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Wie sich die Farbeigenschaften von Glas und Glasprodukten unter Strahlungseinwirkung verhalten

Die amorphe, nicht kristalline Struktur von Glas macht es besonders empfindlich für strahlungsinduzierte Färbungs- bzw. Entfärbungsprozesse. Die optischen Veränderungen unterscheiden sich zwar, bestehen aber doch meist in Verfärbungen im sichtbaren Bereich des Lichtspektrums sowie in der Entstehung von Absorptionsbändern im Infrarot- bzw. Ultraviolettbereich. Zudem ist fast immer die optische Dichte erhöht. Erwiesenermaßen führt etwa hochdosierte Gammastrahlung zu einer Einfärbung von Glas in verschiedenen Brauntönen, von dunkleren bis hin zu bernsteinfarbenen Ergebnissen. Farbloses Glas reagiert auf die Gammastrahlung, die beispielsweise von einer Kobalt-60-Quelle ausgeht. Abhängig von der absorbierten Energiemenge verläuft die Veränderung bei farblosem Flint-, Borosilikat- und Bleikristallglas über ein helles Bernstein und Braun bis hin zu Schwarz. Milchglas wird je nach aufgenommener Energie unter der Einwirkung von Gammastrahlung gräulich. Dabei werden vorhandene Wirbel im Glas durch ungleichmäßig verteilte Farbpgimenten noch betont.

Der Mechanismus hinter der Entstehung solcher Farbzentren ist gut erforscht. Der endgültige Farbton ist bedingt durch die chemische Zusammensetzung eines Glases und lässt sich mit verschiedenen Zusätzen beeinflussen (so vermindern Cer-Ionen die Braunfärbung und Mangan sorgt für Violetttöne). Das Endergebnis ist abhängig von der Ausgangsfarbe des Glases und eben der Bildung von Farbzentren.

Die durch Bestrahlung erzeugten Farbeffekte sind nur metastabil und können, etwa durch Wärmeeinwirkung, wieder rückgängig gemacht werden. Je nach Art der entstehenden Farbzentren und der Glashärte kann dazu unterschiedlich viel Energie in Form von Wärme erforderlich sein. Glas ist umso stabiler, je höher sein Erweichungspunkt und je niedriger seine Diffusionsrate ist. All diese Faktoren bewirken eine jeweils einzigartige Dekorfärbung von Glas und Glasprodukten.

Je nach verwendeter Farbe auf einem Produkt, der chemischen Zusammensetzung und möglichen Verunreinigungen im Glas können sich beeindruckende Farbkontraste entwickeln. Die Farbintensität erhöht sich bei geringeren Dosen zunächst linear bis hin zu Sättigung bei hohen Dosen.

Das Endergebnis ist weder radioaktiv noch anderweitig kontaminiert.

Zu den allgemeinen physikalischen Eigenschaften von so gefärbtem Glas zählen:

Farbstabilität:

Einige Tage nach der Behandlung tritt noch ein leichter Farbverlust auf. Später ist nur noch ein minimales Verblassen zu verzeichnen. Wird das Produkt für einige Stunden bei etwa 150 °C (300 °F) wärmebehandelt, kann dieser Vorgang wieder rückgängig gemacht und das Glas entfärbt werden. Daher ist dieses Verfahren für Produkte, die regelmäßig (bspw. im Geschirrspüler) großer oder aber auch geringerer Wärmeeinwirkung ausgesetzt sind, mitunter nicht geeignet.

Absorption von UV-Strahlung:

Die weitere Entfärbung führt zur teilweisen Veränderungen der UV-Absorption des Glases.

Physikalische Eigenschaften:

Abgesehen von der Farbveränderung bleiben die übrigen physikalischen Eigenschaften des Glases gleich.

Die Dekorglasfärbung mittels Strahlenbehandlung hat verschiedene Vorteile:

  1. Die Bestrahlung kann im verpackten Zustand erfolgen. Auspacken und manuelle Verarbeitung sind unnötig.
  2. Das Verfahren ist einfach anzuwenden und sauber. Das Endprodukt ist für den Verbraucher sicher.
  3. Obgleich größere Produktionsvolumina betriebswirtschaftlich betrachtet sinnvoller sind, können hier auch kleinere Mengen verarbeitet werden. Die Methode ist in dieser Hinsicht flexibel.
  4. Auch Ausschuss und Verluste durch Glasbruch sind bei der Bestrahlung ausgeschlossen.

Zusammenfassung

Der Färbungseffekt bei der Bestrahlung von Glas ist ein bekanntes Phänomen. Die physikalischen Eigenschaften des Stoffes bleiben erhalten, während sich gleichzeitig eine dekorative Wirkung erzielen lässt.

Literaturangaben

  1. Prasil, Z and T. Marlind, „Two Colors Out of One“ Glass Decoloration #125, beta-gamma 2-3/91
  2. Prasil, Z. and T. Marlind, „Radiation Coloration of Glass-State of the Art“, Glass Decoloration #249, beta-gamma 2-3/91
  3. Dietz, George R., „Radiation Coloring of Glass“ Presentation to Society of Glass Decorators, Annual Meeting October 11-13, 1976, Pittsburgh, PA
  4. Prasil, Z., E. Schweiner and M. Pesek, „Radiation Modification of Physical Properties of Inorganic Solids“, Radiation Physics and Chemistry, Vol. 35, Nos. 4-6, pp.509-513, 1990