 Wasserstoff, Alkyl, Hydroxylalkyl, Cycloalkyl, Alkenyl oder Aralkyl, gegebenenfalls auch substituiert, oder den Rest einen linearen oder verzweigten aliphatischen Polyätherrest, der sowohl aus einheitlichen als auch aus verschiedenen Alkylenoxideinheiten aufgebaut ist und wobei die Alkylenoxidgruppen ihrerseits alternierend, statisch oder in Blöcken verteilt sind, R3 einen linearen oder verzweigten oder cyclischen Alkylrest mit bis zu 8 C-Atomen, einen Alkenylrest, einen Aralkylrest oder den Rest Die.Herstellung dieser Verbindungsklasse erfolgt z.B.Another, well-suited group of (non-ionogenic) fluorinated wetting agents are the readily soluble alkoxylation products of perfluoroalkanesulfonamides of the general formula RF denotes a perfluoroalkyl radical with 1-20 carbon atoms in which the carbon chain can be linear, branched or cyclic, R1 hydrogen, alkyl, hydroxylalkyl, cycloalkyl, alkenyl or aralkyl, optionally also substituted, or the radical a linear or branched aliphatic polyether radical, which is made up of both uniform and different alkylene oxide units and where the alkylene oxide groups are in turn distributed alternately, statically or in blocks, R3 is a linear or branched or cyclic alkyl radical with up to 8 carbon atoms, an alkenyl radical , an aralkyl radical or the rest This class of compounds is produced, for example
gemäß DE-OS 22 38 740 durch Umsetzung von Perfluoralkylsulfonamiden mit Chlorameisensäureestern der entsprechenden hydroxyfunktionellen Polyäther in Gegenwart von Protonenacceptoren zur Abtrennung des entstehenden Chlorwasserstoffes.according to DE-OS 22 38 740 by reacting perfluoroalkylsulfonamides with chloroformic acid esters of the corresponding hydroxy-functional polyethers in Presence of proton acceptors to separate the resulting hydrogen chloride.
Anhand der folgenden Beispiele soll das erfindungsgemäße Verfahren noch näher erläutert werden. %-Angaben beziehen sich - soweit nichts anderes angegeben wurde auf Gew.-%.The process according to the invention is intended to be based on the following examples will be explained in more detail. % Figures relate - unless otherwise stated was on wt .-%.
Beispiel 1 In einer Laborapparatur mit ca. 7 1 Poliersäureinhalt wurden Gläser der folgenden Zusammensetzung poliert: SiO2 : 57,5 Ps PbO : 26,4 % K20 : 11,8 9s Na2O : 2,5 % B2O3 : 1,5 % Ag203 . 0,3 %.Example 1 In a laboratory apparatus with about 7 liters of polishing acid content Polished glasses with the following composition: SiO2: 57.5 Ps PbO: 26.4% K20: 11.8 9s Na2O: 2.5% B2O3: 1.5% Ag203. 0.3%.
Zusammensetzung der Poliersäure: H2SO4 : 71,9 % HF : 3,9 ss Fluortensid : 300 mg Kaliumperfluoroctansulfonat, C8F17SO3K/1 Poliersäure8 17 3 Polierbedingungen: Temp : 24 - 26°C Zeit : 30 Minuten Die Gläser wurden während der Polierzeit in der Poliersäure mechanisch bewegt und anschließend mit Wasser gespült und getrocknet.Composition of the polishing acid: H2SO4: 71.9% HF: 3.9 ss fluorosurfactant : 300 mg potassium perfluorooctane sulfonate, C8F17SO3K / 1 polishing acid8 17 3 polishing conditions: Temp: 24-26 ° C Time: 30 minutes The glasses were in the during the polishing time Polishing acid moved mechanically and then rinsed with water and dried.
Ergebnis: Glasabtrag : 5,06 96 Qualität : fehlerlos Beispiel 2 Glaszusammensetzung und Arbeitsweise: wie bei Beispiel 1 Zusammensetzung der Poliersäure: H2SO4 : 71,5 % HF : 4,0 % Fluortensid : 200 mg Tetraethylammoniumperfluoroctansulfonat C8F17SO3N(C2H5)4/l Poliersäure Polierbedingungen: Temp : 24 - 26°C Zeit : 30 Minuten Ergebnis: Glasabtrag : 4,23 % Qualität : fehlerlos Beispiel 3 Glaszusammensetzung: wie bei Beispiel 1 Uberfangglas : grün Zusammensetzung der Poliersäure: H2SO4 : 71,9 % HF : 3,9 % Fluortensid : 100 mg C8F17S03N(C2H5)4/l Poliersäure Polierbedingungen: Temp : 250C Zeit : 20 Minuten Ergebnis: Glasabtrag : 6,26 % Qualität : fehlerlos Beispiel 4 Glaszusammensetzung: wie bei Beispiel 1 Zusammensetzung der Poliersäure: H2SO4 : 72,0 % HF : 2 , 5 96 Fluortensid : 300 mg C8F17SO3N(C2H5)4/l Poliersäure Bedingungen: Temp : 26"C Zeit : 40 Minuten Ergebnis: Glasabtrag : 5,02 % Qualität : fehlerlosResult: Glass removal: 5.06 96 Quality: flawless Example 2 Glass composition and procedure: as in Example 1, composition of the polishing acid: H2SO4: 71.5 % HF: 4.0% fluorosurfactant: 200 mg tetraethylammonium perfluorooctanesulfonate C8F17SO3N (C2H5) 4 / l Polishing acid Polishing conditions: Temp: 24 - 26 ° C Time: 30 minutes Result: Glass removal : 4.23% Quality: flawless Example 3 Glass composition: as in Example 1 Flashed glass : green Composition of the polishing acid: H2SO4: 71.9% HF: 3.9% fluorosurfactant: 100 mg C8F17S03N (C2H5) 4 / l polishing acid Polishing conditions: Temp: 250C Time: 20 minutes Result: Glass removal: 6.26% Quality: flawless Example 4 Glass composition: as in Example 1 Composition of the polishing acid: H2SO4: 72.0% HF: 2.596 Fluorosurfactant: 300 mg C8F17SO3N (C2H5) 4 / l polishing acid Conditions: Temp: 26 "C Time: 40 minutes Result: Glass removal: 5.02% Quality: flawless
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