gerstley boraat

Berekeningen en experimenten om deze grondstof te vervangen

Als we Gerstley boraat willen "namaken" uit grondstoffen die wel beschikbaar zijn dan is, vanuit chemisch standpunt gezien, van belang wat de samenstelling nu eigenlijk is.

In een publicatie van Digitalfire is een lijst opgenomen met een aantal analyses.
De chemische analyse is opgegeven in gewicht percentages en dit wordt eerst omgerekend naar de Segerformule, waarbij het verlies aan water en CO2 (LOI=lost of ignition) wordt verdisconteerd in het molgewicht.
Uit de analyses is een "gemiddelde" (en wat vereenvoudigde) waarde bepaald, dat als uitgangspunt voor de verdere experimenten is genomen (gerstley boraat RR).
Ook is het uitgangspunt van Weiss/Severijns opgenomen, waaruit blijkt dat de verschillen wel erg groot zijn.

De berekeningen en de experimenten hebben als startpunt Gerstley boraat, maar het uiteindelijke doel is een bruikbaar recept voor de Raku stoker.
De volgorde van de proeven is zoals deze zijn uitgevoerd en het is wellicht niet het optimum aan didactiek, uiteindelijk worden de recepten wel steeds eenvoudiger.
Gerstley boraat wordt in Raku glazuur nooit als enige grondstof gebruikt maar steeds in combinatie met bijv. Nefelien Syaniet in een gewichts verhouding van 1:1.
In eerste instantie is deze verhouding in alle gevallen gebruikt, in serie 17 t/m 19 is de verhouding verder onderzocht en blijkt de gevoeligheid (voor de verhouding) gering te zijn. De berekeningen zijn uitgevoerd met het programma "alchemistglaze" een door mij gemaakt programma werkend onder excel 2000.
(het programma is vrij verkrijgbaar door het formulier in te vullen, klik hier)

Gebruikte Materialen:

Ulexiet is later aan de lijst toegevoegd omdat is gebleken dat de grondstof Colemaniet feitelijk een Ulexiet bleek te zijn.
De resultaten van de berekeningen zijn dus anders dan in het verhaal staan. Toch worden de proeven niet overgedaan want het gaat meer over de methode van werken dan de uitkomst.
Sorry maar het is niet anders!
Voor het verslag hoe ik te weten kwam dat "mijn" Colemaniet een ulexiet was klik hier.

Werkwijze:

Kies grondstoffen met een zo eenvoudig mogelijke chemische samenstelling en bereken vervolgens hoeveel van deze grondstoffen moeten worden toegevoegd om het recept (zo goed mogelijk) te benaderen.
We maken gebruik van de Segerformule omdat dit de makkelijkste manier is,als voorbeeld is dit gedaan voor recept 2)

Wat we willen bereiken is:	materiaal... molgew gewicht Mol% Na2O MgO CaO B2O3 SiO2 GB RR .12 .16 .72 .59 .33
We kiezen nu eerst een Na2O bron en we nemen hiervoor fritte 1451 en wel .12 mol, dan krijgen we: Als we nu willen weten hoeveel we moeten afwegen dan vermenigvuldigen we .12 met het molgewicht =.12*381 (zie materialen lijst)=46 gram	materiaal... molgew gewicht Mol% Na2O MgO CaO B2O3 SiO2 Fritte 1451 381 46 .12 .12 .24 .36
We kiezen voor de MgO bron en we nemen hiervoor Dolomiet en wel .16 mol met deze grondstof wordt echter ook CaO toegevoegd (maar we blijven onder de totale benodigde hoeveelheid)	materiaal... molgew gewicht Mol% Na2O MgO CaO B2O3 SiO2 Dolomite 184 29 .16 .16 .16
Nu gaan we eerst het B2O3 gehalte in orde maken,de totale hoeveelheid is .59 mol maar er is al .24 toegevoegd met fritte 1451 en er blijft dus over.35 mol.We doen dit met Colemaniet en hiervan is .35/3=.12 mol nodig (zie mat.lijst 1 mol colemaniet geeft 3 mol B2O3)	materiaal... molgew gewicht Mol% Na2O MgO CaO B2O3 SiO2 Colemaniet 411 49 .12 .24 .36
Er blijft nu nog alleen CaO over en dit maken we in orde door .32 mol krijt toe te voegen	materiaal... molgew gewicht Mol% Na2O MgO CaO B2O3 SiO2 Krijt 100 32 .32 .32
Het uiteindelijke resultaat is de som en dit komt uitstekend overeen met het gewenste recept	materiaal... molgew gewicht Mol% Na2O MgO CaO B2O3 SiO2 Totaal .12 .16 .72 .60 .36

Echt moeilijk is dit niet, maar niet altijd krijgt men het voor elkaar om de som kloppend te krijgen (vooral niet als de grondstoffen wat gecompliseerder van samenstelling zijn).
Probeer dan de som van de alkali en aardalkali oxyden (Na2O K2O MgO CaO) op (ongeveer) 1.0 te krijgen.
In de loop van de experimenten is het doel om gerstley boraat "na te maken" verlaten en is meer gekeken naar het resultaat,de Segerformule is echter wel steeds berekend, maar nu meer om een "logische" wijziging in de recepten aan te brengen.

Experimenten:

serie 1 t/m 4

1) Zo goed mogelijke benadering van Gerstley boraat met fritte 3221/1451

materiaal	molgew	gewicht	Mol%	Na2O	MgO	CaO	B2O3	SiO2
Fritte 1451	381	46	.12	.12			.24	.36
Krijt	100	21	.21			.21
Dolomite	184	29	.16		.16	.16
Fritte 3221	125	44	.35			.35	.35
Totaal				.12	.16	.72	.59	.36
GB RR				.12	.16	.72	.59	.33

Het glazuur geeft blazen, duidelijk te zien op de foto met de blauwe kleur.
Het craquele is niet erg duidelijk.

2) Zo goed mogelijke benadering van Gerstley boraat met colemaniet als B2O3 bron ipv fritte 3221, de rest van de grondstoffen zijn gelijk aan 1)

materiaal	molgew	gewicht	Mol%	Na2O	MgO	CaO	B2O3	SiO2
Fritte 1451	381	46	.12	.12			.24	.36
Krijt	100	32	.32			.32
Dolomite	184	29	.16		.16	.16
Colemaniet	411	49	.12			.24	.36
Totaal				.12	.16	.72	.60	.36
GB RR				.12	.16	.72	.59	.33

Het glazuur is niet goed gesmolten, de blauwe kleur is wat fletser

3) Grondstoffen zodanig gekozen dat geen CO2 vrijkomt, zoals wel gebeurt bij krijt en dolomiet.
Als B2O3 bron is colemaniet gekozen.

materiaal	molgew	gewicht	Mol%	Na2O	MgO	CaO	B2O3	SiO2
Fritte 1451	381	46	.12	.12			.24	.36
Talk	379	19	.05		.15			.20
Wollastoniet	116	55	.47			.47		.47
Colemaniet	411	49	.12			.24	.36
Totaal				.12	.15	.71	.60	1.03
GB RR				.12	.16	.72	.59	.33

De twee nieuwe grondstoffen introduceren duidelijk meer SiO2 en het glazuur heeft een matige craquele en is slecht gesmolten.

4) Zelfde grondstoffen als 3) echter met meer colemaniet om smelttemperatuur te verlagen.

materiaal	molgew	gewicht	Mol%	Na2O	MgO	CaO	B2O3	SiO2
Fritte 1451	381	46	.12	.12			.24	.36
Talk	379	19	.05		.15			.20
Wollastoniet	116	37	.33			.33		.33
Colemaniet	411	82	.20			.40	.60
Totaal				.12	.15	.73	.84	.89
GB RR				.12	.16	.72	.59	.33

De grotere hoeveelheid colemaniet zorgt ervoor dat het glazuur beter smelt.
Van deze serie geeft dit recept de beste resultaten.
Uit deze serie is te zien dat het B2O3 gehalte wat hoger dient te zijn en dat het gebruik van materialen die niet gassen de voorkeur verdienen.
Later zal blijken dat Colemaniet (door gasvorming) ook niet de beste keuze is.
(maar nu zijn we nog niet zover.)

serie 5 t/m 10

In serie 5 t/m 7 wordt het B2O3 gehalte verhoogd door toevoeging van fritte 3221 gelijktijdig wordt het gehalte aan wollastoniet verlaagd om het CaO gehalte gelijk te laten.
(het gehalte aan NaO,MgO en CaO blijft zo steeds gelijk)
Het gehalte aan SiO2 wordt steeds wat lager.(door het verlagen van wollastoniet)

5) B2O3=.64 mol

materiaal	molgew	gewicht	Mol%	Na2O	MgO	CaO	B2O3	SiO2
Fritte 1451	381	46	.12	.12			.24	.36
Talk	379	19	.05		.15			.20
Wollastoniet	116	35	.30			.30		.30
Fritte 3221	125	50	.40			.40	.40
Totaal				.12	.15	.70	.64	.86
GB RR				.12	.16	.72	.59	.33

6) B2O3=.79 mol

materiaal	molgew	gewicht	Mol%	Na2O	MgO	CaO	B2O3	SiO2
Fritte 1451	381	46	.12	.12			.24	.36
Talk	379	19	.05		.15			.20
Wollastoniet	116	18	.15			.15		.15
Fritte 3221	125	68	.55			.55	.55
Totaal				.12	.15	.70	.79	.71
GB RR				.12	.16	.72	.59	.33

7) B2O3=.97 mol

materiaal	molgew	gewicht	Mol%	Na2O	MgO	CaO	B2O3	SiO2
Fritte 1451	381	46	.12	.12			.24	.36
Talk	379	19	.05		.15			.20
Wollastoniet	116
Fritte 3221	125	91	.73			.73	.73
Totaal				.12	.15	.73	.97	.56
GB RR				.12	.16	.72	.59	.33

Nummer 7 in deze serie geeft het beste resultaat, waardoor ook hier wordt aangetoond dat een hoger B2O3 gehalte beter is.

In deze serie wordt het B2O3 gehalte verhoogd door gebruik te maken van Colemaniet ipv fritte 3221, voor de rest is het een zelfde soort proef als
serie 5 t/m 7

8) B2O3=.99

materiaal	molgew	gewicht	Mol%	Na2O	MgO	CaO	B2O3	SiO2
Fritte 1451	381	46	.12	.12			.24	.36
Talk	379	19	.05		.15			.20
Wollastoniet	116	23	.20			.20		.20
Colemaniet	411	102	.25			.50	.75
Totaal				.12	.15	.70	.99	.76
GB RR				.12	.16	.72	.59	.33

9) B2O3=1.14

materiaal	molgew	gewicht	Mol%	Na2O	MgO	CaO	B2O3	SiO2
Fritte 1451	381	46	.12	.12			.24	.36
Talk	379	19	.05		.15			.20
Wollastoniet	116	12	.10			.10		.10
Colemaniet	411	123	.30			.60	.90
Totaal				.12	.15	.70	1.14	.66
GB RR				.12	.16	.72	.59	.33

10) B2O3=1.29

materiaal	molgew	gewicht	Mol%	Na2O	MgO	CaO	B2O3	SiO2
Fritte 1451	381	46	.12	.12			.24	.36
Talk	379	19	.05		.15			.20
Wollastoniet	116
Colemaniet	411	144	.35			.70	1.05
Totaal				.12	.15	.70	1.29	.56
GB RR				.12	.16	.72	.59	.33

Bij toenemend gehalte aan Colemaniet neemt het blazen van het glazuur toe met als gevolg een toenemend aantal pinholes.
In deze serie geeft nummer 7 het beste resultaat.

serie 11 t/m 13

11) NaO=.06 mol%

In deze serie wordt het gehalte aan fritte 1451 (en daarmee Na2O) verlaagd tot .06 mol% en 0 mol%

materiaal	molgew	gewicht	Mol%	Na2O	MgO	CaO	B2O3	SiO2
Fritte 1451	381	23	.06	.06			.12	.18
Talk	379	19	.05		.15			.20
Colemaniet	411	164	.40			.80	1.20
Totaal				.06	.15	.80	1.32	.38
GB RR				.12	.16	.72	.59	.33

12) Na2O=0 mol

materiaal	molgew	gewicht	Mol%	Na2O	MgO	CaO	B2O3	SiO2
Fritte 1451	381
Talk	379	19	.05		.15			.20
Colemaniet	411	172	.42			.84	1.26
Totaal					.15	.84	1.26	.20
GB RR				.12	.16	.72	.59	.33

13) Na2O=.13 mol

In proef 12 is fritte 1451 teruggebracht naar nul, in deze proef wordt het Na2O gehalte weer op .13 mol gebracht met fritte 1510.
Het idee achter deze proef was dat de mogelijke oorzaak van de pinholes werd veroorzaakt door het snelle smelten van fritte 1451 (waardoor het water in Colemaniet slecht kan ontsnappen en daardoor blazen geeft) een andere Na2O bron (fritte 1510) kan hierin een verbetering geven.

materiaal	molgew	gewicht	Mol%	Na2O	MgO	CaO	ZnO	B2O3	SiO2
Fritte 1510	198	40	.2	.13		.02	.04		.42
Talk	379	19	.05		.15				.20
Colemaniet	411	144	.35			.70		1.05
Totaal				.13	.15	.72	.04	1.05	.62
GB RR				.12	.16	.72		.59	.33

Het resultaat van 12 was nog niet bekend anders zou direct al duidelijk zijn geweest dat fritte 1451 geen invloed had op het blaasgedrag van het glazuur.
De glazuren zijn matig met in het algemeen redelijk veel pinholes en blazen tijdens het stoken.

serie 14 t/m 16

In de voorgaande serie is gebleken dat het gehalte aan Na2O kon worden verlaagd tot nul, nu wordt gekeken of MgO een belangrijke rol speelt.
Dit wordt uitgevoerd bij zowel Colemaniet als fritte 3221.

14) weglaten van talk uit recept 12)

materiaal	molgew	gewicht	Mol%	Na2O	MgO	CaO	B2O3	SiO2
Talk	379
Colemaniet	411	206	.50			1.0	1.50
Fritte 3221	125
Totaal						1.0	1.5
GB RR				.12	.16	.72	.59	.33

15) zelfde receptuur als 12) , echter nu met fritte 3221 als B2O3 bron ipv colemaniet

materiaal	molgew	gewicht	Mol%	Na2O	MgO	CaO	B2O3	SiO2
Talk	379	19	.05		.15			.20
Colemaniet	411
Fritte 3221	125	106	.85			.85	.85
Totaal					.15	.85	.85	.20
GB RR				.12	.16	.72	.59	.33

16) zelfde receptuur als 14) , echter nu met fritte 3221 als B2O3 bron ipv colemaniet

materiaal	molgew	gewicht	Mol%	Na2O	MgO	CaO	B2O3	SiO2
Talk	379
Colemaniet	411
Fritte 3221	125	125	1.0			1.0	1.0
Totaal						1.0	1.0
GB RR				.12	.16	.72	.59	.33

De resultaten van proef 15 en 16 zijn duidelijk het beste, er treedt geen blaasvorming op tijdens het stoken en er worden (daarom) ook geen pinholes gevormd.
Proef 14 met alleen colemaniet geeft veel blaasvorming en een matig craquele.
Het gebruik van colemaniet in Raku glazuur is af te raden! (alhoewel de prijs zeer gunstig is)
Extra toevoeging van Na2O,MgO,CaO is bij gebruik van Nefelien Syaniet niet noodzakelijk!!

serie 17 t/m 19

Nu bekend is dat alleen met fritte 3221 en nefelien syaniet een goed glazuur is te maken, zal onderzocht worden of de verhouding (tot nu toe in gewicht% 1:1 )een duidelijke invloed heeft op het resultaat. Ook is onderzocht of de dikte van het glazuur invloed heeft.

17) verhouding 3221 : NS = 8 : 12 (dun /dik aangebracht)
Dun aangebracht glazuur geeft een wat duidelijker craquele te zien.

18) verhouding 3221 :NS = 10 : 10 (dun /dik aangebracht)
Dun aangebracht glazuur geeft een wat duidelijker craquele te zien.

19) verhouding 3221 :NS = 12 : 8 (dun /dik aangebracht)

conclusie: dun opgebracht glazuur geeft duidelijker craquele dan dik opgebracht glazuur.
Betrekkelijk weinig verschil in de verhouding tussen fritte 3221 en nefelien syaniet, proef 17/18 lijkt wat beter dan 19 en is gelukkig ook goedkoper!

serie 20 t/m 22

Het nu gevonden recept is goed en eenvoudig, echter de smeerbaarheid en daarmee de mogelijkheid om het glazuur met de kwast op te brengen is nog niet optimaal.
In deze serie wordt ball clay toegevoegd om de smeerbaarheid te verbeteren.

materiaal	pr 20	pr 21	pr 22
fritte 3221	10	10	10
nefelien syaniet	10	9	8
ball clay		1	2

In craquele vorming is er tussen de verschillende recepten bijna geen verschil te zien, echter bij proef 22 is de smeerbaarheid (en ook de veegvastheid) vergelijkbaar met Gerstley boraat, dat buitengewoon goed met de kwast was aan te brengen.

Serie 23 t/m 25

In een poging het toch nog wat ingewikkeld te maken (je voelt je alchemist of niet) is wat gespeeld met het gehalte aan Na2O door zout (NaCl) of soda (NaHCO3.H2O) toe te voegen.
Van boven naar beneden:

proef 23 geen toevoeging aan receptuur pr 22
proef 24 1 gram zout aan receptuur pr 22
proef 25 1 gram soda aan receptuur pr 22

Er is geen verschil in resultaat jammer? Nee!!