การพฒนาความใสของแกวดวยกระบวนการฟอกสโดยใชเออรเบยมออกไซด

และซลเนยม

นายจกรพงษ คมทรพย

วทยานพนธนเปนสวนหนงของการศกษาตามหลกสตรปรญญาวศวกรรมศาสตรมหาบณฑต สาขาวชาวศวกรรมเซรามก

มหาวทยาลยเทคโนโลยสรนาร ปการศกษา 2559

DEVELOPMENT OF TRANSPARENCY OF GLASS VIA

DECOLORIZING PROCESS BY USING

ERBIUM OXIDE AND SELENIUM

Jagkapong Kumsap

A Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for the

Degree of Master of Engineering in Ceramic Engineering

Suranaree University of Technology

Academic Year 2016

การพฒนาความใสของแกวดวยกระบวนการฟอกสโดยใชเออรเบยมออกไซด และซลเนยม

มหาวทยาลยเทคโนโลยสรนาร อนมตใหนบวทยานพนธฉบบนเปนสวนหนงของการศกษาตามหลกสตรปรญญามหาบณฑต

คณะกรรมการสอบวทยานพนธ

(ผศ. ดร.สขเกษม วชรมยสกล) ประธานกรรมการ

(ผศ. ดร.อนรตน ภวานค า) กรรมการ (อาจารยทปรกษาวทยานพนธ)

(ดร.อนชา วรรณกอน) กรรมการ

(รศ. ดร.สทน คหาเรองรอง) กรรมการ

(ผศ. ดร.สดเขตต พจนประไพ) กรรมการ

(ศ. ดร.ชกจ ลมปจ านงค) (รศ. ร.อ. ดร.กนตธร ช านประศาสน) รองอธการบดฝายวชาการและนวตกรรม คณบดส านกวชาวศวกรรมศาสตร

จกรพงษ คมทรพย : การพฒนาความใสของแกวดวยกระบวนการฟอกสโดยใชเออรเบยมออกไซดและซลเนยม (DEVELOPMENT OF TRANSPARENCY OF GLASS VIA DECOLORIZING PROCESS BY USING ERBIUM OXIDE AND SELENIUM) อาจารยทปรกษา : ผชวยศาสตราจารย ดร.อนรตน ภวานค า, 87 หนา

ทรายแกว (Silica sand) จดเปนวตถดบหลกทส าคญในอตสาหกรรมผลตแกวใส(Flint glass) ชนดตางๆ และคณภาพของทรายแกวถกแบงตามปรมาณสารมลทน (Impurity) ทเจอปนอย อนไดแก เหลกออกไซด (Fe2O3) ซงเปนสารมลทนทสงผลตอคณภาพสของผลตภณฑแกวใส โดยทวไปทรายแกวทเหมาะสมกบกระบวนการผลตแกวใสตองมคาเหลกออกไซดปนเปอนนอยกวารอยละ 0.025 โดยน าหนก แตส าหรบทรายไทยจดเปนทรายแกวทมคณภาพต าจะมคาเหลกออกไซดอยมากกวารอยละ 0.040 โดยน าหนก จงมความจ าเปนตองน าเขาทรายแกวจากตางประเทศเพอใชส าหรบอตสาหกรรมผลตแกวใสในประเทศไทย เพอลดการน าเขาทรายแกวจากตางประเทศและกระบวนการฟอกส (Decolorization) ทมประสทธภาพจงเปนสงทจ าเปน วตถประสงคหลกของงานวจยนคอ การพฒนากระบวนการฟอกสแกวเพอปรบปรงความขาวใสของแกวใส เพอใหสามารถน าทรายแกวในประเทศทมคณภาพต ามาใชทดแทนการน าเขาทรายแกวจากตางประเทศใหไดมากทสด โดยการใชสารเออรเบยมออกไซด (Er2O3) และซลเนยม (Se) รวมถงการควบคมสถานะ รดอกซ (Fe2+/Fetotal) และคาเลขรดอกซ (R) สามารถใชทรายแกวไทยผลตแกวใสคณภาพดได ซงสามารถใชทรายแกวไทยแทนททรายแกวน าเขาจากตางประเทศไดสงถงรอยละ 50 โดยน าหนก ตลอดจนปรมาณทเหมาะสมของสารฟอกสคอ เออรเบยมออกไซดรอยละ 0.020 และ ซลเนยมรอยละ 0.0015 โดยน าหนก รวมถงสภาวะเหมาะสมของสถานะรดอกซ และเลข รดอกซทนอยกวา 0.10 และ 15 ตามล าดบ นอกจากนนผลการทดลองนยงพบอกวาสเขยวของแกวใสสามารถถกฟอกสใหขาวดวยสารเออรเบยมออกไซดและซลเนยมในชวงสทกวางมากขน ยงไปกวานนการใชปรภมส (Color space diagram) ชวยใหการประมาณสตรวตถดบ (Batch) เพอใชส าหรบฟอกสแกวใหใสมความถกตองแมนย ามากขน

สาขาวชา วศวกรรมเซรามก ลายมอชอนกศกษา ปการศกษา 2559 ลายมอชออาจารยทปรกษา ลายมอชออาจารยทปรกษารวม

JAGKAPONG KUMSAP : DEVELOPMENT OF TRANSPARENCY OF

GLASS VIA DECOLORIZING PROCESS BY USING ERBIUM OXIDE

AND SELENIUM. THESIS ADVISOR : ASST. PROF. ANURAT

POOWANCUM, Ph.D., 87 PP.

PHYSICAL DECOLORIZATION/ERBIUM OXIDE/REDOX STATES/COLOR

SPACE DIAGRAM

Silica-sand is a major raw material used in the flint-glass industrials. Quality

of silica-sand is classified by the quantity of an impurity, i.e., iron oxide (Fe2O3),

which has an effect on the color of the flint-glass. Silica-sand for the flint-glass

industry must be contaminated by iron oxide lower than 0.02 % by weight. The Thai

silica-sand is a low quality silica-sand, because it contains an iron oxide over 0.04 %

by weight. Therefore, the import silica-sand is required for the Thai flint-glass

industrial. To reduce the import silica-sand, the effective decolorizing process is

required. The objective of this research is to develop the decolorizing process for

improving the transparency of the flint-glass as produced from the Thai silica-sand

mixed with the import silica-sand.

By using erbium oxide (Er2O3) and selenium (Se) as the decolorizing agents,

as well as, controlling the redox state (Fe2+/Fetotal ratio) and the redox number, the

high quality flint-glass from the Thai silica-sand is produced. The import silica-sand

is replaced by the Thai silica- sand up to 50 % by weight. The optimum amount of

dopant erbium oxide and selenium is 0.02 % and 0.0015 % by weight, respectively.

As well as, the optimum redox states and the redox number are less than 0.10 and 15,

ค

respectively. In addition, the result of this research shows that the green color of the

flint glass is decolorized by erbium oxide and selenium in the wide range.

Furthermore, the batch design is more accurate by using the developed color vector

diagram.

School of Ceramic Engineering Student’s Signature ______________________

Academic Year 2016 Advisor’s Signature ______________________

Co-Advisor’s Signature ___________________

กตตกรรมประกาศ

วทยานพนธนส าเรจลลวงดวยด เนองจากไดรบความชวยเหลออยางดยง ทงดานวชาการและดานงานวจย จากผมพระคณทกทาน ดงตอไปน คณบญม คมทรพย และคณโอพศ ไกรยสทธ บดา มารดา ผใหการดแล เลยงด สนบสนนและเปดโอกาสทางการศกษาตลอดมา อกท งยงมญาตมตร ทคอยสงสอน อบรม เลยงด และสนบสนนทางการศกษา ผชวยศาสตราจารย ดร.อนรตน ภวานค า อาจารยประจ าสาขาวชาวศวกรรมเซรามก มหาวทยาลยเทคโนโลยสรนาร อาจารยทปรกษาวทยานพนธ และ ดร.อนชา วรรณกอน นกวจยศนยเทคโนโลยโลหะและวสดแหงชาต อาจารยทปรกษารวม ทใหโอกาสทางการศกษาใหค าปรกษา ค าแนะน า พรอมทงชวยแกปญหา และใหก าลงใจแกผวจยมาโดยตลอด รวมทงชวยตรวจทานผลงานวจยทไดน าเสนอในงานประชมวชาการและวทยานพนธเลมน คณาจารยทกทานในสาขาวชาวศวกรรมเซรามก มหาวทยาลยเทคโนโลยสรนาร ทใหความเมตตาและใหความรกบผวจยมาโดยตลอด รวมทงครอาจารยในอดตทกทาน ทสงสอน อบรม และใหความรกบผวจย คณพนทพา น าสวางรงเรอง ทไดใหความชวยเหลอและประสานงานทางดานเอกสารตลอดระยะเวลาทศกษา รวมทงเจาหนาทศนยเครองมอวทยาศาสตรและมหาวทยาลยเทคโนโลยสรนาร ทใหค าแนะน าและชวยอ านวยความสะดวกทางดานเครองมอวจย ขอขอบคณ มหาวทยาลยเทคโนโลยสรนาร ทไดเปดโอกาสทางการศกษา และใหการชวยเหลอทางดานเครองมอและอปกรณวทยาศาสตร ขอขอบคณ โรงงานแกวปราการ จ ากด และโรงงานบางกอก ครสตล จ ากด ทใหความอนเคราะหและสนบสนนทางดานวตถดบ และอปกรณทจ าเปนตองานวจยครงน ส าหรบคณประโยชนอนใดทเกดจากงานวจยในครงน ยอมเปนผลมาจากความกรณาของทกทานทไดกลาวมาขางตน รวมทงผชวยเหลอ และใหก าลงใจทมไดเอยนาม จนผวจยสามารถด าเนนการวจยจนส าเรจลลวงได ผวจยรสกซาบซงเปนอยางยง จงขอขอบพระคณอยางสงไว ณ โอกาสน

จกรพงษ คมทรพย

สารบญ

หนา

บทคดยอ (ภาษาไทย) ก บทคดยอ (ภาษาองกฤษ) ค กตตกรรมประกาศ ง สารบญ จ สารบญตาราง ซ สารบญรป ญ บทท

1 บทน า 1 1.1 ความส าคญและทมาของปญหา 1 1.2 วตถประสงคของการวจย 2 1.3 ขอบเขตของงานวจย 2 1.4 ประโยชนทคาดวาจะไดรบ 3

2 ปรทศนวรรณกรรมและงานวจยทเกยวของ 4 2.1 บทน า 4 2.2 แกวและการเกดแกว (Glass and glass formation) 4

2.2.1 องคประกอบของแกว 7 2.3 การเกดสในแกว (Coloring in glass) 10

2.3.1 ผลของโครงสรางของแกว (Glass structure) 10 2.3.2 ผลของสารแตงส (Coloring agents ) 11 2.3.3 การเกดสเขยวในแกวเนองจากการเจอปนของเหลกออกไซดในวตถดบ 12

2.4 การฟอกสแกวดวยวธทางกายภาพ(Physical decolorization) 15 2.4.1 ปรภมส (Color space diagram) 16 2.4.2 การประมาณปรมาณสารฟอกส (Color compensation strategy) 16

2.5 งานวจยทเกยวของ 17

ฉ

สารบญ (ตอ) หนา

2.5.1 การใชแมงกานสออกไซดในการฟอกสแกว 18 2.5.2 สารฟอกสโลหะซลเนยม 19 2.5.3 สารฟอกสเออรเบยมออกไซด 23

3 วธการด าเนนการวจย 25 3.1 อปกรณทใชในการทดลอง 25 3.2 วธการทดลอง 26

3.2.1 การหลอมแกวตวอยาง 27 3.2.2 การเตรยมแกวตวอยางและการใชเครองUV-Vis

Spectrophotometer 28 3.2.3 การเตรยมตวอยางและการใชเครอง XRF Spectrometer 29 3.2.4 การตรวจสอบคาเลขรดอกซ (Redox number, R) 30 3.2.5 การตรวจสอบหาเปอรเซนตความเขมขนของเหลก 2+ และ 3+ 33 3.2.6 การตรวจสอบหาความหนาแนนของการดดกลนคลนแสง 34 3.2.7 การตรวจสอบหาเปอรเซนตความเขมขนของเหลกรวม (% Fetotal) 34

3.3 ตารางสตรการทดลองทใชทรายไทยรอยละ 30 และ 50 โดยน าหนก 35

3.4 ตารางสตรการทดลองทใชสรางเวกเตอรส 35 3.5 สรปตารางสตรและสภาวะรดอกซททดลอง 36

4 ผลการศกษาและการวเคราะหผล 39 4.1 การศกษาคาองคประกอบทางเคมของแกวตวอยาง 39

4.1.1 องคประกอบทางเคมของทรายเวยดนาม 39 4.1.2 องคประกอบทางเคมของทรายไทย 39 4.1.3 องคประกอบทางเคมของแกวทใชทรายเวยดนามรอยละ 100

โดยน าหนก 40 4.1.4 องคประกอบทางเคมของแกวทใชทรายไทยแทนททรายเวยดนาม

ในปรมาณรอยละ 30 และ 50 โดยน าหนก 41

ช

สารบญ (ตอ) หนา

4.1.5 องคประกอบทางเคมของแกวทใชสรางเวกเตอรส (Color vectors) 42

4.2 ความสามารถในการสองผานของแสง (Light transmission) ในแกว 44 4.2.1 แกวทใชทรายเวยดนามรอยละ 100 โดยน าหนก 45 4.2.2 แกวทใชทรายไทยแทนททรายเวยดนาม

ในปรมาณรอยละ 30 และ 50 โดยน าหนก 48 4.2.3 แกวส าหรบสรางเวกเตอรส (Color vectors) 52

4.3 สถานะรดอกซ (Redox states) ของแกว 54 4.4 การศกษาคณภาพส (Color properties) ของแกว 58

4.4.1 คณภาพสของแกวทใชทรายเวยดนามรอยละ 100 โดยน าหนก 58 4.4.2 คณภาพสแกวของแกวทใชทรายไทยรอยละ 30 และ 50 โดยน าหนก 60 4.4.3 คณภาพสของแกวทใชสรางเวกเตอรส (Color vectors) 62

5 บทสรป 67 5.1 สรปผลการทดลอง 67 5.2 ขอเสนอแนะ 68

รายการอางอง 69 ภาคผนวก ภาคผนวก ก. ตวอยางผลการศกษาเรองฟองละเอยดในแกว 71 ภาคผนวก ข. ตวอยางผลการศกษาเรองคาดชนการหกเหของแสงในแกว 73 ภาคผนวก ค. เอกสาร COA ผลวเคราะหองคประกอบของสารเคมทใช 74 ภาคผนวก ง. บทความวชาการทไดรบการเผยแพรในระหวางการศกษา 81 ประวตผเขยน 87

สารบญรป

รปท หนา 2.1 การจดเรยงตวของอะตอมของซลกาแบบอสณฐาน (a) และแบบผลก (b) 5 2.2 ความสมพนธระหวางอตราเยนตวตอการเปลยนแปลงปรมาตรของวสด 7 2.3 การเกด Non-bridging oxygens ในแกวอนเปนผลมาจากการเตมอะตอม ของโซเดยมเขาไปในโครงสรางของแกว 9 2.4 ต าแหนงอะตอมของแคลเซยมในโครงสรางของแกว 9 2.5 กลไกการมองเหนสในวตถตางๆ 10 2.6 ผลของอณหภมในการหลอมตอแกวทมเหลกออกไซดทความยาวคลนตางๆ 14 2.7 แผนภมคสสมบรณของกระบวนการฟอกสทางฟสกส 15 2.8 ปรภมส (Color Space Diagram) 16 2.9 การใชหลกการของเวกเตอรสในการค านวณปรมาณสารฟอกส 17 2.10 ความสมพนธของ การสญเสยซลเนยมกบการสญเสยซลเฟอร ทสภาวะตางๆ 20 2.11 กราฟการปลดปลอยซลเนยม ระหวางสารประกอบซลโนเนยม และ ซงกซลไนท 22 3.1 ขนตอนและวธการทดลองของงานวจย 27 3.2 การเทสตรน าแกวหลอมลงในแบบสแตนเลส (Stainless) 28 3.3 เครองและอปกรณของยว-วสสเบล สเปคโตรโฟโตมเตอร (UV-Vis spectrophotometer) 29 3.4 เครองและอปกรณของเอกซเรยฟลออเรสเซนทสเปคโตรมเตอร (XRF spectrometer) 30 4.1 กราฟความสมพนธของปรมาณทรายไทยทใชแทนท กบคาเหลกออกไซด 42 4.2 สเปกตรม (Spectrum) ของแกวทใชทรายเวยดนาม 100 เปอรเซนต

โดยน าหนก ErS, ErB, ErN, Er15, Er30, Er5B และ Er5C แสดงคา การสองผานของแสงและความยาวคลนตามล าดบ 45

4.3 กราฟความสมพนธของคาความหนาแนนของการดดกลนคลนแสง และเลขรดอกซของแกว ตวอยางทใชทรายเวยดนาม 100 เปอรเซนต ทความยาวคลน 380 นาโนเมตร 46

ฎ

สารบญรป (ตอ)

รปท หนา 4.4 กราฟความสมพนธของคาความหนาแนนของการดดกลนคลนแสง

และเลขรดอกซของแกวตวอยางทใชทรายเวยดนาม 100 เปอรเซนต ทความยาวคลน 1050 นาโนเมตร 46

4.5 สเปคตรม (Spectrum) ของแกวทใชทรายไทยแทนททรายเวยดนาม ในปรมาณรอยละ 30 และ 50 โดยน าหนก โดย 70VE-ES5, 70VE-ESB, 70VE-ES15N, 50VE-ES5, 50VE-ESB และ 50VE-ES15N แสดง คาการสองผานของแสงทความยาวคลนตางๆ 48

4.6 กราฟความสมพนธของคาความหนาแนนของการดดกลนคลนแสง และเลขรดอกซของแกวทใชทรายไทยรอยละ 30 และ 50 โดยน าหนก ทความยาวคลน 380 นาโนเมตร 50

4.7 กราฟความสมพนธของคาความหนาแนนของการดดกลนคลนแสง และเลขรดอกซของแกวทใช ทรายไทยรอยละ 30 และ 50 โดยน าหนก ทความยาวคลน 520 นาโนเมตร 50 4.8 กราฟความสมพนธของคาความหนาแนนของการดดกลนคลนแสง และเลขรดอกซของแกวทใชทรายไทยรอยละ 30 และ 50 โดยน าหนก ทความยาวคลน 1050 นาโนเมตร 51 4.9 สเปคตรม (Spectrum) ของแกวทใชสรางเวกเตอรส โดย Er30, Er100, Er300, FeSe5, FeSe10, FeSe30 และ Blank แสดงคาการสองผานของแสง ทความยาวคลนตางๆ 52 4.10 สเปคตรม (Spectrum) ของแกวทไดจากการประมาณสของเวกเตอรส

โดย RC 100/10, RC 200/15 และ Blank แสดงคาการสองผานของแสง ทความยาวคลนตางๆ 54

4.11 ความสมพนธระหวางคาเลขรดอกซตอคาสถานะรดอกซและ ปรมาณไอออนเหลก Fe2+ ของแกวทใชทรายเวยดนาม 100 เปอรเซนต 56 4.12 ความสมพนธระหวางคาเลขรดอกซ ตอคาสถานะรดอกซและ ปรมาณไอออนเหลก Fe2+ ของแกวทใชทรายไทยรอยละ 30 และ 50 โดยน าหนก 57

ฏ

สารบญรป (ตอ)

รปท หนา 4.13 ผลคาส a* และ b* โดยแกวสตร Er5C, Er5B, Er15, ErN, ErS, ErB, Er30 และ Ref. บนปรภมส (Color space diagram) ทใชทรายเวยดนาม 100 เปอรเซนต 59 4.14 ผลคาส a* และ b* โดยแกวสตร 70Er 5, 70ES B, 70ES 15N, 50ES 5, 50ES B, 50ES 15N, Ref.1 และ Ref.2 บนปรภมส (Color space diagram) ทใชทรายไทยรอยละ 30 และ 50 โดยน าหนก 61 4.15 ผลคาส a* และ b* โดยแกวสตร Er 30, Er 100, Er 300, FeSe 5, FeSe 10 และ FeSe 30 ทใชสรางเวกเตอรส 63 4.16 การประมาณสบนปรภมส (Color space diagram) โดยใชหลกการของเวกเตอร 65 4.17 ผลคา a* และ b* ของสตรแกว Blank, RC 100/10 และ RC 200/15 จากการประมาณสบนปรภมส โดยใชหลกการของเวกเตอร 66

สารบญตาราง

ตารางท หนา 1.1 องคประกอบทางเคมและราคาโดยประมาณของทรายจากแหลงตางๆ 1 2.1 ความแตกตางระหวางการจดเรยงตวของอะตอมในรปผลกกบอสณฐาน 5 2.2 ความสมพนธของโลหะออกไซดและสภาพบรรยากาศในการหลอมทใหสในแกว 12

2.3 ความสมพนธของสดสวนไอออนเหลก และอณหภมการหลอมทแตกตางกน 15

2.4 ผล CIE L*a*b* ของแกวตวอยางทเตมแมงกานสออกไซด (MnO2) 18 3.1 อปกรณทใชในการทดลอง 25 3.2 สวนผสมแกวทใชทรายเวยดนาม 100 เปอรเซนต มาคานวนคาเลขรดอกซ (R) 31 3.3 คามาตรฐาน List of standardized redox factors ของ Raw materials ตางๆ 32 3.4 การคานวณคาเลขรดอกซ (R) ของสตรแกว 0Er-5 32 3.5 สวนผสมแกวทผสมทรายไทยรอยละ 30 และ 50 โดยนาหนก ทคานวณคาเลขรดอกซ (R) 35 3.6 สวนผสมแกวทนามาสรางเวกเตอรส (Color vectors) 36 3.7 สวนผสมของแกวเพอใชทดสอบคาเวกเตอรส 36 3.8 สรปตวแปรและสภาวะรดอกซทใชทงหมดในการทดลอง 37 4.1 ผลวเคราะหองคประกอบทางเคมของทรายเวยดนาม 39 4.2 ผลวเคราะหองคประกอบทางเคมของทรายไทย 39 4.3 ผลวเคราะหองคประกอบทางเคมของแกวทใชทรายเวยดนาม 100 เปอรเซนต 40 4.4 ผลวเคราะหองคประกอบทางเคมของแกวทผสมทรายไทยรอยละ 30 และ 50 โดยนาหนก 41 4.5 ผลวเคราะหองคประกอบทางเคมของแกวทใชสรางเวกเตอรส (Color vectors) 43 4.6 ผลวเคราะหองคประกอบทางเคมของแกวทวนสอบการใชเวกเตอรส 44 4.7 คาความหนาแนนของการดดกลนคลนแสง (Absorption density) ของแกวสตรทรายเวยดนาม 100 เปอรเซนต 47 4.8 คาความหนาแนนของการดดกลนคลนแสง (Absorption density) ของแกวทใชทรายไทยรอยละ 30 และ 50 โดยนาหนก 52

ฌ

สารบญตาราง (ตอ) ตารางท หนา 4.9 คาความหนาแนนของการดดกลนคลนแสงของแกวทสรางเวกเตอรส (Color vectors) 53 4.10 สถานะรดอกซ (Redox states) ของแกวทใชทรายเวยดนาม 100 เปอรเซนต 55 4.11 สถานะรดอกซ (Redox states) ของแกว ทใชทรายไทยรอยละ 30 และ 50 โดยนาหนก 57 4.12 สถานะรดอกซของแกวทใชสรางเวกเตอรส (Color vectors) 58 4.13 คา L*a*b* ของสแกวทใชทรายเวยดนาม 100 เปอรเซนต โดยนาหนก 60 4.14 คา L*a*b* ของสแกวทใชทรายไทยรอยละ 30 และ 50 โดยนาหนก 62 4.15 คา L*a*b* ของสแกวทใชสรางเวกเตอรส (Color vectors) 64 4.16 คา L*a*b* ของสแกวททวนสอบการประมาณจากเวกเตอรส 66

บทท 1 บทน ำ

1.1 ควำมส ำคญและทมำปญหำ ทรายแกว (Silica sand) เปนวตถดบทส าคญในอตสาหกรรมแกวชนดตางๆ ไมวาจะเปน อตสาหกรรมกระจก อตสาหกรรมภาชนะบรรจเครองดม อตสาหกรรมแกวส าหรบเครองใชบนโตะอาหาร และ อตสาหกรรมผลตหลอดไฟฟา เปนตน โดยทวไปคณภาพของทรายแกวส าหรบใชในอตสาหกรรมแกวจะถกแบงกลมตามปรมาณสารมลทน (Impurity) ทมอย โดยเฉพาะอยางยงเหลกออกไซด (Fe2O3) ซงเปนสารมลทนทสงผลตอคณภาพของผลตภณฑมากทสด ในอตสาหกรรมแกวใส (Flint glass) ทรายแกวทสามารถน ามาใชในการผลตเชงอตสาหกรรมโดยไมสงผลกระทบตอคณภาพของผลตภณฑตองมมลทนทเปนเหลกออกไซดนอยกวารอยละ 0.0200 โดยน าหนก แตแหลงทรายแกวในประเทศไทยสวนใหญมคาเหลกออกไซดมากกวารอยละ 0.0400 โดยน าหนก ดงแสดงในตารางท 1.1 ตารางท 1.1 องคประกอบทางเคมและราคาโดยประมาณของทรายจากแหลงตางๆ* แหลงวตถดบ องคประกอบทางเคม (รอยละโดยน าหนก) ราคาโดยประมาณ

(บาท/ตน) SiO2 Al2O3 Fe2O3 อนๆ

จงหวดระยอง 99.262 0.304 0.046 0.270 750

ประเทศเวยดนาม 99.810 0.052 0.009 0.080 1,750

ประเทศกมพชา 99.661 0.087 0.015 0.163 1,550

* ขอมลจากบรษท แกวปราการ จ ากด (ป 2558)

จากผลการส ารวจของกรมทรพยากรธรณ ทด าเนนการมาตงแตป 2505 ถงป พ.ศ. 2540 พบวามแหลงแรทรายแกวในประเทศไทยจ านวน 21 แหลง โดยกระจดกระจายอยตามภาคตางๆ มปรมาณส ารองทกแหลงประมาณ 51.227 ลานเมตรกตน ไดแก ชายฝงทะเลภาคใต 14 แหลง รวมเปนปรมาณส ารอง 28.607 ลานเมตรกตน ชายฝงทะเลภาคตะวนออก 4 แหลง รวมเปนปรมาณ 11.420 ลานเมตรกตน และ ภาคตะวนออกเฉยงเหนอ 3 แหลง รวมปรมาณส ารอง 11.200 ลาน

2

เมตรกตน แมจะมปรมาณส ารองสง แตทรายแกวทมคณภาพเหมาะกบกลมอตสาหกรรมผลตภาชนะแกวใส มนอยกวารอยละ 20 ของปรมาณส ารองท งหมด จวบจนปจจบนปรมาณความตองการทรายแกวคณภาพดทเพมสงขน และปรมาณทรายแกวส ารองทลดลงสงผลใหเกดวกฤตการขาดแคลนทรายแกวส าหรบอตสาหกรรมผลตภาชนะแกวใส

จากเหตผลดงกลาวสงผลใหผประกอบการสวนใหญ จ าเปนตองน าเขาทรายแกวจากตางประเทศเพอใชผลตสนคาใหไดคณภาพตามทตลาดตองการ สงผลใหตนทนของวตถดบทใชในการผลตเพมมากขน ดวยสภาวะการแขงขนทางการคาทรนแรงในปจจบนประกอบกบสภาวะเศรษฐกจโลกทซบเซา และแนวโนมของยอดขายและการสงออกทลดลง ท าใหผประกอบการไมสามารถเพมราคาขายไดแมตนทนวตถดบจะเพมสงขนกตาม สถานการณดงกลาวชใหเหนวาผประกอบการของอตสาหกรรมแกวในประเทศไทยก าลงเสยเปรยบดานการแขงขนกบประเทศคแขง และหากไมมการแกไข ปญหาดงกลาวจะทวความรนแรงมากขนอยางไมอาจหลกเลยงได

งานวจยนมจดมงหมายในการพฒนากระบวนการฟอกสแกวใสโดยใชสารเออรเบยมออกไซดรวมกบซลเนยม เพอใหสามารถน าทรายแกวทมอยในประเทศ (จงหวดระยอง) มาใชใหไดมากทสด เพอลดการน าเขาวตถดบจากตางประเทศและเพอเพมขดความสามารถในการแขงขนทางการคาใหกบภาคอตสาหกรรมแกวของประเทศไทยทงในปจจบนและอนาคต 1.2 วตถประสงคของงำนวจย

1.2.1 พฒนากระบวนการฟอกสแกวโดยการใชสารเตมแตงเออรเบยมออกไซด (Er2O3) รวมกบซลเนยม (Se) เพอใหกระบวนการผลตแกวสามารถใชทรายแกวในประเทศทดแทนการใชวตถดบทน าเขาจากตางประเทศ โดยไมท าใหคณภาพของผลตภณฑเปลยนแปลง

1.2.2 หาสดสวนและปรมาณทเหมาะสมส าหรบการใชสารเออรเบยมออกไซด (Er2O3) รวมกบซลเนยม (Se) เพอฟอกสแกวทใชทรายแกวในประเทศเปนวตถดบหลกในการผลต

1.2.3 พฒนาวธการควบคมการฟอกสแกวดวยปรภมส (Color space diagram) โดยใชเออรเบยมออกไซด (Er2O3) รวมกบซลเนยม (Se) เปนสารฟอกส

1.3 ขอบเขตงำนวจย

1.3.1 ศกษาสมบตทางแสงของแกวเมอใชทรายไทยผสมกบทรายตางประเทศ 1.3.2 ศกษากระบวนการฟอกสทมปรมาณคาเหลกในเนอแกวมากกวารอยละ 0.0200 โดย

น าหนก

3

1.3.3 ศกษาผลกระทบของสารเคม เชน สารรฟายนง (Refining), สารออกซไดซ ซง (Oxidizing) และสารรดวซซง (Reducing) ทสงผลตอคณภาพสแกวเมอเตมสารเออรเบยมออกไซด

1.3.4 ศกษาองคประกอบทางเคมของเนอแกวดวยเครองเอกซเรยฟลออเรสเซนซ (X-ray fluorescence, XRF) คณภาพสแกวดวยเครองวดการดดกลนคลนแสง ยว-วสเบลสเปกโทรมเตอร (UV-VIS spectrophotometer)

1.3.5 ศกษาปรมาณทเหมาะสมของอตราสวนสารฟอกสระหวางเออรเบยมออกไซด และซลเนยมส าหรบแกวทมคาเหลกออกไซดสง

1.4 ประโยชนทคำดวำจะไดรบ 1.4.1 โรงงานภาคอตสาหกรรมสามารถลดคาใชจายดานวตถดบ แตยงคงคณภาพสของแกว

คงทหรอไมเปลยนแปลงมากนก 1.4.2 สามารถน าทรายแกวในประเทศมาใชไดในอตราสวนทเพมมากขน 1.4.3 ท าใหทราบปรมาณทเหมาะสมของสารฟอกสระหวางเออรเบยมออกไซด และ

ซลเนยมในแกวทมคาเหลกออกไซดแตกตางกนได 1.4.4 เกดองคความรเกยวกบสมบตทางแสงของสารเออรเบยมออกไซดทเตมในสตร

วตถดบของอตสาหกรรมแกว 1.4.5 สามารถตพมพงานวจย เพอเปนประโยชนตออตสาหกรรมผลตแกวใส

4

บทท 2

ปรทศนวรรณกรรมและงานวจยทเกยวของ

2.1 บทน า ปญหาหลกอยางหนงในการผลตผลตภณฑแกวใสคอในผลตภณฑมกจะมมลทนเปนเหลกออกไซดปนมาดวยเสมอ ซงปรมาณในการปนเปอนจะมากหรอนอยขนอยกบความบรสทธของแหลงวตถดบและกระบวนการผลต ปจจบนอตสาหกรรมผลตแกวใสในประเทศมความจ าเปนตองน าเขาทรายแกวจากตางประเทศเนองจากคณภาพของทรายแกวภายในประเทศไมเหมาะสมกบการผลต เนองจากมการเจอปนของเหลกสงเกนกวามาตรฐานทสามารถท ามาใชในการผลตได เหลกออกไซดทเจอปนอยในผลตภณฑจะสงผลใหเกดสเขยวในแกวจนท าใหความใส ความมนวาวและความโปรงแสงของแกวลดลง ดงน นในกระบวนการผลตแกวใสจงตองมกระบวนการฟอกส (Decolorization) เพอลดสเขยวและเพมความใสใหกบแกว ดวยการควบคมสภาวะรดอกซ (Redox states) ใหเหมาะสม รวมกบการใชสารฟอกส ปจจบนสารฟอกสทมการใชงานอยางแพรหลายในอตสาหกรรมผลตแกวใสคอ ซลเนยม (Se) อยางไรกตามปญหาหลกส าคญของการใชซลเนยมในการฟอกสคอ (1) มการระเหยตวสงในกระบวนการหลอมท าใหคาดคะเนปรมาณทใชยาก (2) มหลายสถานะออกซเดชนท าใหสของแกวทไดไมคงท และ (3) เปนวตถดบทมราคาแพง แตลาสดสารฟอกสทก าลงเปนทสนใจในโรงงานอตสาหกรรมคอ สารเออรเบยมออกไซด (Er2O3) ซงมสมบตในการฟอกสแกวชนดหนง และเปนสารฟอกสทมเสถยรภาพมากกวาซลเนยม อกทงยงมราคาทถกกวา ดงนนหากสามารถน าเออรเบยมออกไซดมาใชรวมกบซลเนยมในการฟอกสได จะสามารถสงผลใหกระบวนการฟอกสมตนทนทถกลง และหากสามารถฟอกสทรายทมการเจอปนของเหลกออกไซดในปรมาณสงได จะท าใหสามารถน าทรายแกวในประเทศมาใชในการผลตไดมากขน อนจะสงผลใหตนทนการผลตลดลงและเพมความไดเปรยบในการแขงขนใหกบภาคอตสาหกรรมการผลตแกวภายในประเทศ

2.2 แกวและการเกดแกว (Glass and glass formation) แกวคอวสดทอยในรปอสณฐาน (Amorphous) เกดจากการหลอมวตถดบแลวท าใหเยนลงโดยปราศจากผลก (Non-crystalline) ความแตกตางระหวางวสดทอยในรปผลกกบวสดทอยในรป

5

อสณฐานคอการจดเรยงตวของอะตอม ภายในวสดทอยในรปผลกอะตอมจะมการจดเรยงตวกนอยางเปนระเบยบและมสมมาตร แตการจดเรยงตวของอะตอมในรปอสณฐานจะเปนไปอยางไรระเบยบ รปท 2.1 แสดงความแตกตางระหวางโครงสรางอะตอมของผลกซลกากบซลกาทอยใน รปอสณฐาน และตารางท 2.1 แสดงการเปรยบเทยบความแตกตางระหวางผลกกบอสณฐาน

รปท 2.1 การจดเรยงตวของอะตอมของซลกาแบบอสณฐาน (a) และแบบผลก (b) (Boch et al., 2007)

ตารางท 2.1 ความแตกตางระหวางการจดเรยงตวของอะตอมในรปผลกกบอสณฐาน

Crystalline Amorphous

3- dimensional network 3- dimensional network An order system (เรยงตวเปนระเบยบ) Disordered (ไมเปนระเบยบ) Periodic and symmetrical system Not Periodic and not symmetrical system Long-range order* Short-range order**

* อะตอมในโครงสรางมการเรยงตวซ ากนไปเรอยๆ อยางเปนระเบยบ ** อะตอมในโครงสรางเรยงตวไมซ ากนและไมเปนระเบยบ โดยทวไปของเหลวเมอท าใหเยนตวผานจดหลอมเหลวจะเกดผลกดวยกระบวนการหลก 2 กระบวนการ คอ กระบวนการเกดนวเคลยส (Nucleation) และการโตของนวเคลยส (Growth) จนกลายเปนผลก กระบวนการทงสอง เปนกระบวนการทตองใชเวลา หากอตราการเยนตว (Cooling rate) ของของเหลวเรวกวาเวลาทตองการใชส าหรบกระบวนการดงกลาวผลกจะไมสามารถเกดขนได เชน หากน าถกลดอณหภมอยางชาๆ ผานจดหลอมเหลว น าจะเปลยนสถานะจาก

6

ของเหลวเปนผลกของน าแขง ในทางกลบกนหากท าใหน าเยนตวดวยอตราทเรวพอ น าจะคงสภาวะเปนของเหลวทอณหภมต ากวาจดเยอกแขง เนองจากการเยนตวเกดขนอยางรวดเรวจนท าใหกระบวนการเกดผลกเกดขนไมทน สภาวะทสารคงสถานะเปนของเหลว ณ อณหภมทต ากวาจดหลอมเหลวนเรยกวา ของเหลวเยนยงยวด หรอ ซเปอรคลลควด (Supercooled liquid) หากลดอณหภมลงไปเรอยๆ น าจะกลายสภาพเปนของแขงทไมมผลก ปรากฏการณดงกลาวมลกษณะคลายกบการเกดแกว ซงสามารถเตรยมไดจากการหลอมวตถดบใหอยในสถานะของเหลว จากนนท าใหเยนตวอยางรวดเรวเพอไมใหเกดผลกและกลายเปนแกวในทสด รปท 2.2 แสดงอตราการเยนตวของวสดตอการเปลยนแปลงปรมาตร วสดทวไปเมอถกท าใหเยนตวลงจากสภาวะหลอมละลายอยางชาๆ สงผลใหโครงสรางของอะตอมเกดการเปลยนแปลง จนถงอณหภมหลอมละลาย (Melting temperature; Tm) ของเหลวจะเกดการตกผลก เมออณหภมลดลงไปเรอยๆ ในทสดของเหลวกจะกลายเปนของแขงทมผลก วสดทมรปผลกจะมจดหลอมเหลวทชดเจน การเปลยนแปลงสภาวะจากของเหลวเปนของแขงสงผลใหปรมาตรเกดการเปลยนแปลงอยางรวดเรว แตหากของเหลวถกท าใหเยนตวอยางรวดเรวและถกท าใหอยในสภาพซเปอรคลลควด โครงสรางของของเหลวจะจดเรยงตวกนใหมโดยพลงงานทสะสมภายในจะไมลดลงทนท เนองจากการจดเรยงตวทไมตอเนองในโครงสราง เมออณหภมลดลงความหนดของของเหลวจะเพมขน เปนผลใหอะตอมในโครงสรางไมสามารถขยบตวเพอจดเรยงตวใหมได ทายทสดอะตอมจะไมสามารถเคลอนทได (ถกตรงใหอยกบท) จนมสภาพเปนของแขงทไมมผลก สงหนงทแกวแตกตางจากของแขงโดยทวไปคอแกวไมมจดหลอมเหลวทชดเจนเหมอนกบของแขงอยางอน สมบตตางๆ ของแกวโนมเอยงไปทางของเหลวมากกวาของแขง อณหภมทแกวเปลยนสถานะจากของแขงเปนของเหลวถกเรยกวา อณหภมกลาส ทรานซชน (Glass transition temperature, Tg) อณหภมกลาสทรานซชนของแกวจะไมคงทขนอยกบอตราการเยนตวของน าแกว หากอตราการเยนตวของน าแกวชา อะตอมในโครงสรางจะมเวลาจดเรยงตวและคายพลงงานทสะสมอยไดมาก ท าใหไดแกวทมความหนาแนนมากกวาการใชอตราการเยนตวทเรว นอกจากนอตราการเยนตวทตางกนยงสงผลใหอณหภมกลาสทรานซชนของแกวตางกน หากใชอตราการเยนตวทชาจะสงผลใหอณหภมกลาสทรานซชนของแกวต ากวาการใชอตราการเยนตวทเรว

7

รปท 2.2 ความสมพนธระหวางอตราเยนตวตอการเปลยนแปลงปรมาตรของวสด (Carter et al., 2007)

เมอใหความรอนแกแกวอกครง (Reheated) ความหนดของแกวจะลดลงจนแกวออนตวพอทจะเกดการไหล ความสามารถในการควบคมความหนดของแกวดวยการควบคมอณหภมอยางระมดระวงเปนหวใจหลกของการขนรปแกว แกวอาจท าใหเกดการตกผลกภายในเนอไดดวยการน าไปผานกระบวนการทางความรอน (Heat treatment) ภายหลงจากขนรป แกวทมผลกภายในจะมสมบตพเศษ เชน มความแขงแรงสง ทนการเปลยนแปลงอณหภมอยางฉบพลนไดด แกวทมผลกภายในเรยกวา กลาสเซรามก (Glass ceramics)

2.2.1 องคประกอบของแกว แกวสวนใหญผลตจากซลกา (SiO2) และซลกาบรสทธสามารถผลตใหเปนแกวไดโดยการหลอมทอณหภมสงเกนกวา 1700 องศาเซลเซยส แลวท าใหเยนตวอยางรวดเรว แตเนองจากอณหภมในการหลอมเปนอณหภมทสงมาก ประกอบกบแกวทไดเปนแกวทมการขยายตวเนองจากความรอนต ามาก ดงนน แกวดงกลาวจงถกน าไปใชในงานเฉพาะทางเทานน แกวทใชโดยทวไปจงมการเตมวตถดบอนเพอท าใหอณหภมในการผลตแกวต าลง โดยวตถดบทเปนองคประกอบหลกทส าคญประกอบดวย 3 สวน ไดแก (1) วตถดบในกลมทสามารถเปลยนสภาพเปนแกวไดตามล าพงเรยกวา “Glass network former” (2) วตถดบในกลมทท าหนาทลดจดหลอมเหลวของแกวเรยกวา “Glass network modifier” และ (3) วตถดบในกลมทไมสามารถเปลยนสภาพเปนแกวไดตามล าพง

8

แตสามารถเขาไปแทรกตวรวมอยในโครงสรางของแกว เรยกวตถดบกลมนวา “Glass network co-former” วตถดบในกลมท (1) เปนสารประกอบทสามารถเปลยนสภาพเปนแกวไดตามล าพงโดยไมจ าเปนตองมสารประกอบอนชวย ตวอยางของวตถดบในกลมนไดแก ซลกา (SiO2) โบรอนออกไซด (B2O3) ฟอสฟอรสออกไซด (P2O5) เจอรเมเนยมออกไซด (GeO2) อารเซนกเพนตะออกไซด (As2O5) แอนตโมนไตรออกไซด (Sb2O3) เทลลเรยมไดออกไซด (TeO2) อารเซนกไตรออกไซด (As2O3) เปนตน วตถดบในกลมท (2) ท าหนาทลดจดหลอมเหลวของแกว เมอเตมเขาไปในสวนผสมแลวอะตอมหรอไอออนของวตถดบกลมนจะเขาไปแทรกตวท าใหโครงสราง (Network) ของแกวขาดจากกน โดยสวนใหญอะตอมของวตถดบกลมนจะมขนาดทใหญกวาวตถดบในกลมแรก สงผลใหพนธะของแกวออนลง ท าใหจดหลอมตว ความหนด และความคงทนตอสารเคมของแกวลดลงวตถดบกลมนไดแกออกไซดของแอลคาไล (Alkali) หรอออกไซดของแอลคาไลนเอรท (Alkaline earth) เชน โซเดยมออกไซด (Na2O) โพแทสเซยมออกไซด(K2O) แคลเซยมออกไซด (CaO) แบเรยมออกไซด (BaO) สตรอนเชยมออกไซด (SrO) และตะกวออกไซด (PbO) เปนตน โซเดยมออกไซดหรอแคลเซยมออกไซดมผลตอโครงสรางของแกวตางกน โดยอะตอมของโซเดยมจะไปท าใหพนธะระหวางซลกอนกบออกซเจนขาดออกจากกน ดงแสดงในรปท 2.3 ซงลกษณะของพนธะแบบนเรยกวา “Non-bridging oxygens (NBOs)” สงผลใหแกวละลายน า ในขณะทแมอะตอมของแคลเซยมจะท าใหพนธะระหวางซลกอนกบออกซเจนขาดออกจากกน แตไมท าใหเกด Non-bridging oxygens ดงแสดงในรปท 2.4 โครงสรางของแกวจงยงคงอย เปนผลใหเมอเตมแคลเซยมออกไซดในแกวจะท าใหแกวมความหนดเพมขนอยางรวดเรว และท าใหการละลายน าของแกวลดลง จงเปนสาเหตใหแกวเกอบทกชนดตองมแคลเซยมออกไซดเปนสวนประกอบ

9

รปท 2.3 การเกด Non-bridging oxygens ในแกวอนเปนผลมาจากการเตมอะตอมของโซเดยมเขาไปในโครงสรางของแกว (Eppler et al., 2000)

รปท 2.4 ต าแหนงอะตอมของแคลเซยมในโครงสรางของแกว (Taylor et al., 1986)

วตถดบในกลมท (3) ไมสามารถแปรสภาพเปนแกวไดตามล าพง แตเมอเตมเขาไปในโครงสรางของแกวแลวสามารถเขาไปแทรกตวรวมเปนสวนหนงของโครงสรางของแกวไดสารเหลานโดยสวนใหญจะสงผลใหแกวมความแขงแรงมากขน ทนตอการกดกรอนทางเคมไดดขน

10

และทนการใชงานทอณหภมสงไดด ตวอยางวตถดบในกลมนไดแก อะลมนา (Al2O3) ตะกวออกไซด (PbO) ไททาเนยมไดออกไซด (TiO2) และเซอรโคเนยมไดออกไซด (ZrO2) เปนตน

2.3 การเกดสในแกว

รปท 2.5 กลไกการมองเหนสในวตถตางๆ

สทเกดขนในแกวเกดจากความสามารถในการดดซบแสงทตางกนของแกวจนแสงทสองผานออกมาเขาตาเราจงเหนเปนสนนได ในกรณแกวดดซบแสงในทกๆ ความยาวคลนทตกเขามากระทบไดทงหมดจะสงผลใหแกวนนทบเพราะไมมแสงสองผาน (Transmission) ออกไปไดเลย แตถาแกวดดกลนแสงทความยาวคลนบางชวงเอาไว และยอมใหแสงทความยาวคลนทเหลอผานออกมา แกวนนจะมสของความยาวคลนแสงทผานออกมา ดงรปท 2.6 ยกตวอยางเชน แกวสแดง จะดดกลนแสงทความยาวคลนตงแต 400 ถง 600 นาโนเมตร เอาไว แลวจะปลอยใหแสงทความยาวคลนมากกวา 600 นาโนเมตร ผานออกไป ปจจยส าคญทควบคมความสามารถในการดดกลนแสงหรอสองผานแสง ม 2 ประการไดแก โครงสรางของแกว และ สารแตงส

2.3.1 ผลของโครงสรางของแกว (Glass structure) ตอการเกดสในแกว เมอน าวตถดบทม ออกไซด ตางๆ มาหลอมรวมกนเกดเปนโครงสรางของ

เนอแกว ทประกอบไปดวยพนธะออกซเจน 2 ชนด คอ Bridging oxygens (BOs) และ Non-bridging oxygens (NBOs) ทมสดสวนไมแนนอนขนอยกบองคประกอบทางเคมของวตถดบทใสเขาไป ในทางทฤษฏความสมพนธระหวางออกไซดในแกวตอโครงสรางแกวสามารถค านวณไดจากสมการท 2.1 (Duffy et al., 2002)

𝑐𝑎𝑙 = 𝑋𝐴 𝐴 + 𝑋𝐵 𝐵 + . . ., (2.1)

รปการ

มองเหนสในแกว

รปการมองเหน

สในแกว

11

เมอ 𝑐𝑎𝑙 = คา Glass basicity ของแกว 𝑋( ) = คา Molar proportions ของแตละออกไซด A, B และ อนๆ ตอคาออกไซดรวม ( ) = คาคงท Optical basicity ของแตละออกไซด A, B และ อนๆ

เมอแสงตกกระทบกบแกว โครงสรางของเนอแกวจะสงผลใหคลนแสงเกดการหกเห (Refraction), ดดกลน(Absorption) และสะทอน (Reflection) ออกมาในชวงความยาวคลนทตางกน ความสามารถในการหกเห สะทอน หรอดดกลนคลนแสงของแกวแตละชนดจะขนอยกบคากลาสเบสกซต (Glass basicity) ของแกว นอกจากนคาดงกลาวยงสงผลใหแกวแตละชนดมสทตางกนดวย จากงานวจยของ W. Thiemsorn et al. (2007) ซงศกษาองคประกอบทางเคมของแกวโซดา-ไลม (Soda-lime glass) ตอความสามารถในการดดกลนคลนแสงของแกวพบวา เมอปรมาณของโซเดยมออกไซด (Na2O) เพมสงขนสงผลใหคากลาสเบสกซต (𝑐𝑎𝑙) สงขนตามไปดวย เนองจากโซเดยมไอออน (Na+) แทรกเขาไปในโครงสรางแกวแลวจะไปท าใหสดสวนของพนธะ NBO / (BO+NBO) ทอยภายในโครงสรางแกวเปลยนแปลงไป จากน นเตมคอปเปอรออกไซด (CuO) เขาไปในแกวเพอท าใหเกดส ปรากฏวาสของแกวทใชในการทดลองมสน าเงนเขมขนตามคากลาสเบสกซต (𝑐𝑎𝑙) ท เพมขน จากผลการทดลองดงกลาวแสดงใหเหนวาเมอโครงสรางของแกวเกดการเปลยนแปลงจะสงผลใหความสามารถในการดดกลนคลนแสงและสของแกวเปลยนแปลงตามไปดวย

2.3.2 ผลของสารแตงส (Coloring agents) สารแตงส คอ สารทถกเตมเขาไปในแกวแลวสงผลใหแกวเกดสตางๆ

สามารถแบงสารแตงสออกไดเปน 2 กลมหลก ๆ ไดแก โลหะออกไซด (Metallic oxides) และ สารคลลอยดใหส (Colloidal colorants)

กลมท (1) โลหะออกไซด (Metallic oxides) เปนสารในกลมของธาตโลหะทรานซซน (Transition metals) และธาตแรรเอรธ (Rare earth elements) ซงมความซบซอนของการใหสในแกวเพราะมหลายสถานะออกซเดชน (Oxidation states) แลวในแตละสถานะของธาตเหลานจะใหสทแตกตางกนออกไป ตวแปรหลกทท าใหสารแตงสกลมนเกดสในแกวทไมคงท มาจากสภาพบรรยากาศ และอณหภมของการหลอมเปนปจจยทสงผลรบกวนตอการเกดสในแกว ดงตารางท 2.2 แสดงผลของสภาพบรรยากาศในการหลอมตอการเกดสแกวของโลหะออกไซดชนดตางๆ จากตารางจะพบวาหากตองการใหแกวมสมวงชมพ ตองใชสารแตงสของโลหะออกไซดเปนแมงกานสออกไซด (MnO2) และโคบอลออกไซด (CoO) รวมกบการปรบสภาวะบรรยากาศหรอสตรวตถดบในการหลอมใหมบรรยากาศการหลอมเปนแบบออกซไดซซง (Oxidizing) เปนตน

12

ตารางท 2.2 ความสมพนธของโลหะออกไซดและสภาพบรรยากาศในการหลอมทใหสในแกว

สแกว โลหะออกไซดและสภาพบรรยากาศในการใหส Blue CoO + CuO Blue green Fe2O3 + CoO Black Fe2O3 + MnO2 + NiO + CoO + CuO in oxidizing

conditions Copper ruby Cu2O in reducing conditions Rose violet MnO2 + CoO in oxidizing conditions Canary yellow TiO2 + CeO2

Green FeO in oxidizing conditions Green-blue FeO in reducing conditions

กลมท (2) สารคลลอยดใหส (Colloidal colorants) คอ สารใหสทอยในรปของอนภาคขนาดเลกมาก โดยสารดงกลาวมขนาดอนภาคเลกกวา 1000 องสตรอม เปนสารทไมสามารถมองเหนไดดวยกลองจลทรรศนธรรมดา อยางไรกตามอนภาคนประกอบไปดวยหลายพนอะตอมทมาจบกนจนเกดเปนโครงสรางของอนภาคขนาดเลกทใหสเฉพาะขนอยกบขนาด และชนดของอะตอมทมาจบเปนองคประกอบของคลลอยด (Colloid) และคณภาพสทไดของแกวทเตมสารแตงสชนดน ยงขนกบกระบวนการอบใหความรอน (Heat treatment) อกดวย สวนอนภาคคลลอยด (Colloidal) ทส าคญๆ ทนยมใชในงานอตสาหกรรมผลตแกวส ไดแก ทอง (Au) , คอปเปอร (Cu) และ แคดเมยมซลไฟร (CdS) เปนตน

2.3.3 การเกดสเขยวในแกวเนองจากการเจอปนของเหลกออกไซดในวตถดบ เหลกออกไซด (Fe2O3) ทปนมากบวตถดบทมคณภาพต า เชน ทรายแกว และโดโลไมต สงผลตอคณภาพและสมบตทางแสงของแกว โดยเหลกออกไซดจะดดกลนแสงในชวงทตามองเหน (Visible region) ท าใหแกวมสเขยว หากตองการใหสเขยวในแกวหายไปจ าเปนตองมกระบวนการฟอกส (Decolorization) เขามาชวย การฟอกสเขยวของแกวอนมสาเหตมาจากวตถดบทใชในการผลตมการปนเปอนเหลกออกไซดนนท าไดยาก และมความซบซอน ซงตองใชประสบการณ และความรทางดานเคม-ฟสกสของสารเคมและวตถดบในกระบวนการผลตแกวทอาจจะสงผลตอการเกดสในแกวได

สเขยวทพบในแกวมสาเหตมาจากเหลกออกไซดทอยในแกวสามารถอยได 2 สถานะ (States) นนคอ ไอออนเหลกเฟอรส (Fe2+) ทดดกลนคลนแสงทความยาวคลน 1050 นาโน

13

เมตร ท าใหเกดสเขยวอมน าเงนในแกว และไอออนเหลกเฟอรก (Fe3+) ทดดกลนคลนแสงทความยาวคลน 380 นาโนเมตร ท าใหเกดสเขยวออนอมเหลองในแกว ปฏกรยาของเหลกออกไซดใน 2 สถานะนจะเกดควบคกนไประหวางกระบวนการหลอมแกว โดยสถานะของเหลกออกไซดทงสองชนดนจะขนอยกบผลของสถานะรดอกซ (Redox states) รวมถงสารเคมทเตมเขาไปในสตรวตถดบดวย

สารเคมกลมหนงทมความส าคญในการควบคมการเกดสเขยวเนองจากเหลกออกไซดในแกว สารดงกลาวคอสารในกลมออกซไดซซง (Oxidizing agents) เชน โซเดยมซลเฟต (Na2SO4) และ โซเดยมไนเตรท (NaNO3) สารในกลมนมหนาทปลดปลอยกาซออกซเจน (O2) ใหกบน าแกวในกระบวนการหลอมและจะสงผลใหไอออนเหลกเฟอรส (Fe2+) ออกซไดซกลายเปนไอออนเหลกเฟอรก (Fe3+) ตามสมการท 2.2

4Fe3+ + 2O2− ↔ 4Fe2+ + O2 (2.2)

ปฏกรยาจะเปลยนไปทางซายมอ จะสงผลใหสแกวเขยวอมน าเงนของเหลกเฟอรสคอยๆ จางลงจนกลายเปนสเขยวออนจนถงสเหลองในรปเหลกเฟอรก กระบวนการดงกลาวขางตนนถกเรยกวา กระบวนการฟอกสแกวทางเคม

ในทางตรงกนขามคารบอน (C) จดเปนสารในกลมรดวซซง (Reducing agent) มหนาทดดซบกาซออกซเจน (O2) ภายในน าแกวหลอมชนดหนงทมผลรนแรงมาก คารบอนจะสงผลใหเกดปฏกรยาผนกลบโดยจะไปรดวซไอออนเหลกเฟอรก (Fe3+) เกดเปนไอออนเหลกเฟอรส (Fe2+) จนท าใหสแกวกลบมาเขยวเขมขนเนองมาจากมปรมาณของเหลกเฟอรสเพมมากขนในแกว

14

รปท 2.6 ผลของอณหภมในการหลอมตอแกวทมเหลกออกไซดทความยาวคลนตางๆ

นอกจากสารเคมทง 2 กลมดงทไดกลาวไปขางตนแลวนน ปจจยหนงทสงผลไมนอยไปกวาการเตมสารเคมดงกลาวคอ อณหภมทใชในการหลอมแกว Bahman and Behzad (2010) ไดศกษาความสมพนธระหวางอณหภมการหลอมทเปลยนแปลงกบสมบตทางแสงของแกวและปรมาณไอออนของทงเหลกเฟอรกและเหลกเฟอรส ดงแสดงผลการทดลองในรปท 2.7 จากรปจะเหนวาเมออณหภมการหลอมแกวเพมสงขนการดดกลนคลนแสงทความยาวคลน 1050 นาโนเมตร จะเพมมากขน การดดกลนคลนแสง ณ ความยาวคลนดงกลาวเปนลกษณะการดดกลนแสงเฉพาะ (Specific absorption peak) ของเหลกเฟอรส ผลการทดลองดงกลาวสอดคลองกบขอมลในตารางท 2.3 ซงแสดงใหเหนวาเมอเพมอณหภมการหลอมแกวจาก 1350 องศาเซลเซยส จนถง 1650 องศาเซลเซยส ปรมาณของไอออนเหลกเฟอรส (Fe2+) จะคอยๆ เพมสงขน ในทางกลบกนปรมาณไอออนเหลกเฟอรก (Fe3+) จะคอยๆ ลดลงตามล าดบ ดงนนจากการทดลองจงสรปไดวา การหลอมแกวทอณหภมสงจะสงผลใหแกวมสเขยวเขมขน

รปกราฟ และตารางการทดลองเรองเหลกออกไซดกบอณหภม

15

ตารางท 2.3 ความสมพนธของสดสวนไอออนเหลก 𝐹𝑒2+

𝐹𝑒3+ และอณหภมการหลอมทแตกตางกน

2.4 การฟอกสแกวดวยวธทางกายภาพ (Physical Decolorization)

รปท 2.7 แผนภมคสสมบรณของกระบวนการฟอกสทางฟสกส

คอการกลบสโดยใชหลกการผสมคสเพอใหเกดสสมบรณ (Complementary color) หรอสขาวใสจนท าใหแกวทเตมสารฟอกสชนดนเขาไปสามารถสองผานแสงไดทกๆ ความยาวคลนแสงในชวงทตามองเหน (Visible light) ตวอยางเชน แกวทมสเขยวอมน าเงนตองเตมสารฟอกสทใหสแดงอมชมพลงไป เพอไปกลบสเขยวอมน าเงนจนไดแกวสขาวใสดงแสดงในรปท 2.8 อยางไรกตามความใสของแกวทฟอกสดวยวธทางกายภาพน จะไมสวางใสเหมอนกบแกวทไมมการเตมสารฟอกสใดๆ เลย

Sample (oC) Fe3+ Wt% Fe2+ Wt% 𝑭𝒆𝟐+

𝑭𝒆𝟑+

1350 0.93 0.12 0.13 1450 0.88 0.17 0.19 1550 0.82 0.23 0.28 1650 0.81 0.24 0.29

รปกราฟ และตารางการทดลองเรองเหลกออกไซด

กบอณหภม

16

รปท 2.8 ปรภมส (Color Space Diagram)

2.4.1 ปรภมส (Color space diagram) ปรภมสถกสรางขนจากคาสทวดไดเครอง UV-VIS และน าคามาพรอทตามแกน X คอ a* (แทนสแดง-เขยว) และแกน Y คอ b* (แทนสเหลอง-น าเงน) เพอใชประโยชนในการหาต าแหนง และสถานะของสวาอยในโซนไหน และจะตองปรบคาสของแกวไปในทศทางใดใหใสขนใกลจดก าเนดสขาว ทต าแหนง (0,0) โดยปกตจะนยมใชกนแพรหลายในโรงงานอตสาหกรรมแกวและเซรามก ดงรปท 2.9 2.4.2 การประมาณปรมาณสารฟอกส (Color compensation strategy) เปนเทคนคใหมทถกพฒนาขนเพอมาใชควบคมคาสแกวใหอยในเกณฑมาตรฐานของโรงงานทก าหนด โดยใชหลกการสรางเวกเตอรส (Color vector) บนปรภมส Color space diagram ดงรปท 2.10 ซงในรปจะเหนวามเสนเวกเตอรสอย 2 เสน คอ เวกเตอรส “AD” ของเฟอรสซลไนด (FeSe) ทไดจากการวดคาคณภาพสในต าแหนง (a* และ b*) ของสตรแกวทคอยๆ เพมปรมาณความเขมขนของซลเนยมเขาไป และในสวนเวกเตอรส “AE” ของโคบอลต (Co)

ส

ทางฟสกส

งฟสกส

รปกราฟ และตารางการทดลองเรองเหลกออกไซดกบอณหภม

17

กสรางขนมาดวยลกษณะวธเดยวกน ดงนนถาเราตองการทจะควบคมสแกวเขยวในต าแหนงจด “A” ผานกระบวนการฟอกสใหเขาใกลต าแหนง “C” (จดก าเนดสขาว) มากทสด เพราะฉะนนจงตองประมาณปรมาณสโดยจ าลองเวกเตอรสใหมต าแหนง “B” หรอเสนเวกเตอรส “a” (เสนประ) ทเกดจากการรวมตวกนของเสนเวกเตอรส “b” กบเสนเวกเตอรส “c” โดยมจดเรมตนทต าแหนง “C” และปลายหวลกศรไปบรรจบทต าแหนง “B” นนเอง หรอสรปงายๆ คอ เราตองใชปรมาณของเฟอรสซลไนด จ านวน “b” หนวย และตองใชปรมาณของโคบอลต จ านวน “c” หนวย จงจะสามารถฟอกสเขยวของแกว “A” ไดพอด

รปท 2.9 การใชหลกการของเวกเตอรสในการค านวณปรมาณสารฟอกส

2.5 งานวจยทเกยวของ ตลอดระยะเวลาหลายสบปทผานมามการศกษากระบวนการฟอกสแกวกนอยางแพรหลายทงในงานวจย และในเชงภาคอตสาหกรรม ดงไดกลาวในเบองตนแลว แตกระบวนการฟอกสทมความส าคญกระบวนการหนงคอการฟอกสดวยวธทางกายภาพ และสารฟอกสทนยมใชงานในปจจบนมหลายชนด โดยประกอบดวย แมงกานสออกไซด (MnO2), โลหะซ ลเนยม (Se), สารประกอบซลเนยม (Selenium compound) และเออรเบยมออกไซด (Er2O3)

สาง

a

18

2.5.1 การใชแมงกานสออกไซดในการฟอกสแกว ในกระบวนการฟอกสแกวดวยวธทางกายภาพ แมงกานสออกไซด (MnO2) เปนสารชนดหนงทถกน ามาใชในการฟอกสของแกวตงแตยคอยปตโบราณ โดย N. Srisittipokakun (2011) และคณะท าการศกษาสมบตการดดกลนแสงและการใหสของสารแมงกานสออกไซด (MnO2) ในแกวโซดาไลมซลเกต (Soda-lime-silicate glass) และโซดาไลมบอเรต (Soda-lime-borate glass) ดวยการเตมแมงกานสออกไซดเขาไปในชวงรอยละ 0.00 ถง 0.50 โมล และท าการหลอมแกวดวยเตาไฟฟาทอณหภม 1500 องศาเซลเซยสของแกวโซดาไลมซลเกต และ 900 องศาเซลเซยสของแกวโซดาไลมบอเรต เปนเวลา 3 ชงโมง จากผลการทดลองพบวาความหนาแนนของแกวและคาดชนหกเหของแสง (Refractive index) มคาเพมขนเมอปรมาณของแมงกานสออกไซดเพมขน และเมอวดคาสโดยใชระบบ L*a*b* color ยงพบวาแมงกานสออกไซดใหสแดง (คา a*) เขมมากขนตามปรมาณทเตมเขาไปในแกวดวย ดงแสดงในตารางท 2.4 แตการเพมแมงกานสออกไซดยงสงผลท าใหคาความสวางของแกว (คา L*) ทไดลดลง ตารางท 2.4 ผล CIE L*a*b* ของแกวตวอยางทเตมแมงกานสออกไซด (MnO2)

Concentration of MnO2 (mol%)

Soda-lime-silicate Soda-lime-borate

L* a* b* L* a* b* 0.00 88.9247 -0.1455 1.3944 69.6470 0.6359 5.3907 0.10 79.7234 7.9651 1.0758 17.0557 8.8693 12.4255 0.20 66.0706 16.6776 0.9830 29.2288 19.2043 23.2772 0.30 61.3341 21.5880 0.0194 5.3643 14.3048 8.0738 0.40 49.8286 26.6743 0.1481 8.4447 21.9918 13.3664 0.50 42.3934 29.7320 -0.4715 1.9794 8.6053 3.4305

ตอมา Bahman and Behzad (2011) ได ศกษ าผลกระทบของการเตมส ารแมงกานสออกไซดทมตอ Oxidation states ของไอออนเหลกในสตรแกวโซเดยมซลเกต (Sodium silicate glass) ซง Bahman and Behzad (2011) ไดทดลองเพมปรมาณของแมงกานสออกไซดในชวงรอยละ 0.0-1.5 โมลเปอรเซนต และท าการหลอมแกวทอณหภม 1450 องศาเซลเซยส เปนเวลาชวโมงครง จากนนน าชนตวอยางทไดไปวเคราะหดวยเครองอปกรณ ยว-วสเบลสเปกโทรสโคป (UV-Vis spectroscopy) เพอวดสมบตทางแสง และท าการหาองคประกอบทางเคมของไอออน

19

เหลกเฟอรส (Fe2+) และเหลกเฟอรก (Fe3+) ดวยวธวเคราะห (Wet chemical analysis) จากผลการทดลองพบวา การดดกลนคลนแสงทความยาวคลน 1050 นาโนเมตร ลดลงเรอยๆ ตามปรมาณของการเตมสารแมงกานสออกไซดทเพมขนและลดต าสดทปรมาณรอยละ 1.5 โมลเปอรเซนต และปรมาณแมงกานสออกไซดดงกลาวสงผลใหสดสวนของไอออนเหลก

( 𝐹𝑒2+

𝐹𝑒3+ ) ลดต าลงจนเปนศนย จากผลการทดลองดงกลาวสามารถสรปความสมพนธของการ

เกดปฏกรยาระหวางแมงกานสไอออนและเหลกไอออนทอยในแกวไดดงสมการท 2.3

𝑀𝑛2+ + 𝐹𝑒3+ ↔ 𝑀𝑛3+ + 𝐹𝑒2+ (2.3)

จากสมการท 2.3 จะพบวาแมงกานสไอออน (Mn3+) สามารถออกซไดซไอออนเหลกเฟอรส (Fe2+) ไดด สงผลใหแกวสเขยวเขมทเกดจากไอออนเหลกเฟอรส ลดลงจนเปนสเขยวออนเหลองในรปของไอออนเหลกเฟอรก

แมแมงกานสออกไซด (MnO2) จะใหสแดงอมมวงเขมซงสามารถฟอกสเขยวของแกวไดด แตกไมสามารถใชงานไดในทกๆ สภาวะ กลาวคอ แมงกานสออกไซดจะกลบสเขยวของแกวไดดในสภาวะออกซเดชนเทานนและขอจ ากดอกประการหนงในการใชแมงกานสออกไซดเพอฟอกสในแกวคอ แกวทผานการฟอกสจะหมองคล าไมใสเมอใชงานไปนานๆ เนองจากเมอแกวถกแสงแดดกระทบแลวแมงกานสไอออน (Mn2+) จะปลดปลอยอเลกตรอนจนกลบไปเปนแมงกานสไอออน (Mn3+) ซงใหสมวงแดง ปรากฏการณดงกลาวถกเรยกวาโซลาไรทซง (Solarizing) วธแกไขปญหาแกวสหมองคล าเนองจากการใชแมงกานสออกไซดน สามารถท าไดโดยการเตมสารรดวซซง (Reducing agents) จ าพวกแอนตโมนไอออน (Sb3+) และซ เรยมไอออน (Ce4+) เขาไปในสวนผสมของแกว

2.5.2 สารฟอกสโลหะซลเนยม ซล เนยม (Se) จดเปนธาตโลหะทมการระเหยตวสงทอณหภมต งแต 300 องศาเซลเซยสขนไป มลกษณะเปนผงสด าละเอยดทขนาด 100 เมซ มใชงานแพรหลายในหลายอตสาหกรรม โดยเฉพาะอตสาหกรรมการผลตแกว ปฏกรยาการเกดสในแกวของโลหะซลเนยมคอนขางซบซอน เนองจากซลเนยมมหลายสถานะออกซเดชน (Oxidation states) โดยแตละสถานะจะใหสทแตกตางกนดงแสดงในสมการท 2.4

20

𝑆𝑒2− ↔ 𝑆𝑒𝑥2− ↔ 𝑆𝑒0 ↔ 𝑆𝑒4+ ↔ 𝑆𝑒6+ (2.4)

Colorless Brown Pink Colorless Colorless

จากสมการท 2.4 (T. Jitwatcharakomol , 2005) จะพบวาซลเนยมจะใหสในแกวไดเพยงแคสองสถานะออกซเดชนเทานน แตทนกเทคโนโลยแกวใหความสนใจและศกษากนมากจะอยในรปของ โพลซลไนด (Polyselenide, 𝑆𝑒𝑥

2−) สถานะดงกลาวเมอรวมตวกบเหลกไอออนแลวจะใหสแดงเขมอมน าตาล มชอเรยกวาเฟอรสซลไนด (Ferrous selenide, FeSe) แตเฟอรสซลไนดจะเกดไดภายใตสภาวะรดวซซงออนๆ เทานน

รปท 2.10 ความสมพนธของการสญเสยซลเนยมกบการสญเสยซลเฟอร ทสภาวะตางๆ

การฟอกสในอตสาหกรรมแกวใสในปจจบนใหความสนใจกบการใชสารโลหะซลเนยม (Se) ทใหสแดงอมชมพรวมกบสารโคบอลต (Co) ทใหสฟา การใชสารสองชนดรวมกนจะสามารถกลบสเขยวของแกวไดในชวงทกวางขน ตงแตชวงสของเหลกเฟอรสออกไซด (FeO) ทใหสเขยวเขมอมฟา จนถงชวงสของเหลกเฟอรกออกไซด (Fe2O3) ทใหสเขยวออนอมเหลอง T. Jitwatcharakomol (2005) ท าการศกษาปฏกรยาเคมของสารซลเนยมในกระบวนการหลอมแกวและน าไปใชในการควบคมสของแกวใส (Flint glass) โดยการเตมสารซลเนยมทความเขมขนตางๆ เขาไปในสตรแกวโซดาไลมซลเกต และมการปรบสภาวะรดอกซ (Redox condition) เปน 3 ชวงคอรดกชนออนๆ (Slightly reduction), ออกซเดชนออนๆ

21

(Slightly oxidation) และ ออกซเดชน (Oxidation) โดยท าการหลอมแกวทอณหภม 1480 องศาเซลเซยส เปนเวลา 3 ชวโมง จากนนน าตวอยางแกวทผานกระบวนการขดแตงผวแลวไปวเคราะหสมบตทางแสงดวยเครองยว-วสสเบล สเปคโตรโฟโตมเตอร (UV-Vis spectrophotometer) และองคประกอบทางเคมของแกวดวยเครองเอกซเรยฟลออเรสเซนทสเปคโตรมเตอร (X-ray fluorescence spectrometer) พบวาซลเนยมเกดการระเหยตวไดสงมากกวา รอยละ 90 หากมการเตมสารซลเฟตเกนกวารอยละ 0.4 โดยน าหนก จากรปท 2.11 แสดงความสมพนธระหวางการสญเสยซลเฟอร และการสญเสยซลเนยมในสภาวะรดอกซทแตกตางกน ผลจากกราฟแสดงใหเหนวา เมอเตมปรมาณซลเฟตมากขน ท าใหการสญเสยซลเฟอรเพมสงขน จะไปสงผลกระทบกบการสญเสยซลเนยมทเพมขนตามไปดวย และยงพบวาสารฟอกสทส าคญในกระบวนการฟอกสแกวทมคาเหลกออกไซดสงๆ นนคอ เฟอรสซลไนด (FeSe) โดยเกดจากการรวมตวของเฟอรสไอออน (Fe2+) ท าปฎกรยากบซลเนยมไอออน (Se2-) ทอณหภมประมาณ 1000 องศาเซลเซยส ซงเฟอรสซลไนดนเปนสารทมอทธพลตอการฟอกสในการผลตแกวของโรงงานอตสาหกรรมเพราะใหสแดงเขมน าตาล และมความเสถยรมากกวาโลหะซลเนยม

H. Müller-Simon (2002) ท าการศกษาการระเหยของซลเนยม 2 ชนด ไดแก โลหะซลเนยม (Se) และ ซงกซลไนท (ZnSeO3) ทถกเตมลงไปในเตาหลอมแกวเพอปรบสแกวใหใสขน หลงจากนนน าแกวทผลตไดไปวดปรมาณซลเนยมทเหลออยเทยบกบปรมาณซลเนยมทใสเขาไปตอนตน ผลการทดลองพบวาหลงการหลอม เนอแกวมซลเนยมเหลออยเพยง 1 ในลานสวนเทานน เนองจากซลเนยมเกดการระเหยระหวางกระบวนการหลอมแกวเกอบ 100 เปอรเซนต นอกจากน H. Müller-Simon ยงพบวาสารฟอกสท ง 2 ชนดใหผลในการฟอกสแกวไมแตกตางกนมากนก กลาวคอสารทงสองมประสทธภาพในการกลบสเขยวของแกวไดใกลเคยงกน อยางไรกตามจากการวจยของ H. Müller-Simon ไดใหขอสรปวา สารฟอกสทมผลมากตอกระบวนการผลตแกวใสคอ เฟอรสซลไนด (FeSe) ซงเกดขนไดเองตามกระบวนการหลอมแกวทมเหลกออกไซดและสารโลหะซลเนยมทอณหภมสง

ปจจบนสารฟอกสอกกลมหนงทก าลงเปนทสนใจ คอ สารฟอกสในกลมของสารประกอบซลเนยม (Selenium compound) เชน ซงกซลไนท (ZnSeO3) และ โซเดยมซลไนท (Na2SeO3) มนกวจยหลายคณะท าการศกษาผลของสารดงกลาวตอการฟอกสของแกว โดย K. Timmer (2010) ท าการศกษาเปรยบเทยบผลของการฟอกสแกวใส ระหวางสารประกอบซลเนยมทสงเคราะหไดจากดนชนดหนงทถกเรยกวาเกลอไตรอะรลซลโนเนยม (Triarylselenonium Salts) กบสารซงกซลไนท (ZnSeO3) ทดลองวดปรมาณการระเหยออกมาของซลเนยมออกไซด (SeO2) ใน

22

เตาหลอมไฟฟาทออกแบบมาพเศษทอณหภมแตกตางกน จากผลการทดลองในรปท 2.12 พบวาสารประกอบเกลอไตรอะรลซลโนเนยมชวยลดการระเหยของซลเนยมลงไดรอยละ 75 โดยน าหนก เมอเทยบกบสารซงกซลไนท และอตราการระเหยของสารประกอบทง 2 ชนดนจะสงขนในชวงอณหภม 1000 องศาเซลเซยส ถง 1200 องศาเซลเซยส อยางไรกตามแมสารประกอบซลโนเนยมจะใหผลดกวาแตกมผลกระทบท าใหน าแกวเกดฟองอากาศ (Foam)ไดเชนกน

รปท 2.11 กราฟแสดงการปลดปลอยซลเนยม ระหวางสารประกอบซลโนเนยม และ ซงกซลไนท

H. M. Simon และ P. Griebenow (2008) ศกษาเปรยบเทยบการระเหยของสารฟอกส ของซงกซลไนท (ZnSeO3), แคลเซยมซลไนท (CaSeO3) และโลหะซลเนยม (Se) ในเตาหลอมผลตภณฑแกวใสขนาดใหญ 200 ตนตอวน ทใชเชอเพลงเปนกาซธรรมชาต (NG) และเตาเปนแบบรงผงอยดานหลงหองหลอม (End-fired furnace) จากการศกษาพบวาโลหะซลเนยมมการระเหยตวสงมากเมอเทยบกบสารประกอบซลเนยมทสภาวะการหลอมและอณหภมเดยวกน แตแคลเซยมซลไนทมการระเหยของซลเนยมนอยทสด รองลงมาเปนสารซงกซลไนท แมวาสารประกอบของซลเนยมกลมนจะชวยลดปญหาการระเหยของซลเนยมลงไดมากแตยงไมไดรบความนยมมากนกในการน ามาใชในระดบอตสาหกรรม เพราะสารในกลมดงกลาวตองผานกระบวนการสงเคราะหทซบซอนจงท าใหมราคาแพง และยงไมมขอมลความชดเจนวาจะสามารถลดคาใชจายไดจรงในการผลตเชงอตสาหกรรม

รปกราฟแสดงการระเหยของ Se ทอณหภมตางๆ

23

2.5.3 สารฟอกสเออรเบยมออกไซด เออรเบยมออกไซด (Er2O3) จดเปนสารฟอกสทางฟสกสอกชนดหนงทมการศกษากนอยางกวางขวาง แมจะเปนธาตในกลมหายาก (Rare earth) และมราคาคอนขางสงกตาม แตดวยคณลกษณะทดกวาสารฟอกสชนดอนๆ กลาวคอ เปนสารทใหสชมพสวยและสม าเสมอคงท มความเสถยรในสภาพบรรยากาศในการหลอม และเกดการระเหยไดนอยหรอไมเกดการระเหยเลย จดเดนทส าคญประการหนงของเออรเบยมออกไซด คอ เปนสารทชวยปรบปรงสมบตทางแสงของเนอแกวใหดขน โดย W. Kaewwiset (2010) ไดท าการ ศกษาสมบตทางแสงของสารเออรเบยมออกไซดในแกวโซดาไลมซลเกต (Soda-lime-silicate glass) โดยการเตมสารเออรเบยมออกไซดเขาไปในแกวชวงรอยละ 0.00-0.50 โมล ใสเบาหลอมชนดพอรซเลน (Porcelain) ใชอณหภม 1200 องศาเซลเซยส เปนเวลา 3 ชวโมง ผลการทดลองพบวาความหนาแนนของแกวและคาดชนการหกเหของแสง รวมท งสมบตทางดานแสงอนๆ เพมขนตามปรมาณรอยละโมลเปอรเซนต ของเออรเบยมออกไซดทเพมขน และเมอวดคาการดดกลนคลนแสงในชวงความยาวคลน 300 ถง 1100 นาโนเมตร พบวาปรากฏพคการดดกลนคลนแสง (Absorption peak) ขนทคาความยาวคลน 378, 488, 520, 653, 801 และ 975 นาโนเมตร กบแกวทเตมสารเออรเบยมออกไซด และเมอเพมปรมาณรอยละโมลของเออรเบยมออกไซด (Er2O3) ขนไปยงสงผลตอคาความเขม (Intensity) ของทง 6 พคใหเพมมากขนตามไปดวย ซงพคดงกลาวแสดงใหเหนวา สารเออรเบยมออกไซดมการดดกลนแสงเฉพาะ (Specific absorption peak) ในความยาวคลนชวงใดไดบาง และเกดสชมพไดอยางไร นอกจากนนผวจยยงพบวาแกวมสชมพเพมขนเมอเพมปรมาณเออรเบยมออกไซดเขาไปในสตรแกวทดลอง

หลงจากนน W. Kaewwiset (2012) ไดท าการพฒนาการผลตพลอยเทยมสชมพขนมาจากการเตมสารเออรเบยมออกไซด (Er2O3) ในแกวโซดาไลมซลเกต เพอเปนแนวทางในการขยายผลตอกระบวนการผลตจรงในภาคอตสาหกรรมโดยการเตมเออรเบยมออกไซดเขาไปในแกวตวอยางตงแตรอยละ 0–5 โมลเปอรเซนต ผลการทดลองพบวาสารเออรเบยมออกไซดมสวนชวยใหเนอแกวมความแขงขนจนมคามากกวา 500 HV (คามาตรฐานของ Quartz คอ 450 HV) เมอเตมเออรเบยมออกไซด ทรอยละ 1.0 โมลเปอรเซนต และแขงใกลเคยงกบพลอยตามธรรมชาต (Topaz) นอกจากนแกวทเตรยมไดยงสามารถน ามาตดเจยระไนไดเหมอนกบพลอยจรงตามธรรมชาต ซงเปนคณลกษณะทดของแกวโซดาไลมชนดน และยงพบวาหากเพมปรมาณเออรเบยมออกไซดในแกวทปรมาณมากจะชวยใหเนอแกวมสชมพใสสวยและมคาสะทอนแสงมากขน ซงสมบตทง 2 ประการเปนองคประกอบหลกของพลอยเทยมทด และมแนวโนมทจะสามารถผลตในเชงอตสาหกรรมได

24

S. Berneschi (2006) ท าการศกษาสารเออรเบยมออกไซดในแกวโซดาไลมอลมโนซลเกต โดยการเตมเออรเบยมออกไซดเขาไปในแกวรอยละ 0.4 โมลเปอรเซนต และจากนนจงเพมปรมาณอลมนา (Al2O3) จากรอยละ 1 ถง 20 โมลเปอรเซนต พบวาเออรเบยมออกไซดทเตมเขาไปในแกวมสวนชวยเพมสมบตทางแสงของแกวใหดขน และสตรแกวทมความโปรงใส (Trasparency) มากทสดคอสวนผสมทมอลมนารอยละ 16.67 โมลเปอรเซนต นอกจากน S. Berneschi และคณะยงพบวาการเตมเออรเบยมไอออน (Er3+) และอตเทอรเบยมไอออน (Yb3+) ชวยเพมประสทธภาพทางดานการดดกลนและการสองผานแสงไดดกวาการเตมเออรเบยมไอออน (Er3+) เพยงอยางเดยว และเหมาะทจะน ามาท าเปนตวขยายสญญาณในเครอง Amplifier

แมจะมงานวจยทเกยวของกบการฟอกสแกวหลายหวขอ แตวายงไมพบงานวจยชนใดทสามารถพฒนาวธการควบคมการฟอกสแกวดวยปรภมส (Color space diagram) โดยใชเออรเบยมออกไซดรวมกบซลเนยมเปนสารฟอกส ซงผวจยคาดวาการใชเออรเบยมออกไซดรวมกบซลเนยมจะท าใหสามารถลดปรมาณการใชซลเนยมไดและยงสามารถฟอกสแกวในชวงสทกวางมากขน อนเปนผลใหสามารถใชวธดงกลาวฟอกสแกวทผลตจากทรายแกวในประเทศทมเหลกออกไซดเปนสารมลทนในปรมาณสงได เปาหมายของงานวจยนคอ พฒนากระบวนการฟอกสแกว (Decolorization of glass) เพอใหสามารถน าทรายแกวทมอยในประเทศมาใชในกระบวนการผลตใหไดมากทสดและทดแทนการน าเขาวตถดบจากตางประเทศ เพอชวยลดตนทนและเพมขดความสามารถในการแขงขนทางการคาใหกบภาคอตสาหกรรมแกวของประเทศไทย

25

บทท 3

วธการด าเนนการวจย

3.1 อปกรณทใชในการทดลอง เครองมอและอปกรณทใชในการเตรยมตวอยาง วเคราะหและทดสอบแสดงในตาราง ท 3.1

ตารางท 3.1 อปกรณทใชในการทดลอง อปกรณ ผผลต แบบ/รน

1. High Temperature Furnace (1450oC)

บ. สมสทธ จ ากด ท าในไทย Max. T=1700 oC

2. Annealing Furnace (570 oC) บ. ตรมรต จ ากด ท าในไทย Max. T=1200 oC

3. Oven dryer (100 oC) บ. SHARP EO-60K

4. Screen sieve no. 50 mesh บ. Retsch AS-200

5. Electronic Balance บ. AND EK-3000 i

6. Cutting Machine บ. Isomet T 1000 precision

7. Grinding and Polishing Machine

บ. Rocky MP-2B

8. X-ray Fluorescence Spectrometer

บ. Bruker S2-Ranger

9. UV-Vis Spectrophotometer บ. Analytik jena AG SPECORD®250

10. CNS Analyzer บ. LECO CNS-2000

11. Atomic Absorption Spectrometer

บ. Perkin-Elmer

12. Abbe refractometer บ. ATAGO 1T

26

วตถดบทใชไดจากโรงงานแกวปราการ จ ากด ซงมคณสมบตใกลเคยงกบกระบวนการหลอมแกวจรงในอตสาหกรรมโดยผานกระบวนการตรวจสอบวตถดบรบเขาแลวจากฝายประกนคณภาพ

3.2 วธการทดลอง การทดลองนจะเรมจากการเตรยมวตถดบและค านวณสตรการทดลองโดยน าวตถดบหลกท

ใชงานจรงในโรงงานอตสาหกรรม (บรษท แกวปราการ จ ากด) ไดแก ทรายแกว (SiO2), โดโลไมท (CaMg(CO3)2 ) และโซดาแอซ (Na2CO3) เปนตน ไปว เคราะหองคประกอบทางเคม ดวยเครองเอกซเรยฟลออเรสเซนทสเปคโตรมเตอร (XRF) จากนนน าผลทไดไปค านวณเปนสตรแกวตงตน (Base glass) แลวเตมสาร ออกซไดซซง (Oxidizing) และรดวซซง (Reducing) กบสารฟอกส (Colorant) ชนดตางๆ โดยค านวณดวยหลกการซมสน (Simpson’s concept) จากนนจงบดผสมใหเขากบสตรวตถดบแกวต งตน แลวใสลงในเบาหลอม (Alumina crucible) กอนน า ไปหลอมทอณหภม 1540 องศาเซลเซยส เปนเวลา 3 ชวโมง จากนนเทน าแกวหลอมไดลงบนแบบสแตนเลส (Stainless mold) ทเตรยมใหไดความหนา 10 มลลเมตร และน าไปอบทอณหภม 570 องศาเซลเซยส เปนเวลา 1 ชวโมง กอนปลอยใหตวอยางแกวเยนลงจนถงอณหภมหอง น าชนแกวทเตรยมไดไปตดตามขนาดทตองการและขดผวชนงานตวอยางใหเหมาะสมเพอน าไปวเคราะหสมบตตางๆ อนไดแก องคประกอบทางเคมของแกวดวยเค รอง XRF, ว ดค าสมบตทางแสงดวยเค รอง UV-Vis spectrophotometer เพอตรวจสอบคณภาพสแกว และน าไปหาคาการดดกลนคลนแสงของเฟอรสไอออน (Fe2+), เฟอรกไอออน (Fe3+) และ เออรเบยมไอออน (Er3+) จากนนน าคาตางๆ ทไดไปค านวณเพอสรางเวกเตอรสของเออรเบยมออกไซด (Er2O3) และ ซลเนยม (Se) บนปรภมส (Color space diagram) จากนนจะท าการวเคราะหและสรปผลการทดลองรายละเอยดการทดลองถกสรปไวในรปท 3.1

27

รปท 3.1 ขนตอนและวธการทดลองของงานวจย

จากรปท 3.1 สามารถแบงเปนขนตอนและวธการทดลองโดยละเอยด ดงน

3.2.1 การหลอมแกวตวอยาง 3.2.1.1 น าวตถดบทผานการผสมเรยบรอยแลวตามสตรมาเทใสลงในเบาอลมนา

(Alumina crucible) 3.2.1.2 น าเบาหลอมทมวตถดบ เขาเตาอบทต งอณหภมไว 570 องศาเซลเซยส

เปนเวลา 30 นาท เพอลดการแตกราวของเบาหลอมจากการเปลยนอณหภมฉบพลน 3.2.1.3 แลวน าเบาทผานการอนเขาเตาหลอมทตงอณหภมไว 1450 องศาเซลเซยส

เปนเวลา 3 ชวโมงทนท 3.2.1.4 ครบก าหนดเวลาน าเบาหลอมออกจากเตาโดยน ามาเทลงในแบบสแตน

เลส (Stainless) ทขนาด 3x3 เซนตเมตร ความหนาประมาณ 10 มลลเมตร ตามรปท 3.2 3.2.1.5 รบน าชนแกวทเทลงแบบแลวเขาเตาอบทนท โดยตงอณหภมรอไวท 570

องศาเซลเซยส แชทงไวภายในเตาอบเปนเวลา 1 ชวโมง และคอยๆ ลดอณหภมลงเพอคลาย

หลอมท 0541 องศา, 3 ชม.

ตดและขดแตงชนตวอยาง

วดสมบตทางแสงของแกวดวย UV-Vis

วเคราะหและสรปผลการทดลอง

อบท 471 องศา, 1 ชม.

สรางเวกเตอรบนปรภมสเพอใชควบคมการฟอกส

สตรแกวตงตน

บดผสม

สารฟอกส, สารปรบสภาวะ Redox states

ตรวจสอบ Oxides ดวย XRF

28

ความเครยดภายในเนอแกว จนถงอณหภมหอง (ทงไวขามคน) จงน าชนแกวไปผานกระบวนการตอไป

รปท 3.2 การเทสตรน าแกวหลอมลงในแบบสแตนเลส (Stainless)

3.2.2 การเตรยมตวอยางแกว และการใชเครองยว-วสสเบล สเปคโตรโฟโตมเตอร (UV-Vis spectrophotometer)

3.2.2.1 น าชนงานแกวทตองการวเคราะหมาตดดวยเครองตดแกวใหมขนาด 3x3x0.5 เซนตเมตร (กวางxยาว xหนา) โดยประมาณใหผวหนาทงสองดานตองไดระนาบกน 3.2.2.2 น าชนงานจากขอ 1 มาขดใหเรยบและไดระนาบดวยเครองขดแกวโดยใชใบขดเรยงตามล าดบดงน -ใบท 1 ความละเอยด 74 ไมครอน ขดเพอเอารวรอยหยาบหลงจากตดใหลดลง -ใบท 2 ความละเอยด 54 ไมครอน ขดเพอลบรอยขดทเกดจากใบขดหยาบใหผวเรยบพรอม ส าหรบขดผวละเอยด -ใบท 3 ความละเอยด 9 ไมครอน ขดผวละเอยดเพอใหผวแกวพรอมส าหรบขดเงาหรอและลบรอยขนแมวบนผวตวอยางแกว

29

-ใบท 5 เปนใบผาส าหรบขดเงา ใสน ายาทผสมระหวางซเรยมออกไซด (Cerium Oxide, CeO2) และน า ในอตราสวน 1 ตอ 1 เพอขดใหผวเงาไมมรวรอยขนแมว

รปท 3.3 เครองและอปกรณของยว-วสสเบล สเปคโตรโฟโตมเตอร (UV-Vis spectrophotometer)

3.2.2.3 วดความหนาชนแกวตวอยางทเตรยมไวดวยไมโครมเตอร (เพอใชแทนคาในการวเคราะห) แลวน าชนงานไปวเคราะหดวยเครองวดการดดกลนคลนแสง ยว-วสสเบล สเปคโตรโฟโตมเตอร (UV-Vis รน Specord 200) ทใชล าแสงแบบค ทตงคาการท างานใหทก 4 นาโนเมตร ตอการเกบขอมล 1 ครง ท าซ ากนแบบน 3 ครงเพอน าไปหาคาเฉลยของผลการวเคราะหผานตารางเกบขอมลในรปของโปรแกรม Excel ทไดผกสตรการค านวนคาตางๆ ไวเรยบรอย ตามรปท 3.3

3.2.3 การเตรยมตวอยางแกว และการใชเครองวดองคประกอบทางเคม (XRF Spectrometer) 3.2.3.1 ชงตวอยางแกวประมาณ 40 กรม

3.2.3.2 น าตวอยางแกวไปอบทอณหภม 200 องศาเซลเซยส ประมาณ 4 นาท 3.2.3.3 ชงตวอยางแกวทอบแลวประมาณ 20 กรม ใสเครองบด ตงเวลา 50 นาท 3.2.3.5 น าตวอยางทบดแลวใสถงซบลอค 3.2.3.4 ชงตวอยางทบดแลวประมาณ 8 กรมและแวกซ 2 กรมใสขวดผสมเขยาใหเขาเปนเนอเดยวกน

30

3.2.3.6 วางถวยอลมเนยมลงในเครองอด เทตวอยางทผสมแลวจากขอ 4 ลงในถวย (Aluminum cup) ท วางไวแลวอดตวอยางใหแนนและผวหนาตองเรยบไม มรอยแตก 3.2.3.7 น าตวอยางทผานการอดแลวเขาเครองเอกซเรยฟลออเรสเซนทสเปคโตรมเตอร (X-ray fluorescence) แบบจ าแนกชนของพลงงาน (EDX) สามารถวเคราะหองคประกอบทางเคมของแกวไดอยางละเอยดในชวง 100 เปอรเซนต จนถงระดบ 0.0040 เปอรเซนต ทต งโปรแกรมใหวดคารอยละออกไซดทเปนองคประกอบ (Oxide compositions) ตางๆ ไวเรยบรอยแลว ซงใชเวลาประมาณ 20 นาท ตามรปท 3.5

รปท 3.5 เครองและอปกรณของเอกซเรยฟลออเรสเซนทสเปคโตรมเตอร (XRF spectrometer)

3.2.5 การตรวจสอบคาเลขรดอกซ (Redox number, R) ในชวงการทดลองแรกจะเนนการศกษาสถานะรดอกซ (Redox states) ทมผลกบ

การใหสในแกวของสารเออรเบยมออกไซดทเตมในสตรวตถดบทใชทรายเวยดนาม 100 เปอรเซนต แบงออกเปน 9 สตรตามตารางท 3.2

รป

เครอง XRF

31

ตารางท 3.2 สวนผสมของสารเคมละเอยดทใชปรบสภาวะรดอกซของสตรแกวทใชทรายเวยดนาม 100 เปอรเซนต เพอมาค านวนคาเลขรดอกซ (R)

Glass batch Na2SO4 NaNO3 Sb2O3 Carbon Er2O3 (R)

0E-2.4 0.21 0.00 0.00 0.00 0.01 2.5

0E-10 0.21 0.62 0.05 0.00 0.01 10.0

0E'-5 0.72 0.62 0.03 0.09 0.00 5.0

0E-5 0.72 0.62 0.03 0.09 0.01 5.0

0E-15N

0.46 0.62 0.05 0.00 0.01 15.0

0E-15 0.72 0.20 0.00 0.00 0.01 15.0

0E'-20 0.72 0.62 0.03 0.00 0.00 20.0

0E-20 0.72 0.62 0.03 0.00 0.01 20.0

0E-30 0.85 1.25 0.06 0.00 0.01 30.0

รายละเอยดตวอยางการค านวณเลขรดอกซ (Redox number, R) จากสมการท 3.1 ไดดงน

𝑅 = Σ (𝑅𝑖 . 𝑚𝑖

∗) (3.1)

โดยท Ri คอ คามาตรฐาน (Standardized redox factors) ของสารเคมทใชปรบสถานะ

รดอกซ ตามตารางท 3.3

ตารางท 3.3 List of standardized redox factors ของวตถดบ (Raw materials) ตางๆ

Raw materials Chemical formula Ri per 2000 kg. sand

Coal (carbon) C: 100, 85, 65 % -6.70, -5.70, -4.40

Iron sulfide FeS -1.60

Pyrite FeS2 -1.20

Calumite® Multicomp. slag -0.073

Iron red Fe2O3 +0.25

Chili saltpeter NaNO3 +0.32

Sodium sulfate Na2SO4 +0.67

32

ตารางท 3.3 List of standardized redox factors ของวตถดบ (Raw materials) ตางๆ (ตอ) Raw materials Chemical formula Ri per 2000 kg. sand

Calcium anhydrite CaSO4 +0.70

Arsenic As2O3 +0.93

Manganese oxide MnO2 +1.09

น าคา Ri ททราบคาจากตารางท 3.3 มาคณกบปรมาณของวตถดบใน 1 batch การผสมทเทยบกบน าหนกทราย 2000 กก. ไดตามตารางท 3.5 (เปนตวอยางของสตร 0E-5) ตารางท 3.5 การค านวณคาเลขรดอกซ (R) ของสตรแกว 0E-5

วตถดบ mi mi* Ri Ri x mi* Sand 63.85 2000.0 -0.0005 -1.0

Soda ash 19.52 608.4 0.000 0.0

Dolomite 19.14 599.9 -0.002 -1.2

Alumina 0.49 18.5 0.000 0.0

Sodium sulfate 0.72 22.6 +0.670 15.1

Sodium nitrate 0.62 19.4 +0.320 6.2

Antimony 0.03 0.9 +0.730 0.7

Carbon 0.09 2.8 -4.300

00000

-14.9

Fe2O3 in glass 0.019 0.6 +0.25 0.2

SUM 015.56 Redox no. 5.0 โดยท mi* คอ ปรมาณวตถดบ mi ทเทยบตอทราย 2000 กก. (น าหนกแหง)

จะเหนวาคาจากการค านวนเลขรดอกซ (R) ของสตรแกว “0E-5” ในตารางท 3.5 มคา 4 ซงในการทดลองสตรแกวทงหมดตองท าการค านวนคาเลขรดอกซกอนทจะน าเขาสกระบวนการหลอมเพอใหมนใจวาสภาวะรดอกซทไดจะเปนไปตามทก าหนดและกสอดคลองกบวธของการผลตแกวใสในโรงงานอตสาหกรรมดวย

33

3.2.4 การตรวจสอบหาเปอรเซนตความเขมขนของเหลก 2+ และ 3+ เนองจากปรมาณเฟอรสไอออน (Fe2+) และ เฟอรกไอออน (Fe3+) ไมสามารถทราบ

ปรมาณไดจากเครองวด XRF ดงนนในงานวจยนเพอใหสะดวก และเหมาะสมกบสภาพการใชงานจรงของภาคอตสาหกรรมผลตแกว จงหาคาเปอรเซนตความเขมขน (% Concentration) ของเหลกไอออนของ Fe2+ และ Fe3+ จากผลการทดลองทไดจากสเปกตรม (Spectrum) ของเครอง UV-Vis spectrophotometer จากสมการท 3.2 (ตามกฏ Lambert-Beer’s Law) ไดดงน

𝐸 = 𝜀 ∗ 𝑐 ∗ 𝑑 = − log(

𝐼

𝐼𝑜) (3.2)

โดยท E คอคาการดดกลนคลนแสง (Extinction)

𝜀 คอคาสมประสทธการดดกลนคลนแสงของไอออน ( Extinction coefficients)

𝑐 คอความเขมขนของไอออนทใหสในเนอแกว (Colorant concentration)

𝑑 คอความหนาของชนแกวตวอยางทดสอบ (Sample thickness)

เพราะฉะนนจากสมการท 3.2 เราสามารถหาปรมาณความเขมขนของไอออนของธาตทใหสตางๆ เมอทราบคาสมประสทธการดดกลนคลนแสงของไอออนทความยาวคลน (Wavelength) หลก ทตองการไดในสมการท 3.3 และ 3.5 (T. Jitwatchakomol, 2005)

𝐸380 = 1.27 ∗ 𝑐𝐹𝑒3+ ∗ 𝑑 (3.3)

จากสมการท 3.3 จะเหนวาทความยาวคลน 380 นาโนเมตร จะเปนจดทน ามาค านวณหาคา %CFe3+

𝐸1050 = 9.10 ∗ 𝑐𝐹𝑒2+ ∗ 𝑑 (3.5)

จากสมการท 3.5 จะเหนวาทความยาวคลน 1040 นาโนเมตร จะเปนจดทน ามาค านวณหาคา %CFe2+

ไดเปนสมการท 3.4

𝑐𝐹𝑒2+ = 𝐸1050/(9.10 ∗ 𝑑) (3.4)

34

3.2.6 การตรวจสอบหาความหนาแนนของการดดกลนคลนแสง (Absorption density, cm-1) โดยปกตแลวแสงสวนใหญจะสองผานแกวไดตามคาเปอรเซนตการสองผานของ

แสง และมแสงเพยงบางสวนเทานนทถกดดกลน (Absorbed)ไวภายในโครงสรางของเนอแกวสงผลใหสแกวมลกษณะทบ และไมมนวาว ในกรณของแกวมปรมาณสารใหสจ าพวกโลหะหรอออกไซดทมคาการดดกลนคลนแสงเฉพาะ (Characteristic absorption peak) ในชวงความยาวคลนของแสงทตาเรามองเหน (Visible light) ยงจะสงผลใหการดดกลนคลนแสงสงมากขนไปดวย ตามสมการ ท 3.6

𝐴𝑏𝑠𝑜𝑟𝑝𝑡𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑡𝑦 = 𝐴/𝑑 (3.6)

โดยท 𝐴 คอคาการดดกลนคลนแสงในเนอแกว (Absorbance)

𝑑 คอคาความหนาของชนแกวตวอยางทดสอบ (Sample thickness)

3.2.7 การตรวจสอบหาเปอรเซนตความเขมขนของเหลกรวม (% Fetotal)

จากหวขอท 3.2.4 แมเราจะทราบความสมพนธของคาการดดกลนคลนแสง และคาไอออนเหลก Fe3+ กบ Fe2+ รวมในเนอแกวในสมการท 3.5 แตกยงมความคลาดเคลอนถาน ามาใชในกรณทสตรแกวผสมทรายไทย (จ. ระยอง) ในปรมาณสงๆ เพราะในทรายไทยสงปนเปอนนอกจากเหลกออกไซด แลวยงมโลหะออกไซดของสารใหสอยหลายชนดปนอย เชน โครเมยมออกไซด (Cr2O3) ทใหสเขยวเขมมากกวาเหลกออกไซดหลายเทาซงโลหะออกไซดใหสเหลานอาจจะไปรบกวนตอคาการดดกลนคลนแสงในชวง 380 ถง 740 นาโนเมตรได ดงนนในงานวจยนจงหาเปอรเซนตความเขมขนของเหลกรวมจากผลวเคราะหคาเปอรเซนตเหลกออกไซด (%Fe2O3) ทไดจากเครอง XRF spectrometer ดงแสดงในสมการท 3.7

% 𝐹𝑒𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = (0.699) ∗ (%𝐹𝑒2𝑂3) (3.7)

*โดยคาคงท 0.699 ไดมาจากการค านวณปรมาณของไอออนเหลกรวมภายในเหลกออกไซด 1 โมล

35

3.3 ตารางสตรการทดลองทใชทรายไทยรอยละ 30 และ 41 โดยน าหนก จะมงเนนการทดลองใชสารคสเออรเบยมออกไซดและซลเนยมฟอกสเขยวของแกวทมเหลก

ออกไซดปนเปอนมากขนเมอผสมทรายไทยเขาไปในสตรแกวต งแตรอยละ30 (ใชรหส 30ES) จนถงรอยละ 50 (ใชรหส 50ES) โดยก าหนดสถานะรดอกซ ทดทสดของผลการทดลองทไดในชวงแรกทมคาเหลกต าสดเปนการตอยอดเพอพฒนากระบวนการฟอกสเขยวในชวงทมคาเหลกมากกวารอยละ 0.020 โดยน าหนก และหาสดสวนทเหมาะสมของปรมาณสารฟอกสทง 2 ชนดในชวงคาเหลกตางๆ ได ตามตารางท 3.4

ตารางท 3.4 สวนผสมแกวทผสมทรายไทยรอยละ 30 และ 40 โดยน าหนกทค านวณเลขรดอกซ (R)

แกวตวอยาง Na2SO4 NaNO3 Sb2O3 Carbon Er2O3 Selenium (R)

30ES-5 0.46 0.62 0.05 0.06 0.005 0.001 5.0

30ES'-15 0.46 0.62 0.05 0.00 0.00 0.00 15.0

30ES-15 0.46 0.62 0.05 0.00 0.005 0.001 15.0

40ES-5 0.46 0.62 0.05 0.06 0.005 0.001 5.0

40ES'-15 0.46 0.62 0.05 0.00 0.00 0.00 15.0

40ES-15 0.46 0.62 0.05 0.00 0.005 0.001 15.0

*หมายเหต ในสตร 30ES จะมทรายไทยแทนทอยรอยละ 30 คดเปน 19.15 กรม และ สตร 50ES จะมทรายไทยแทนทอยรอยละ 50 คดเปน 31.92 กรม โดยคดจากน าหนกแหงทรายรวม 63.84 กรม

3.5 ตารางสตรการทดลองสรางเวกเตอรส (Color vectors) ศกษาขยายผลการทดลองจากขอมลทได เพอจะน ามาสรางเวกเตอรสของสารเออรเบยม

ออกไซด และซลเนยม ทอยในรปของเฟอรสซลไนด (Ferrous selenide ,FeSe) เปนตน โดยท าสตรสวนผสมวตถดบขนมาในแตละเวกเตอรส ตามตารางท 3.6 ซงมสตรแกวพนฐานมาจากการใชทรายไทยตอทรายเวยดนาม คอรอยละ 50 ตอ 40 โดยน าหนก จงสงผลใหสตรแกวตวอยาง (A) ทเราสนใจจะฟอกสเขยวใหใสขนนนมคาเหลกออกไซดอยรอยละ 0.0285 โดยน าหนก (ทไดจากผลวเคราะหของเครอง XRF) ตรงตามวตถประสงคของงานวจยในขอท 2 และ 3 หลงจากทไดเสนเวกเตอรสของเออรเบยมออกไซด และเฟอรสซลไนดแลว จะใชเทคนคการสรางเวกเตอรสเพอใช

36

ประมาณการสารแตงสทตองใชในการฟอกสไดและท าการหลอมสตรแกวทไดจากการค านวณ (B) ซ าอกครงเพอเปนการทวนสอบวาคณภาพสทไดอยในเกณฑมาตรฐาน ตรงตามคาเวกเตอรสทไดค านวณไวกอนหนานนหรอไมตามตารางท 3.6

ตารางท 3.6 สวนผสมแกวทน ามาสรางเวกเตอรส (Color vectors)

แกวตวอยาง เออรเบยมออกไซด (%) ซลเนยม (%)

Blank (A) 0.0000 0.0000

FeSe 5 0.0000 0.0005

FeSe 10 0.0000 0.0010

FeSe 30 0.0000 0.0030

Er 30 0.0030 0.0000

Er 100 0.0100 0.0000

Er 300 0.0300 0.0000

ในตารางท 3.6 และ 3.7 จะควบคมสถานะรดอกซ โดยใชคาเลขรดอกซ อยท 15 และ

เลอกใชสารออกซไดซซง (Oxidizing) และสารรดวซซง (Reducing) ทง 3 ชนด คอโซเดยมซลเฟต (Na2SO4) , โซเดยมไนเตรท (NaNO3) และแอนตโมนไตรออกไซด (Sb2O3) จะใหประสทธภาพในการฟอกสมากทสด (จากผลการทดลองในชวงแรก)

ตารางท 3.7 สวนผสมของแกวเพอใชทดสอบคาเวกเตอรส

แกวตวอยาง เออรเบยมออกไซด (%) ซลเนยม (%)

RC 100/10 0.0100 0.0010

RC 200/15 0.0200 0.0015

37

3.5 สรปตารางสตรและการควบคมสภาวะรดอกซททดลอง เพอใหเขาใจงายขนจงขออธบายสรปสตรตางๆ ทใชในการทดลองและการควบคมสภาวะร

ดอกซเพอใชในการศกษากระบวนการฟอกสในงานวจยน ดงแสดงในตารางท 3.8

ตารางท 3.8 สรปตวแปรและการควบคมสภาวะรดอกซทใชทงหมดในการทดลอง

แกวตวอยาง ทรายทใช (%) สารฟอกสทใช (%) เลขรดอกซ เวยดนาม ไทย เออรเบยม ซลเนยม

0E'-5 100 - - - 5 0E-5 100 - 0.010 - 5 0E-15N

100 - 0.010 - 15 0E-15 100 - 0.010 - 15 0E'-20 100 - - - 20 0E-20 100 - 0.010 - 20 0E-30 100 - 0.010 - 30

30ES-5 70 30 0.005 0.001 5 30ES'-15 70 30 - - 15 30ES-15 70 30 0.005 0.001 15 40ES-5 50 50 0.005 0.001 5 40ES'-15 50 50 - - 15 40ES-15 50 50 0.005 0.001 15

FeSe 5 50 50 - 0.0005 15 FeSe 10 50 50 - 0.0010 15 FeSe 30 50 50 - 0.0030 15 Er 30 50 50 0.0030 - 15 Er 100 50 50 0.0100 - 15 Er 300 50 50 0.0300 - 15

โดยวธการตงรหสของสตรจะมดงตอไปน หมายเลขตวแรกหนาสด คอ 0, 30 และ 40แสดงปรมาณของการใชทรายไทยแทนททรายเวยดนาม, ตวอกษรภาษาองกฤษแสดงชนดของสารฟอกส คอ E ใชแทนการเตมเออรเบยมออกไซด และ S ใชแทนการเตมซลเนยม และตวเลขหลงสด

38

แทนคาเลขรดอกซทสนใจในการทดลองสตรแกว โดยมงเนนหวขอวตถประสงคของการวจยเปนหลก เชน ในกลมสตร “E” น าหนาจะมงเนนศกษาการใหสของสารเออรเบยมออกไซดทสภาวะคารดอกซทแตกตางกน ตงแตคาเลขรดอกซ 4 จนถง 30 ในกลมสตร “30ES” และ “50ES” จะศกษากระบวนการฟอกสเขยวในแกวเมอแทนททรายเวยดนามดวยทรายไทยทรอยละ 30 และ 40 โดยน าหนก ซงท าการเตมสารฟอกสรวมกนทงสารเออรเบยมออกไซดและซลเนยม และท าการควบคมคาเลขรดอกซใหเหมาะสมไปดวย และในกลมสดทายสตร “FeSe” และ “Er” เปนการศกษาวตถประสงคในหวขอสดทาย คอการประยกตใชปรภมสเพอชวยในกระบวนการฟอกสเขยวในแกวผานการสรางเวกเตอรสของทงสารเฟอรสซลไนด (FeSe) และ เออรเบยมออกไซด (Er) นนเอง

39

บทท 4 ผลการศกษาและการวเคราะหผล

4.1 การศกษาคาองคประกอบทางเคมของแกวตวอยาง (Oxide Compositions) 4.1.1 องคประกอบทางเคมของทรายเวยดนาม ผลการทดสอบตวอยางทรายเวยดนามมาเพอท าการหาคารอยละของออกไซด ดวยเครอง XRF แสดงในตารางท 4.1 จากผลการวเคราะหจะเหนวาทรายเวยดนามมความบรสทธสงเพราะมซลกา (SiO2) มากกวารอยละ 99.5 โดยน าหนก แตมคาเหลกออกไซด (Fe2O3) ต ามาก นอยกวารอยละ 0.0150 โดยน าหนก จงจดเปนวตถดบหลกทดเหมาะกบอตสาหกรรมผลตแกวใสคณภาพสง จ าพวกภาชนะแกวบนโตะอาหาร (Tableware glasses) ตารางท 4.1 ผลวเคราะหองคประกอบทางเคมของทรายเวยดนาม ตวอยาง SiO2 TiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O Cr2O3 LOI

VE 99.68 0.019 0.055 0.0114 0.005 0.015 0.012 0.008 0.0004 0.132

4.1.2 องคประกอบทางเคมของทรายไทย ผลการทดสอบตวอยางทรายไทยมาเพอท าการหาคารอยละของออกไซด (%Oxide compositions) ดวยเครอง XRF แสดงในตารางท 4.2 จะเหนวาทรายไทยมปรมาณ ซลกา (SiO2) ต ากวาทรายเวยดนามอยรอยละ 0.5 โดยน าหนก แตมคาเหลกออกไซด (Fe2O3) สงมากกวารอยละ 0.040 โดยน าหนก จงจดเปนทรายคณภาพต า และไมเหมาะทจะน ามาเปนวตถดบหลกในการผลตภาชนะแกวใส ดวยเหตนจงจ าเปนตองใชกระบวนการฟอกสแกวเขามาชวยปรบปรงคณภาพส

ตารางท 4.2 ผลวเคราะหองคประกอบทางเคมของทรายไทย ตวอยาง SiO2 TiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O Cr2O3 LOI

TH 99.11 0.023 0.442 0.0430 0.016 0.012 0.149 0.043 0.0018 0.187

40

4.1.3 องคประกอบทางเคมของแกวทใชทรายเวยดนาม 100 เปอรเซนตโดยน าหนก หลงจากทผานกระบวนการหลอมเรยบรอย และไมมฟองอากาศจนแกวใสเปนเนอเดยวกน จงน าชนตวอยางแกว ไปวเคราะหองคประกอบทางเคม ดวยเครอง เอกซเรยฟล ออเรสเซนซ (XRF) ส าหรบแกวทใชทรายเวยดนามรอยละ 100 โดยน าหนก แสดงในตารางท 4.3 จะเหนวาองคประกอบทางเคมของแกวประกอบไปดวยซลกา (SiO2) รอยละ 70 - 72 โดยน าหนก โซเดยมออกไซด (Na2O) รอยละ 14-16 โดยน าหนก และ แคลเซยมออกไซด (CaO) รวมกบแมกนเซยมออกไซด (MgO) รอยละ 11-13 โดยน าหนก และมมลทนของเหลกออกไซด (Fe2O3) เฉลยรอยละ 0.0170 โดยน าหนก ผลการทดลองแสดงใหเหนวาแกวตวอยางมองคประกอบทางเคมอยในกลมของแกวโซดาไลม (Soda-lime-glass) และจดเปนแกวทมคณภาพสงในดานความขาวใส ทกตวอยางมองคประกอบทางเคมทใกลเคยงกน เนองจากเปนสวนผสมในชด (Batch) เดยวกน สงทแตกตางกนในแตละตวอยางคอปรมาณสารทใชในการควบคมคาเลขรดอกซ (R) ตามตารางท 3.2 โดยรหส 0E'-5, 0E-5, 0E-15N, 0E-15, 0E'-20, 0E-20,และ 0E-30 แสดงตวอยางแกวทมคาเลขรดอกซ เปน 5, 5, 15, 15, 20, 20 และ 30 ตามล าดบ และมองคประกอบทางเคมตามตารางท 4.3 ในสวนของแกวสตร 0E-2.5 และ 0E-10 ทมคาเลขรดอกซ เปน 2.5 และ 10 มปรมาณฟองละเอยดมาก จงไมสามารถใชน ามาวดสมบตทางเคมและทางแสงได แตไดเพมเตมเนอหาของสตรทงสองนไวในภาคผนวกแลว

ตารางท 4.3 ผลวเคราะหองคประกอบทางเคมของแกวทใชทรายเวยดนามรอยละ 100 โดยน าหนก แกวตวอยาง SiO2 Na2O CaO MgO Al2O3 Er2O3 Fe2O3 SO3

0E'-5 71.61 14.96 7.52 4.06 1.36 0.000 0.0173 0.220

0E-5 71.47 15.12 7.48 4.13 1.43 0.010 0.0162 0.219

0E-15N 71.39 15.21 7.50 4.20 1.26 0.010 0.0168 0.224

0E-15 71.65 15.09 7.38 4.11 1.47 0.010 0.0171 0.237

0E'-20 71.58 15.07 7.41 4.09 1.53 0.000 0.0175 0.242

0E-20 71.51 15.38 7.34 4.14 1.29 0.010 0.0169 0.248

0E-30 71.49 15.32 7.39 4.08 1.58 0.010 0.0164 0.260

41

4.1.4 องคประกอบทางเคมของแกวทใชทรายไทยแทนททรายเวยดนามในป รมาณ รอยละ 30 และ 50 โดยน าหนก

ตารางท 4.4 ผลวเคราะหองคประกอบทางเคมของแกวทผสมทรายไทยรอยละ 30 และ 50 โดย น าหนก แกวตวอยาง

SiO2 Na2O CaO MgO Al2O3 Er2O3 Fe2O3 SO3

30ES-5 71.49 15.13 7.53 4.14 1.39 0.005 0.0238 0.205

30ES'-15 71.61 15.10 7.46 4.10 1.41 0.000 0.0250 0.217

30ES-15 71.54 15.09 7.47 4.09 1.46 0.005 0.0245 0.224

50ES-5 71.28 15.13 7.49 4.17 1.62 0.005 0.0288 0.230

50ES'-15 71.37 14.89 7.58 4.24 1.60 0.000 0.0276 0.216

50ES-15 71.45 14.94 7.37 4.18 1.53 0.005 0.0280 0.221

องคประกอบทางเคมของแกวหลงจากผสมทรายไทยแทนททรายเวยดนามรอยละ 30 และ 50 โดยน าหนก จากการวเคราะหโดย XRF แสดงในตารางท 4.4 องคประกอบทางเคมของแกวตวอยางตามสตร30ES-5, 30ES'-15, 30ES-15, 50ES-5, 50ES'-15 และ 50ES-15 ซงแกวทงหมดมออกไซดสอดคลองตามเกณฑมาตรฐานของแกวโซดาไลม (T. Jitwatcharakomol, 2005) โดยมเปอรเซนตออกไซดหลกๆ เชน ซลกา, โซเดยมออกไซด และแคลเซยมออกไซดมคาใกลเคยงกน และอยในชวงทควบคมคอไมเกน ± 5 เปอรเซนต แมแทนททรายไทยเขาไปในจ านวนทไมเทากนกตาม ยกเวนปรมาณเหลกออกไซดในแกวทมปรมาณเพมขนตามสดสวนของทรายไทยทเพมขน ดงแสดงในกราฟท 4.1 เมอแทนททรายเวยดนามดวยทรายไทยรอยละ 30 และ 50 โดยน าหนก จะสงผลใหปรมาณเหลกออกไซดในเนอแกวเพมขนรอยละ 0.0075 และ 0.0112 โดยน าหนก ตามล าดบ

42

รปท 4.1 กราฟแสดงความสมพนธของปรมาณทรายไทยทใชแทนททรายเวยดนาม กบปรมาณคา เหลกออกไซดในเนอแกว

สาเหตทท าใหแกวมปรมาณเหลกออกไซดเพมขน เนองจากทรายไทยมเหลกออกไซดเจอปนอยในปรมาณมาก (รอยละ 0.0430 โดยน าหนก) ซงมปรมาณสงกวามาตรฐานการใชในการผลตภาชนะแกวใส สวนผลตางของชลกา (SiO2) ทอยในแกวมปรมาณนอยมากเมอเทยบกบปรมาณทงหมดของซลกา ซงไมเปนนยยะ และไมมผลตอโครงสรางแกวทเปลยนแปลง (W. Thiemsorn, 2007) และไมสงผลกระทบตอกระบวนการฟอกสของแกว

4.1.5 องคประกอบทางเคมของแกวทใชสรางเวกเตอรส (Color vectors) ในองคประกอบทางเคมของแกวทใชทรายไทยแทนททรายเวยดนามรอยละ 50

โดยน าหนก ถกน ามาหลอมเปนแกวตวอยาง เพอใชศกษาปรภมส (Color space diagram) ผานการสรางเวกเตอรสเออรเบยมออกไซด (Erbium oxide vector) ใชสญลกษณ “Er” และเวกเตอรสซลเนยม (Selenium vector) แตเวกเตอรสซลเนยม จะอยในสารประกอบของเฟอรสซลไนด (Ferrous selenide) ใชสญลกษณ “FeSe” เปนการพฒนาเพอศกษากระบวนการฟอกสแกวทมคาเหลกสง จากสตรวตถดบทใชทรายไทยแทนททรายเวยดนาม

0.00

0.01

0.02

0.03

0.04

0 20 40 60

ปรมาณเหล

กออก

ไซด (

รอยล

ะโดย

น าหน

ก)

ปรมาณทรายไทยทใชแทนท (รอยละโดยน าหนก)

43

ตารางท 4.5 ผลวเคราะหองคประกอบทางเคมของแกวทใชสรางเวกเตอรส (Color vectors) แกวตวอยาง SiO2 Na2O CaO MgO Al2O3 Er2O3 Fe2O3 SO3

Glass (A) 71.37 15.49 7.08 4.14 1.60 0.000 0.0276 0.216

FeSe 5 71.29 15.44 7.18 4.11 1.71 0.000 0.0269 0.209

FeSe 10 71.14 15.41 7.04 4.04 1.81 0.000 0.0278 0.223

FeSe 30 71.23 15.53 6.98 4.18 1.71 0.000 0.0275 0.218

Er 30 71.26 15.58 7.01 4.10 2.04 0.003 0.0281 0.212

Er 100 71.19 15.50 6.97 4.04 2.10 0.010 0.0279 0.220

Er 300 71.12 15.48 7.05 4.10 1.90 0.030 0.0270 0.208

จากผลการวเคราะหองคประกอบทางเคมของแกวทใชสรางเวกเตอรส แสดงในตารางท 4.5 จะเหนวาองคประกอบออกไซดหลก เชน ซลกา, โซเดยมออกไซด และแคลเซยมออกไซดของแกวทกตวอยางมคาใกลเคยงกน และอยในมาตรฐานของโรงงานผลตแกวใส โดยมเหลกออกไซดเจอปนอยในเนอแกวเฉลยรอยละ 0.0275 โดยน าหนก ซงใกลเคยงกบสตรแกวทใชทรายไทยรอยละ 50 โดยน าหนก ของผลการทดลองกอนหนาน น สวนปรมาณของเออรเบยมออกไซด มคาเพมขนตามปรมาณทใสเขาไปในสตรวตถดบจากรอยละ 0.0030 จนถง 0.0300 โดยน าหนก ซงสอดคลองกบการค านวณสวนผสมกอนการหลอมแกว แตส าหรบปรมาณของซลเนยมมนอยมากทหลงเหลอในแกว คาดวานาจะมนอยกวารอยละ 0.0010 โดยน าหนก ซงเครอง XRF ไมสามารถวดได แตในการวจยนจะขอวดปรมาณคาสแดงทเพมขน และมความสอดคลองกบปรมาณการเตมซลเนยม จงขออธบายในหวขอถดไป (ผลวเคราะหคณภาพสแกว)

และเมอน าแกวตวอยางทไดจากการค านวณบนปรภมสมาหลอมซ าเพอทดสอบการใชงานเวกเตอรสในหวขอทผานมา พบวาองคประกอบทางเคมของแกวมความใกลเคยงกนทงหมด และคาเหลกออกไซดในเนอแกวเฉลยรอยละ 0.0277 โดยน าหนก และปรมาณเออรเบยมออกไซดเพมขนจากรอยละ 0.010 ถง 0.020 โดยน าหนก ตามปรมาณทค านวณไว แตในสวนของซลเนยมไมสามารถตรวจวดไดซงมปรมาณนอยมา ดงแสดงในตารางท 4.6

44

ตารางท 4.6 ผลวเคราะหองคประกอบทางเคมของแกวททวนสอบการใชเวกเตอรส แกวตวอยาง SiO2 Na2O CaO MgO Al2O3 Er2O3 Fe2O3 SO3

RC 100/10 71.67 15.19 7.27 4.18 1.53 0.010 0.0280 0.211

RC 200/15 71.45 15.12 7.11 4.16 1.76 0.020 0.0274 0.207

สรปจากผลการวเคราะหแกวตวอยางทงหมดดวยเครอง XRF ในหวขอท 4.1 จะเหนวาองคประกอบหลกโดยรวมของออกไซดทมในแกวสอดคลองจดเปนแกวโซดา-ไลมในอตสาหกรรมและใกลเคยงกนทกสตร ยกเวนปรมาณของเหลกออกไซดทเพมขนตามปรมาณทรายไทยทใชมากขนนนเอง จากนนจงน าแกวตวอยางทงหมดไปวเคราะหสมบตทางแสงตอไป

4.2 ความสามารถในการสองผานของแสง (Light transmission) ในแกว ความสามารถในการสองผานของแสงในแกวตวอยางสามารถตรวจสอบไดดวยอปกรณ ย

ว-วสเบลสเปกโทรโฟโตมเตอร (UV-Vis spectrophotometer) ซงเปนเครองมอทใชในการตรวจวดปรมาณแสงในชวงความยาวคลนตงแต 300-1100 นาโนเมตร ซงเปนความยาวคลนในชวงของรงสยว จนถงแสงสขาว เกอบจะใกลอนฟาเรด ทสองทะลผานหรอถกดดกลนไวในวตถชนดตางๆ ผลทไดจะแสดงออกมาในรปความสมพนธของคาการสองผานของแสงและความยาวคลน (Wavelength) หรอทเรยกวาสเปกตรม (Spectrum) สวนผสมของแกวทมการแทนททรายไทยดวยทรายเวยดนามรอยละ 0, 30 และ 50 โดยน าหนก ถกท าการทดสอบคาการสองผานโดยมรายละเอยดดงตอไปน

4.2.1 สตรแกวทใชทรายเวยดนาม 100 เปอรเซนต

45

รปท 4.2 สเปกตรม (Spectrum) ของแกวทใชทรายเวยดนาม 100 เปอรเซนตโดยน าหนก ของแกว ตวอยางสตร 0E-20, 0E’-20, 0E-15N, 0E-15, 0E-30, 0E’-5 และ 0E-5 แสดงคาการสอง ผานของแสงทความยาวคลนตางๆ

ในชวงความยาวคลนตงแต 400 นาโนเมตร จนถง 750 นาโนเมตร ของแสงสขาวทตาเรามองเหน (Visible region) คาการสองผานแสง (Transmission) ในแกวมคามากกวารอยละ 90 ดงแสดงในรปท 4.2 ตวเลขดงกลาวแสดงใหเหนวาแสงสามารถสองผานเนอแกวไดด เนองจากเนอแกวมความโปรงใสมากเพราะมปรมาณเหลกออกไซดเจอปนอยในปรมาณนอย และพค (Peaks) การดดกลนคลนแสง ณ ความยาวคลน 380, 520 และ 1050 นาโนเมตร เกดจากการดดกลนคลนแสงของไอออนของสารใหส Fe3+, Er3+ และ Fe2+ ตามล าดบ ตวอยางแกวทงหมดแสดงพคท 380, 520 และ 1050 นาโนเมตร ยกเวนแกวทไมไดเตมเออรเบยมออกไซด (สตร 0E’-5 และ 0E’-20) จะไมปรากฎพคการดดกลนคลนแสง (Absorption peak) ทความยาวคลน 520 นาโนเมตร ความแตกตางของพคการดดกลนคลนแสงมความเกยวของกบเลขรดอกซ (R) ทตางกน เนองจากเลขรดอกซสงผลกระทบตอทงโครงสรางของเนอแกว และสถานะออกซเดชน (Oxidation states) ของไอออนสารใหสใหเปลยนแปลงไป จงท าใหแกวทมเลขรดอกซตางกนมความสามารถในการดดกลนคลนแสงทตางกนไปดวย

46

รปท 4.3 กราฟความสมพนธของคาความหนาแนนของการดดกลนคลนแสง (วงกลม) ทเลข รดอกซตาง ๆ ของแกวตวอยางทใชทรายเวยดนาม 100 เปอรเซนต ทความยาวคลน 380 นาโนเมตร

รปท 4.4 กราฟความสมพนธของคาความหนาแนนของการดดกลนคลนแสง (สามเหลยม) ทเลข รดอกซตาง ๆ ของแกวตวอยางทใชทรายเวยดนาม 100 เปอรเซนต ทความยาวคลน 1050 นาโนเมตร

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0 5 10 15 20 25 30 35

ความหน

าแนน

ของการดด

กลนค

ลนแส

ง

เลขรดอกซ

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0 10 20 30 40

ความหน

าแนน

ของการดด

กลนค

ลนแส

ง

เลขรดอกซ

47

ตารางท 4.7 และรปท 4.3-4.4 แสดงความสมพนธระหวางความหนาแนนของการดดกลนคลนแสง (Absorption density) ของแกวกบเลขรดอกซ (R) ทแตกตางกน ความหนาแนนของการดดกลนคลนแสง เปนคาทแสดงใหเหนถงปรมาณการดดกลนคลนแสงของแกวทความหนาของชนงานเทาๆ กน เมอคาเลขรดอกซเปลยนแปลงจะสงผลตอคาการดดกลนคลนแสงทความยาวคลน 380 และ 1050 นาโนเมตรอยางเหนไดชด ซงความยาวคลนดงกลาวเปนความยาวคลนเฉพาะ (Characteristic wavelength) ของเหลกเฟอรกไอออน (Fe3+) และเฟอรสไอออน (Fe2+) ตามล าดบ เมอเพมเลขรดอกซใหสงขน โดยการเพมสารออกซไดซซง (Oxidizing agent) จะสงผลใหเหลกในรปเฟอรสไอออน ถกออกซไดซเปนเฟอรกไอออน จงท าใหคาความหนาแนนของการดดกลนคลนแสงของแกวทความยาวคลน 380 นาโนเมตรมแนวโนมเพมขน ในขณะทคาความหนาแนนของการดดกลนคลนแสงทความยาวคลน 1050 นาโนเมตรมแนวโนมลดลง ดงแสดงในรปท 4.3 และ 4.4 ตามล าดบ โดยพจารณาความแตกตางระหวางเลขรดอกซจาก 5 เปน 30 ของสตร “0E-5” และ “0E-30” ทความยาวคลน 380 นาโนเมตร คาความหนาแนนของการดดกลนคลนแสงมการเปลยนแปลงจาก 0.056 cm-1 เปน 0.064 cm-1 และทความยาวคลน 1050 นาโนเมตร คาความหนาแนนของการดดกลนคลนแสงมการเปลยนแปลงจาก 0.054 cm-1 เปน 0.046 cm-1 อยางไรกตามคาเลขรดอกซไมสงผลตอความยาวคลนท 520 นาโนเมตร เนองจากความยาวคลนดงกลาวเปนลกษณะความยาวคลนเฉพาะของเออรเบยมไอออน และ คาเลขรดอกซไมสงผลตอสถานะออก ซเดชนของเออรเบยมไอออน เพราะเออรเบยมไอออน มคาสถานะออกซเดชนเดยวคอ +3

ตารางท 4.7 คาความหนาแนนของการดดกลนคลนแสงของแกวทใชทรายเวยดนามรอยละ 100 โดย น าหนก

ตวอยาง เลขรดอกซ ความหนาแนนของการดดกลนคลนแสง (cm-1 ) band

380 nm 520 nm 1050 nm

0E'-5 5 0.052 0.041 0.053

0E-5 5 0.056 0.048 0.054

0E-15N 15 0.062 0.046 0.048

0E-15 15 0.060 0.051 0.057

0E'-20 20 0.051 0.040 0.049

0E-20 20 0.058 0.048 0.050

0E-30 30 0.064 0.047 0.046

48

4.2.2 แกวทใชทรายไทยแทนททรายเวยดนามในปรมาณรอยละ 30 และ 50 โดยน าหนก

รปท 4.5 สเปคตรม (Spectrum) ของแกวทใชทรายไทยแทนททรายเวยดนามในปรมาณ

รอยละ 30 และ 50 โดยน าหนก โดย 30ES-5, 30ES’-15, 30ES-15, 50ES-5, 50ES’-15 และ 50ES-15 แสดงคาการสองผานของแสงทความยาวคลนตางๆ

เมอท าการผสมทรายไทยทมคณภาพต าเขาไปเพมขนในสตรแกว แลวน าชนงานตวอยางไปวเคราะหสมบตทางแสง ดงแสดงในรปท 4.5 จะเหนวาความสามารถในการสองผานของแสงในแกวทใชทรายไทยแทนททรายเวยดนามในปรมาณรอยละ 30 และ 50 โดยน าหนก กรณคาการสองผานของแสงในแกวทใชทรายไทยแทนททรายเวยดนามรอยละ 30 โดยน าหนกมคาสงกวา 90 เปอรเซนต แตในขณะทแกวทใชทรายไทยแทนททรายเวยดนามรอยละ 50 โดยน าหนกมคาการสองผานของแสงนอยกวา 90 เปอรเซนต เนองจากเมอเพมการแทนททรายไทยดวยทรายเวยดนามสงผลใหปรมาณการเจอปนของเหลกออกไซดในเนอแกวเพมสงขนจงสงผลตอความสามารถในการสองผานของแสงลดลงตามไปดวยแตกยงขนอยกบการปรบสภาพรดอกซให

49

เหมาะสมดวย นอกจากนยงพบวาเลขรดอกซสงผลตอความสามารถในการสองผานของแสงอยางเหนไดชดเจน ยกตวอยางแกวทใชทรายไทยแทนททรายเวยดนามรอยละ 50 โดยน าหนก และมเลขรดอกซเทากบ 5 คอสตร “50ES-5” มคาการสองผานของแสงทต ามากเมอเทยบกบตวอยางอนๆ โดยมคาเทากบ 86 เปอรเซนต และต ากวามาตรฐานแกวใสในอตสาหกรรม

พคการดดกลนคลนแสงทแสดงความยาวคลนเฉพาะของไอออน Fe3+, Er3+ และ Fe2+ สามารถตรวจพบไดในแกวตวอยาง ดงแสดงในตารางท 4.8 และรปท 4.6-4.8 จากผลการทดลองพบวาความสมพนธระหวางความหนาแนนของการดดกลนคลนแสงของแกวตวอยางกบเลขรดอกซทแตกตางกน จากสวนสตรทใชทรายไทยแทนททรายเวยดนามรอยละ 50 โดยน าหนก (กลมสตร 50ES) เลขรดอกซทมคาสงจะสงผลใหคาความหนาแนนของการดดกลนคลนแสงลดต าลงมากอยางเหนไดชด แตคาเลขรดอกซทเปลยนแปลงกลบไมสงผลมากนกตอแกวตวอยางทใชทรายไทยแทนททรายเวยดนามรอยละ 30 โดยน าหนก (กลมสตร 30ES) ดงแสดงในรปท 4.6, 4.7 และ 4.8 ตามล าดบ ในกรณของสตรแกว (50ES-5) ทมเลขรดอกซเทากบ 5 และมปรมาณเหลกออกไซดในเนอแกวสง อาจจะท าให เกดสารประกอบให ส เฟอรสซ ลไนด (FeSe) ขนได (T.Jitwatcharakomol, 2005) โดยมการดดกลนคลนแสงทสงในชวงความยาวคลน 450 ถง 550 นาโนเมตร สงผลใหแสงสองผานไดนอยกวาสตร “50ES-15” ทมเลขรดอกซเทากบ 15 จงท าใหแสงสองผานในแกวไดนอย และมคาความหนาแนนของการดดกลนคลนแสงสงตลอดชวงความยาวคลนแสงทตามองเหน (Visible light)

50

รปท 4.6 กราฟความสมพนธของคาความหนาแนนของการดดกลนคลนแสง และเลขรดอกซของ แกวทใชทรายไทยรอยละ 30 และ 50 โดยน าหนก ทความยาวคลน 380 นาโนเมตร (จด วงกลมคอสตรทผสมทรายไทยรอยละ 30 และจดสามเหลยมคอสตรทผสมทรายไทย รอยละ 50 โดยน าหนก)

รปท 4.7 กราฟความสมพนธของคาความหนาแนนของการดดกลนคลนแสง และเลขรดอกซของ แกวทใชทรายไทยรอยละ 30 และ 50 โดยน าหนก ทความยาวคลน 520 นาโนเมตร(จด วงกลมคอสตรทผสมทรายไทยรอยละ 30 และจดสามเหลยมคอสตรทผสมทรายไทย รอยละ 50 โดยน าหนก)

0

0.03

0.06

0.09

0.12

0.15

0.18

0 5 10 15 20ความหน

าแนน

ของการดด

กลนค

ลนแส

ง

เลขรดอกซ

0

0.03

0.06

0.09

0.12

0.15

0.18

0 5 10 15 20

ความหน

าแนน

ของการดด

กลนค

ลนแส

ง

เลขรดอกซ

51

รปท 4.8 กราฟความสมพนธของคาความหนาแนนของการดดกลนคลนแสง และเลขรดอกซของ แกวทใชทรายไทยรอยละ 30 และ 50 โดยน าหนก ทความยาวคลน 1050 นาโนเมตร (จด วงกลมคอสตรทผสมทรายไทยรอยละ 30 และจดสามเหลยมคอสตรทผสมทรายไทย รอยละ 50 โดยน าหนก)

และเมอน าแกวตวอยางทมสภาวะรดอกซแตกตางกนมาค านวณคาความหนาแนนของการดดกลนคลนแสงจากสมการท 3.6 และแสดงผลตามตารางท 4.8 จะเหนวาคาการดดกลนคลนแสงของแกวเกอบทกตวอยางมคาสงเกนกวา 0.080 cm-1 ทความยาวคลน 380 และ 1050 นาโนเมตร ตามล าดบ เนองมาจากปรมาณเฟอรกไอออน (Fe3+) และเฟอรสไอออน (Fe2+) มอยในแกวปรมาณมากเพราะมาจากการแทนทของทรายไทยทมคาเหลกออกไซดเจอปนสง จงท าใหการสองผานของแสงไดนอยกวาสตรแกวทใชทรายเวยดนาม 100 เปอรเซนต และโดยปกตแลวคาความหนาแนนของการดดกลนคลนแสงตามมาตรฐานแกวใสควรจะมคานอยกวา 0.100 cm-1 ในความยาวคลนชวงแสงสขาวทมองเหน

0

0.04

0.08

0.12

0.16

0.2

0 5 10 15 20ความหน

าแนน

ของการดด

กลนค

ลนแส

ง

เลขรดอกซ

52

ตารางท 4.8 คาความหนาแนนของการดดกลนคลนแสง ของแกวทใชทรายไทยรอยละ 30 และ 50 โดยน าหนก

4.2.3 แกวส าหรบสรางเวกเตอรส (Color vector)

รปท 4.9 สเปคตรม (Spectrum) ของแกวทใชสรางเวกเตอรส โดย Er30, Er100, Er300, FeSe5, FeSe10, FeSe30 และ Glass (A) แสดงแกวทคาการสองผานของแสงและความยาวคลน ตามล าดบ

ตวอยาง เลขรดอกซ ความหนาแนนของการดดกลนคลนแสง (cm-1 )

380 nm 520 nm 1050 nm 30ES-5 5 0.091 0.073 0.087

30ES’-15 15 0.084 0.063 0.078

30ES-15 15 0.098 0.079 0.081

50ES- 5 5 0.163 0.145 0.190

50ES’-15 15 0.124 0.098 0.119

50ES-15 15 0.099 0.077 0.086

53

แกวทงหมดมคาการสองผานของแสงในแกวมากกวา 90 เปอรเซนต ยกเวนแกวทไมไดใสสารฟอกส ดงแสดงในรปท 4.9 นอกจากนจากภาพจะพบวาเมอเพมปรมาณเออรเบยมออกไซด จะสงผลใหพคของการดดกลนคลนแสงทความยาวคลน 520 นาโนเมตร เดนชดมากขน ในขณะทเมอการเพมปรมาณซลเนยม จะสงผลใหเกดชวงกวางของพคการดดกลนคลนแสงในชวงความยาวคลน 480 ถง 510 นาโนเมตร ซงเปนชวงการดดกลนคลนแสงเฉพาะของสารประกอบใหสแดงแกมน าตาลของสารเฟอรสซลไนด ทกลาวมาแลวในตอนตน

ตารางท 4.9 คาความหนาแนนของการดดกลนคลนแสงของแกวทสรางเวกเตอรส (Color vectors)

เมอน าสตรแกวทผสมทรายไทยรอยละ 50 โดยน าหนก และควบคมเลขรดอกซเทากบ 15 แลวท าการค านวณหาคาความหนาแนนของการดดกลนคลนแสง ทความยาวคลนเฉพาะ ดงตารางท 4.9 จะพบวาคาความหนาแนนของการดดกลนคลนแสงทความยาวคลน 380 นาโนเมตร มความแตกตางกนเลกนอย เปนผลมาจากการดดกลนคลนแสงของเฟอรกไอออน และ คาความหนาแนนของการดดกลนคลนแสงทความยาวคลน 520 นาโนเมตร กใหผลเหมอนกนแตมแนวโนมเพมขนตามปรมาณการเพมขนของเออรเบยมออกไซด แตส าหรบสตรแกวทใชซลเนยมมการเปลยนแปลงคาทความยาวคลนในชวงนเชนเดยวกนเพราะไดรบอทธพลจากสารประกอบเฟอรสซลไนดตามทไดอธบายไวหวขอทแลว ส าหรบคาความหนาแนนของการดดกลนคลนแสงทความ

ตวอยาง เลขรดอกซ ความหนาแนนของการดดกลนคลนแสง (cm-1 ) 380 nm 520 nm 1050 nm

Glass (A) 15 0.128 0.098 0.115

FeSe 5 15 0.121 0.093 0.110

FeSe 10 15 0.117 0.098 0.105

FeSe 30 15 0.126 0.100 0.108

Er 30 15 0.128 0.105 0.113

Er 100 15 0.126 0.109 0.109

Er 300 15 0.133 0.114 0.111

54

ยาวคลน 1050 นาโนเมตร มความแตกตางกนไมมาก เพราะในตวอยางแกวทงหมดมปรมาณของเฟอรสไอออนในปรมาณทใกลเคยงกน

รปท 4.10 สเปคตรม (Spectrum) ของแกวทไดจากการประมาณสของเวกเตอรส โดย RC 100/10, RC 200/15 และ Glass (A) แสดงคาการสองผานของแสงทความยาว คลนตางๆ

เมอน าแกวททราบคาปรมาณสารฟอกสผานเวกเตอรสทสรางขนไปทดสอบหลอมซ าในสภาวะการหลอมแบบเดม ดงแสดงในรปท 4.10 จะเหนวาแกวทไมไดเตมสารฟอกส มคาการสองผานของแสงนอยกวารอยละ 90 และเมอเพมปรมาณเออรเบยมออกไซดในเนอแกวพบวาพคการดดกลนคลนแสง ทความยาวคลน 520 นาโนเมตร สามารถตรวจพบไดอยางชดเจน และแกวทงหมดยงสามารถตรวจพบพคการดดกลนคลนแสง ทความยาวคลน 380 นาโนเมตร ซงเปนผลมาจากการเจอปนของเฟอรกไอออน ในเนอแกว

4.3 สถานะรดอกซ (Redox states) ของแกว

โดยทวไปในอตสาหกรรมแกวสถานะรดอกซ (𝐹𝑒2+

𝐹𝑒𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙) ของแกวทอยในสภาวะ

หลอมเหลว จะถกรายงานออกมาในรปของปรมาณของเฟอรสไอออน (Fe2+) ทหาไดจากการดดกลนคลนแสงทความยาวคลน 1050 นาโนเมตร เทยบกบไอออนรวมของเหลกทงหมดทหาได

55

จากผลวเคราะหปรมาณเหลกออกไซด (Fetotal) ทเหลออยภายในเนอแกว สถานะรดอกซมความเชอมโยงโดยตรงกบเลขรดอกซ ดงทอธบายในหวขอทผานมา และสงผลตอคาการดดกลนคลนแสงของเฟอรกไอออน และ เฟอรสไอออน ทความยาวคลน 380 และ 1050 นาโนเมตร ตามล าดบ โดยตารางท 4.10 แสดงสดสวนระหวาง ปรมาณเฟอรสไอออน ตอ ปรมาณไอออนของเหลกรวมทมในเนอแกว ตารางท 4.10 สถานะรดอกซ (Redox states) ของแกวตวอยางทใชทรายเวยดนาม 100 เปอรเซนต

ตวอยาง

เลขรดอกซ ปรมาณเหลก 2+ (%)

2+เกก2+

ปรมาณเหลกรวม (%) สถานะรดอกซ

0E'-5 5 0.00128 0.0121 0.105

0E-5 5 0.00105 0.0114 0.092

0E-15N 15 0.00084 0.0117 0.073

0E-15 15 0.00132 0.0120 0.110

0E'-20 20 0.00123 0.0122 0.103

0E-20 20 0.00103 0.0118 0.087

0E-30 30 0.00080 0.0115 0.070

จากตารางท 4.10 พบวาในสวนไอออนของเหลกทงหมดในเนอแกวมคาเฉลยเทากบ 0.00118 0.00030 เปอรเซนตโดยน าหนก ซงปรมาณดงกลาวจดอยในกลมแกวทมการเจอปนของเหลกในปรมาณต า และเปนแกวคณภาพสง จากรปท 4.11 แสดงใหเหนวาเมอเพมคาเลข รดอกซสงผลใหปรมาณเฟอรสไอออน และสถานะรดอกซในแกวลดต าลงจากคา 0.092 เปน 0.070 เนองจากการเพมเลขรดอกซโดยการเพมสารออกซไดซซง (Oxidizing agents) จะสงผลใหเฟอรสไอออนกลายเปนเฟอรกไอออนมากขน อยางไรกตามแกวทมปรมาณเหลกรวมใกลเคยงกนแตถาปรบสภาวะรดอกซไดเหมาะสม เชน แกวตวอยางทเตมสารรอยละ 0.46 โชเดยมซลเฟต, 0.62 โซเดยมไนเตรท และ 0.05 แอนตโมนไตรออกไซด โดยน าหนก (สตร 0E-15N) แมจะมคาเลขรดอกซไมสงแตกลบพบวาแกวตวอยางดงกลาวมปรมาณเฟอรสไอออนนอยและมสถานะรดอกซในแกวลดต าลงมาก ปรากฏการณดงกลาวเกดขนเนองจากในการปรบเลขรดอกซนนมการใชสารออกซไดซซง หลายชนดรวมกนซงไดแกโซเดยมซลเฟต, โซเดยมไนเตรท และ แอนตโมนไตรออกไซด

56

รปท 4.11 ความสมพนธระหวางคาเลขรดอกซ ตอคาสถานะรดอกซและปรมาณเฟอรส ไอออน ของแกวทใชทรายเวยดนาม 100 เปอรเซนต (กราฟแทงคอคาสถานะร ดอกซ และ เสนสด าคอปรมาณเหลก 2+)

เมอแทนททรายเวยดนามดวยทรายไทยในปรมาณทเพมมากขนพบวาผลของเลข รดอกซตอแนวโนมของปรมาณเฟอรสไอออน และสถานะรดอกซในแกวยงคงเดม กลาวคอ เมอเพมเลขรดอกซแลวพบวาปรมาณเฟอรสไอออน และสถานะรดอกซมคาลดต าลง ดงแสดงในตารางท 4.11 และ รปท 4.12 แมการแทนททรายเวยดนามดวยทรายไทยจะสงผลใหการเจอปนของเหลกออกไซดมคามากกวามาตรฐานการผลตแกวใส แตดวยการควบคมเลขรดอกซ พบวาสามารถลดปรมาณเฟอรสไอออน ซงสงผลใหสเขยวในแกวลดลงได จนสถานะรดอกซมคาใกลเคยงกบการ

ใชทรายเวยดนาม 100 เปอรเซนตโดยน าหนก คอคาสดสวน (𝐹𝑒2+

𝐹𝑒𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙) นอยกวา 0.10 ตาม

มาตรฐานแกวใส

0

0.0004

0.0008

0.0012

0.0016

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

5 5 15 15 20 20 30

สถานะรดอ

กซ

เลขรดอกซ

สถานะรดอกซ

ปรมาณเหลก Fe2+ปรมาณเหลก 2+

57

ตารางท 4.11 สถานะรดอกซ ของแกวทใชทรายไทยรอยละ 30 และ 50 โดยน าหนก ตวอยาง

เลขรดอกซ ปรมาณเหลก 2+ (%)

2+เกก2+

ปรมาณเหลกรวม (%) สถานะรดอกซ 30ES-5 5 0.00176 0.0166 0.110

30ES’-15 15 0.00163 0.0175 0.093

30ES-15 15 0.00135 0.0171 0.079

50ES- 5 5 0.00290 0.0202 0.144

50ES’-15 15 0.00182 0.0193 0.094

50ES-15 15 0.00158 0.0196 0.081

รปท 4.12 ความสมพนธระหวางคาเลขรดอกซ ตอคาสถานะรดอกซและปรมาณเฟอรส ไอออน ของแกวทใชทรายไทยรอยละ 30 และ 50 โดยน าหนก (กราฟแทงคอคา สถานะรดอกซ และ เสนสด าคอปรมาณเหลก 2+)

ในการสรางปรภมสไดเลอกใชแกวทมการแทนททรายเวยดนามดวยทรายไทยรอยละ 50 โดยน าหนก และควบคมคาเลขรดอกซใหคงทท 15 จงสงผลใหในทกตวอยางมปรมาณเหลก

0

0.0005

0.001

0.0015

0.002

0.0025

0.003

0.0035

00.020.040.060.080.1

0.120.140.16

5 15 15 5 15 15

สถานะรดอ

กซ

เลขรดอกซ

สถานะรดอกซ

ปรมาณเหลก Fe2+

ปรมาณเหลก 2+

ทรายไทยรอยละ 70 ทรายไทยรอยละ 50

58

ออกไซดทอยในรปของเฟอรสไอออน ในปรมาณใกลเคยงกน ดงแสดงในตารางท 4.12 โดยมปรมาณเฟอรสไอออน เฉลยเทากบรอยละ 0.00176 0.00006 โดยน าหนก และมสถานะ รดอกซเฉลยเทากบ 0.091 0.003 ซงอยในมาตรฐานทดของแกวใส

ตารางท 4.12 สถานะรดอกซของแกวทใชสรางเวกเตอรส (Color vectors) ตวอยาง

เลขรดอกซ

ปรมาณเหลก 2+ (%)

2+เกก2+

ปรมาณเหลกรวม (%) สถานะรดอกซ Glass (A) 15 0.00185 0.0191

0.097

FeSe 5 15 0.00171 0.0188 0.090

FeSe 10 15 0.00181 0.0195 0.093

FeSe 30 15 0.00173 0.0193 0.089

Er 30 15 0.00179 0.0197 0.091

Er 100 15 0.00168 0.0196 0.086

Er 300 15 0.00175 0.0189 0.092

4.4 การศกษาคณภาพส (Color properties) ของแกว นอกจากเครองยว-วสเบลสเปกโทรโฟโตมเตอร (UV-Vis spectrophotometer) จะแสดงคาความ สามารถในการสองผานของแสงไดแลว เครองนยงสามารถแสดงคาคณภาพสของเนอแกวไดอกดวยโดยแสดงออกมาในรปของ L*, a* และ b* ซงเปนคาทแสดงถง ความสวาง-ความทบแสง (คา L*), คาสแดง-เขยว (คา a*) และคาสเหลอง-น าเงน (คา b*) ตามล าดบ ในการศกษาคณภาพสของแกวในงานวจยนจะพจารณาเฉพาะคาในแกน a* และแกน b* เทานนเพอใชในการสรางแกนของปรภมสส าหรบควบคมกระบวนการฟอกสของแกวตวอยางใหมประสทธภาพมากขน 4.4.1 คณภาพสของแกวทใชทรายเวยดนามรอยละ 100 โดยน าหนก

59

รปท 4.13 ผลคาส a* และ b* โดยแกวสตร 0E-5, 0E’-5, 0E-15, 0E-15N, 0E-20, 0E’-20, 0E- 30 และ Ref. บนปรภมส (Color space diagram) ทใชทรายเวยดนาม 100 เปอรเซนต

รปท 4.13 แสดงปรภมสทใชในกระบวนการฟอกสของแกวซงสรางจากคา a* และ b* ดงแสดงในตารางท 4.13 พกด (Coordinate) (0,0) แสดงจดทแกวมสขาวและความใสสวาง (Brightness) มากทสด เสนปะแสดงบรเวณทความขาวและความใสของแกวทอยในเกณฑมาตรฐานทสามารถผลตเพอจ าหนายได จากการทดลองพบวาแกวทใชทรายเวยดนามรอยละ 100 โดยน าหนก ความขาวและความใสของตวอยางแกวท งหมดผานตามเกณฑมาตรฐานส าหรบการผลตเพอจ าหนาย อยางไรกตามจากสตร 0E-20, 0E-15N และ 0E-15 เมอมการเตมสารเออรเบยมออกไซดและปรบคาเลขรดอกซ พบวาต าแหนงสและความใสของแกวเขาใกลพกด (0,0) มากขน การเพมคาเลขรดอกซสงผลใหแกวมความขาว และมความใสเพมขนโดยสงเกตไดจากการทพกดของแกวเขาใกลพกด (0,0) มากกวาการใชเลขรดอกซต าๆ นอกจากนสตร 0E-15N การใชสารฟอกสทางเคม (Chemical decolorizer) ไดแกโซเดยมไนเตรท และแอนตโมนไตรออกไซด สามารถชวยปรบปรงความขาวของแกวไดดกวาการใชสารโซเดยมซลเฟต เพยงอยางเดยว

60

ตารางท 4.13 คา L*a*b* ของสแกวทใชทรายเวยดนามรอยละ 100 โดยน าหนก ตวอยาง คาคณภาพส

L* a* b* 0E'-5 96.1 -0.35 0.43

0E-5 96.2 -0.19 0.27

0E-15N 96.3 -0.11 0.20

0E-15 96.1 -0.25 0.21

0E'-20 96.3 -0.29 0.35

0E-20 96.3 -0.16 0.23

0E-30 96.5 -0.20 0.28

Ref. 95.3 -0.18 0.51

4.4.2 คณภาพสแกวของแกวทใชทรายไทยรอยละ 30 และ 50 โดยน าหนก รปท 4.14 แสดงปรภมสของแกวทใชทรายไทยแทนททรายเวยดนามรอยละ

30 และ 50 โดยน าหนก ซงรปดงกลาวสรางจากขอมลในตารางท 4.14 เมอเพมปรมาณการแทนททรายเวยดนามดวยทรายไทยแลวพบวาต าแหนงความขาวและความใสของแกวขยบไปทางแกน -a* และแกน +b* มากขน แสดงใหเหนวาแกวมความเขยวเพมขนจนไปถงเขยวอมฟาออน สาเหตมาจากการเพมการแทนททรายเวยดนามดวยทรายไทยสงผลใหการเจอปนของเหลกออกไซด ในเนอแกวมปรมาณเพมมากขน อยางไรกตามจากสตร 30ES-15 และ 50ES-15 เมอเพมคาเลขรดอกซ ขนสงผลใหความเขยวของแกวมแนวโนมลดลงเนองจากการเพมเลขรดอกซสงผลใหเหลกในรปเฟอรสไอออน ถกออกซไดซเปลยนเปนเฟอรกไอออน ซงเฟอรกไอออนใหสเขยวออนเหลอง เมอสเขยวเขมของแกวเรมจางลง สารฟอกสอยางเออรเบยมออกไซด และซลเนยมจะชวยบดบงจนท าใหสเขยวออนของแกวหายไปจนกลายเปนสแกวใสขนเรยก กระบวนการฟอกสทางฟสกส (Physical decolorization) นอกจากนจากสตร 30ES-15 และ 50ES-15 การลดคาเลขรดอกซรวมกบการใชสารเออรเบยมออกไซดสงผลใหแกวทใชทรายไทยแทนททรายเวยดนามรอยละ 30 และ 50 โดยน าหนกมความขาวและใสเพมขนจะอยในเกณฑ มาตรฐานส าหรบการผลตเพอจ าหนาย ยกเวนแกวจากสตร 50ES-5 ทใชทรายไทยแทนททรายเวยดนามรอยละ 50 และมคาเลขรดอกซต ากวา 15 ซงแกว

61

ดงกลาวมสแดงออนโดยมคาในแกน a* บวกมากกวา 0.5 ซงเกนขอบเขตสใสทควบคมไมใหเกน 0.4 และมคาความสวาง L* ลดลงเหลอ 89 เปอรเซนต ซงเปนคาทต ากวาเกณฑมาตรฐานในการผลตแกวใส

รปท 4.14 ผลคาส a* และ b* โดยแกวสตร 30ES-5, 30ES’-15, 30ES-15, 50ES-5, 50ES’-15, 50ES-15, Ref.1 และ Ref.2 บนปรภมส (Color space diagram) ทใช ทรายไทยรอยละ 30 และ 50 โดยน าหนก

62

ตารางท 4.14 คา L*a*b* ของสแกวทใชทรายไทยรอยละ 30 และ 50 โดยน าหนก

ตวอยาง คาคณภาพส

L* a* b* 30ES-5 95.8 0.10 0.69

30ES’-15 96.0 -0.51 0.64

30ES-15 95.9 -0.21 0.69

50ES- 5 89.1 0.93 3.92

50ES’-15 94.4 0.81 1.00

50ES-15 95.8 -0.41 0.72

Ref.1 95.3 -0.18 0.51

Ref.2 94.9 -0.58 0.84

4.4.3 คณภาพสของแกวทใชสรางเวกเตอรส (Color vectors) เมอไดสถานะรดอกซ ทเหมาะสมของสตรแกวทผสมทรายไทยรอยละ 50

โดยน าหนก คอตองมเลขรดอกซ ทคาเทากบ 15 จากผลการทดลองกอนหนานน จงน ามาขยายผลโดยการน าไปสรางเวกเตอรส ของสารฟอกสทงเออรเบยมออกไซด และซลเนยม โดยการเพมปรมาณของสารฟอกสเออรเบยมออกไซดจาก 30 ในลานสวน จนถง 300 ในลานสวน และส าหรบซลเนยมกเชนเดยวกนคอเพมปรมาณจาก 5 ในลานสวน จนถง 30 ในลานสวน และเมอไดแกวตวอยางจงน าไปวดคณภาพสดวยเครอง UV-Vis และน าคา a* และ b* มาใชสรางเปนเวกเตอรส ดงรปท 4.15

63

รปท 4.15 ผลคาส a* และ b* โดยแกวสตร Er 30, Er 100, Er 300, FeSe 5, FeSe 10 และ

FeSe 30 ทใชสรางเวกเตอรส

รปท 4.15 แสดงผลการสรางเวกเตอรสจากผลการทดลองดงแสดงในตารางท 4.15 โดยเสนสชมพและสแดงแสดงเวกเตอรสของเออรเบยมออกไซดและเฟอรสซลไนด ตามล าดบ เวกเตอรสของเออรเบยมออกไซดมขนาดเทากบ 300 หนวย (หรอ 300 ในลานสวน) เกดจากการเชอมตอจดทมพกดเปน (-0.52,0.78) , (-0.38,0.43) และ (-0.10,-0.40) โดยหวของเวกเตอรชไปทางสชมพ-น าเงนบนปรภมส ในขณะทเวกเตอรสของเฟอรสซลไนดมขนาดเทากบ 30 หนวย (หรอ 30 ในลานสวน) เกดจากการเชอมตอจดทมพกดเปน (-0.59,0.87) , (-0.36,0.98) และ (0.05,1.16) โดยหวของเวกเตอรชไปทางสแดง-สมแสดบนปรภมส

30

300

64

ตารางท 4.15 คา L*a*b* ของสแกวทใชสรางเวกเตอรส (Color vectors)

ตวอยาง คาคณภาพส

L* a* b*

FeSe 5 95.7 -0.59 0.87

FeSe 10 96.6 -0.36 0.98

FeSe 30 95.4 0.05 1.16

Er 30 95.6 -0.52 0.78

Er 100 96.4 -0.38 0.43

Er 300 95.7 -0.10 -0.40

รปท 4.16 แสดงการหาปรมาณสารฟอกส เออรเบยมออกไซด และ ซลเนยม ทตองใชในการฟอกสแกวทใชทรายไทยแทนททรายเวยดนามรอยละ 50 โดยน าหนก โดย จด (A) แสดงต าแหนงของแกวทยงไมไดใสสารฟอกสใดๆ จด (B) แสดงต าแหนงของเวกเตอรสตรงทมขนาดเทากบจด (A) แตมทศทางตรงกนขาม เมอรวมเวกเตอรสของจด (A) และ (B) เขาดวยกนจะไดแกวทมความขาวและความใสสงสดตามทฤษฏ คอ ต าแหนงพกด (0,0) สวนเวกเตอร (B) เกดจากการรวมกนเวกเตอรสของเออรเบยมออกไซด (เสนลกศรปะสชมพ) กบเวกเตอรสของซลเนยม (เสนลกศรปะสแดง) โดยใหขนาดและทศทางของหวลกศรเสนแรกตอหางลกศรของเวกเตอรอกเสน ดงแสดงในรปท 4.16 ขนาดของเวกเตอรทงสองแสดงปรมาณสารทตองใชในการฟอกสเพอใหไดแกวทพกด (0,0) ซงพบวาตองใชสารซลเนยมและเออรเบยมออกไซดในการฟอกสเทากบ 15 ในลานสวน และ 200 ในลานสวน ตามล าดบ

65

รปท 4.16 การประมาณสบนปรภมส (Color space diagram) โดยใชหลกการของเวกเตอร

หลงจากทไดผลการประมาณจ านวนของสารฟอกสทง 2 ชนดแลว จงท า

การทดสอบหลอมซ าในสภาวะการหลอมและอณหภมเหมอนเดม ดงแสดงในรปท 4.17 และตารางท 4.16 โดยการใชสารฟอกสเออรเบยมออกไซด 100 ในลานสวน และ ซลเนยม 10 ในลานสวน สงผลใหไดสแกวอยทพกด (-0.14,0.72) ของปรภมสในขณะทการใชสารฟอกสเออรเบยมออกไซด 200 ในลานสวน และ ซลเนยม 15 ในลานสวน ท าใหสของแกวอยทพกด (-0.10,0.33) ของปรภมส ดงแสดงในรปท 4.16 พกดของสแกวทใชสารฟอกสเออรเบยมออกไซด 200 ในลานสวน และ ซลเนยม 15 ในลานสวน คลาดเคลอนไปจากพกด (0,0) รอยละ 25 ซงมสาเหตมาจากซลเนยมบางสวนเกดการระเหยระหวางกระบวนการฟอกส อยางไรกตามสของแกวทไดหลงการฟอกสมคณภาพดตรงตามมาตรฐานการผลตแกวใส

15

200

66

รปท 4.17 ผลคา a* และ b* ของสตรแกว Glass (A), RC 100/10 และ RC 200/15 จากการประมาณสบนปรภมส โดยใชหลกการของเวกเตอร

ตารางท 4.16 คา L*a*b* ของสแกวททวนสอบการประมาณจากเวกเตอรส

ตวอยาง คาคณภาพส

L* a* b* Glass (A) 94.4 0.81 1.00

RC 100/10 95.8 -0.14 0.72

RC 200/15 95.7 -0.10 0.33

ผลจากงานวจยชนนท าใหสามารถใชทรายแกวแทนททรายเวยดนามไดสงสดรอยละ 50

โดยน าหนกและสามารถค านวณปรมาณสารฟอกสทตองใชไดแมนย าสงถง 75 เปอรเซนต สงผลใหในกระบวนการผลตแกวสามารถลดปรมาณการใชทรายเวยดนามไดปละประมาณ 7800 ตน

67

บทท 5

บทสรป

5.1 สรปผลการทดลอง งานวจยชนนประสบผลส าเรจในการพฒนากระบวนการฟอกสแกวโดยการใชสารเตมแตง

เออรเบยมออกไซด (Er2O3) และซลเนยม (Se) รวมกบการใชปรภมส (Color space diagram) และสภาวะรดอกซ (Redox states) ในการค านวณหาปรมาณเออรเบยมออกไซดและซลเนยม ทเหมาะสมในกระบวนการฟอกส เปนผลใหกระบวนการผลตแกวสามารถใชทรายแกวในประเทศทดแทนการน าเขาวตถดบจากตางประเทศได งานวจยชนนสามารถใชทรายไทยทดแทนทรายน าเขาไดสงสดรอยละ 50 โดยน าหนก โดยไมสงผลกระทบตอคณภาพของผลตภณฑ สงผลใหอตสาหกรรมสามารถลดตนทนการผลตไดรอยละ 5 คดเปนมลคา 150 บาท/ตน โดยประมาณ จากงานวจยพบวาการใชเออรเบยมออกไซดเพยงอยางเดยวสามารถฟอกสเขยวของแกวได หากแกวมเหลกออกไซด (Fe2O3) เจอปนอยนอยกวารอยละ 0.0180 โดยน าหนก แกวทผานการฟอกสมคาความสวางใสมากกวารอยละ 95 ซงอยในเกณฑมาตรฐานผลตภณฑแกวใส และจากการทดลองยงพบวาสภาวะรดอกซ ไมสงผลกระทบตอคณภาพของสของแกวทฟอกสโดยใชเออรเบยมออกไซดเพยงอยางเดยว เนองจากเออรเบยมไอออนมสถานะออกซเดชนเพยงสถานะเดยวคอ 3+ การใชเออรเบยมออกไซดเพยงอยางเดยวไมสามารถฟอกสแกวไดหากทรายทน ามาใชในการผลตมปรมาณเหลกออกไซดเจอปนอยมากกวารอยละ 0.020 โดยน าหนก กระบวนการฟอกสแกวดงกลาวจ าเปนตองใชเออรเบยมออกไซดรวมกบซลเนยม พรอมกบการควบคมสภาวะรดอกซใหเหมาะสม และจากการทดลองยงพบวาการเตมสารโซเดยมซลเฟต, โซเดยมไนเตรท และ แอนตโมนไตรออกไซด ในกระบวนการฟอกสสามารถเปลยนไอออนของเหลกเฟอรส (Fe2+) เปนเหลกเฟอรก (Fe3+) ไดดกวาการใชโซเดยมซลเฟตเพยงอยางเดยว และสงผลใหแกวมความสวางใสมากขน

จากการพฒนาปรภมส (Color space diagram) เพอใชควบคมการฟอกสแกวพบวา เวกเตอรสของเออรเบยมออกไซดทปรมาณรอยละ 0.0200 โดยน าหนก และเวกเตอรสของซลเนยมทปรมาณรอยละ 0.0015 โดยน าหนก สามารถฟอกสเขยวของแกวทมเหลกออกไซดอยรอยละ 0.0276 โดยน าหนก ไดพอด และหากใชขอมลจากปรภมสทพฒนาขนรวมกบการควบคมสภาวะร

68

ดอกซใหมคานอยกวา 0.10 จะท าใหกระบวนการฟอกสมประสทธภาพมากขน และสามารถฟอกสแกวทผลตจากทรายไทยทมเหลกออกไซดเจอปนในปรมาณสงได

5.2 ขอเสนอแนะ งานวจยน สามารถปรบปรงและศกษาขนตอนตอไปไดดงน

1. ทดสอบกบสตรวตถดบจรง กบเตาหลอมในโรงงานผลตแกวใสของภาคอตสาหกรรม 2. ศกษาสารเคมทชวยปรบปรงสภาวะรดอกซของเหลกออกไซด และไมสงผลกระทบตอ

สารฟอกสเชน โซเดยมซลเฟตเมอใชในปรมาณทไมเหมาะสม จะสงผลตอกระบวนการฟอกสของสารซลเนยม เปนตน

3. ศกษาการกระบวนฟอกสในแกวของสารเออรเบยมออกไซด กบสารใหสชนดอน ในสตรแกวทมคาเหลกออกไซดสงๆ

69

รายการอางอง

Tepiwan Jitwatcharakomol (2005), Optimization and Control of Selenium Chemistry and Color in Flint Glass Melts, 29 April 2005 : 10-17.

รศ.ดร.สธรรม ศรหลมสก (พ.ศ.2542), “lecture วชา Glass Production Technology”, สาขา วศวกรรมเซรามก, ส านกวชาวศวกรรมศาสตร, มหาวทยาลยเทคโนโลยสรนาร, นครราชสมา, 133-167

Frederick T. Wallenberger and Paul A. Bingham, Fiber and Glass Technology : Energy- Friendly Compositions and Applications, Springer, 237-240. N. Srisittipokakun, K. Kirdsiri, J. Kaewkhaoi, C. Kedkaew and P. Limsuwan (2010), Absorption and Coloration of MnO2 Doped in Soda-lime-silicate and Soda-lime- borate Glasses, Procedia Engineering , 8 : 261-265. Klaas Timmer, Hans van Limpt and Hartmut Fischer (2010), Selenium containing clays minerals as additive for the discoloration of glass, Applied Clay Science, 47 : 465-467. Hayo Müller-Simon and Peter Griebenow (2008), Behavior of zinc selenite, calcium selenite and metallic selenium as decolorizing agents in flint glass production, Advanced Materials Research, 39-40 : 541-546. H. Müller-Simon (2002), Investigations on selenium decolorization of industrially melted flint glasses, ESG conference, 2002 glass odessey 6th : A4-3. Weeranut Kaewwiset, Jakrapong Kaewknao and Pichet Limsuwan (2010), UV-Visible-NIR study of Er3+ doped in soda-lime-silicate glass, Asian Journal on Energy and Environment , 11 : 37-47

Weeranut Kaewwiset, Kheamrutai Thamaphat, Jakrapong Kaewknao and Pichet Limsuwan (2012), Er3+ doped in soda-lime-silicate glass : Artificial pink gemstone , American Journal of Applied Sciences , 9 : 1769-1775.

W. Kaewwiset, K. Thamaphat, J. Kaewknao and P. Limsuwan (2013), ESR and spectral studies of Er3+ ions in soda-lime-silicate glass, Physica B , 409 : 24-29.

S. Berneschi, M. Bettinelli, M. Brenci, R. Calzolai, A. Chiasera, M. Ferrari (2006), Optical and spectroscopic properties of soda-lime-alumino-silicate glasses doped with Er3+and/or Yb3+, Optical Materials 28 (2006), 1271-1275.

70

Christina Stålhandske (2000), The impact of refining agents on glass colour, GLASTEKNISK TIDSKRIFT, nr 3, vol 55, 2000. Behzad Mehdikhani and Gholam Hossein Borhani (2013), Optical spectroscopy of sodium silicate glasses prepared with nano-and micro-sized iron oxide particles , Processing and Application of Ceramics , 7[3] : 117-121. Elias Oliveira Serqueira, Rodrigo Ferreira de Morais and Noelio Oliveira Dantas (2013), Controlling the spectroscopic parameters of Er3+-doped soda lime silicate glass by tuning the Er2O3 and Na2O concentrations , Journal of Alloys and Compounds , 560 : 200-207. Kh. M. El-Badry, S. M. Abo-Naf, E. A. Saad, S. Y. Marzouk and M. Abd El-Fattah Marzouk (2010), Efficiency of Decolorizing Agents in the Production of Colorless Commercial Glasses from Municipal Glass Cullet Wastes , Glass Physics and Chemistry , Vol. 36, No. 2 : 190-198. P. Boch and J. C. Niepce, “Ceramic Materials,” John Wiley & Sons, Great Britain (2007). C. Barry Carter and M. Grant Norton, “Ceramic Materials Science and Engineering,” Springer, New York (2007). R. A. Eppler and D. R. Eppler, “Glazes and Glass Coatings,” The American Ceramic Society, Ohio (2000). J. R. Taylor and A. C. Bull, “Ceramics Glaze Technology”, Pergamon Press, New York (1986). W. Thiemsorn, K. Keowkamnerd and H. Hessenkemper (2007), Redox ratio and optical absorption of polyvalent ions in dustrial glasses. Bull. Mater. Sci., Vol. 30, No. 5 : 1-9 B. Mirhadi and B. Mehdikhani (2011), Effect of manganese oxide on redox iron in sodium silicate glasses. Journal of Optoelectronics and Advanced materials., Vol. 13, No. 10 : 1309-1312. V. C. Kress, I. S. E. Carmichael (1988), Stoichiometry of the iron oxidation reaction in silicate melts. American Mineralogist., Vol. 73 : 1267-1274. R. Klement, J. Kraxner and M. Liska (2009), Spectrocopic Analysis of Iron Doped Glasses with Composition Close to the E-Glass. Ceramic-Silikaty 53(3) : 180-183. B. M. Scalet, S. Slade and A. Kasper (2006), Selenium emisiions from glass melting furnaces. Glass Technol. Eur. J. Glass Sci. Technol. 47(2) : 29-38. ผศ.ดร. เทพวรรณ จตรวชรโกมล (พ.ศ. 2553), การประมาณปรมาณสารฟอกสในแกวโซดา ไลมซลกา. กรมวทยาศาสตรบรการ. กรงเทพฯ : 1-7

71

ภาคผนวก ก

ตวอยางผลการศกษาเรองฟองละเอยดในแกว

ก.1 การศกษาคาต าหนฟองละเอยด (Seed) ของแกวตวอยาง การวดฟองภายในเนอแกวสามารถท าไดอยางงายๆ โดยการตดแกวใหไดขนาดตาม

ตองการ และน าไปชงน าหนกเทยบเปนหนวยกรม จากนนน าไปเขาตวดฟองทมแสงสวางพอเหมาะคาทไดจะอยในรป ของจ านวนเมดฟอง (Seed) ตอน าหนกของแกว 100 กรมโดยปกตฟองละเอยดจะมขนาดเลกกวา 0.5 มม. ซงจากสวนผสมในแตละสตรจะท าการเตมสารไลฟอง (Fining/Refining agents) เขาไปดวยทกสตรตาม แต คาเลขรดอกซ (R) ทตองการจะทดลอง โดยท าการหลอมทอณหภมและสภาวะเตาหลอมเดยวกน ซงผลทไดจะเหนวาสตร 0E-15 และทกๆ สตรมฟองละเอยดอยในระดบปกต แตสตร 0E-10 และ 0-E2.5 มปรมาณฟองละเอยดมากกวาปกตอยางเหนไดชดเจน จงท าใหทราบวาขอบเขตและขอจ ากดของการปรบสตรในคาเลขรดอกซทนอยทสดทเปนไปได และขอจ ากดของสารเคมทชวยในการปรบคาเลขรดอกซมผลตอการไลฟองอากาศในน าแกวหลอมดวย ตามรปท ก.1

รปท ก.1 ปรมาณฟองละเอยดของแกวสตร 0E-10 และ 0E-15

0E-10 0E-15

72

โดยปกตฟองละเอยด เปนต าหนทเกดขนไดงายในเนอแกว และสารไลฟองทใชกนอยจะมโซเดยมซลเฟต (Na2SO4), โซเดยมไนเตรท (NaNO3) และแอนตโมนไตรออกไซด (Sb2O3) เปนตน แตสารเหลานยงมสวนชวยในการฟอกสเขยวของแกวไดดวย เพยงแตตองเตมในปรมาณทเหมาะสม และไมกระทบตอกระบวนการฟอกสเชนโซเดยมซลเฟตจะไปท าปฏกรยากบซลเนยมท าใหสแดงของซลเนยมลดลง (T. Jitwatcharakomol, 2005) ในงานวจยนจงพยายามหาสดสวนของปรมาณสารไลฟองแตละชนดใหเหมาะสมควบคกบยงคงสมบตการไลฟองในแกวทดดวย จากภาพท ก.1 จะเหนวาแกวสตร 0E-10 ทมคาเลขรดอกซ (R) เทากบ 10 จะมฟองละเอยดเตมทวชนตวอยาง ซงแตกตางกบแกวตวอยางสตร 0E-15 ทมคาเลขรดอกซ เทากบ 15 กลบไมมฟองละเอยดนอยมากอยางเหนไดชดเจน ดงน น เองการเลอกใชชนดและปรมาณของสารไลฟอง (Refining) มความส าคญดวยเชนกน สวนกลไกการไลฟองในน าแกวจะแบงเปน 2 อยางหลกๆ คอ (1) การใชฟองใหญของกาซซลเฟอรไดออกไซด (SO2) ตามสมการท ก.1-1 ชวยในการไลฟองเลกๆ โดยการใหฟองเลกแพร (diffuse) เขาไปรวมกบฟองใหญ จนท าใหมแรงลอยตวมาก พอทจะเคลอนทขนมาบนผวน าแกวไดเอง ซงเปนกระบวนการฟายนง (Fining) ภายในหองหลอม (Melting zone) และ (2) การทฟองยงหลงเหลอในน าแกวได dissolve เขาไปน าแกวขณะก าลงคอยๆ เยนตวลง เรยกกระบวนการนวาดดฟองกลบ (Re-absorbed) ภายในหองแกวใส (Refining zone) ตามสมการท ก.1-2 ดงนนการแกไขปญหาเพอจะศกษาสถานะรดอกซ (Redox states) ทมคาเลขรดอกซ (R) ต า เชน 10 หรอ 5 ไดโดยยงคงสมบตการไลฟองทดคอใชสารเคมพวกคารบอน (C) เชนสตร 0E-5 ซงจะสามารถปรบคาเลขรดอกซ ใหต าลงได

(ก.1-1)

(ก.1-2)

Na2SO4 (m) SO2(g) + 0.5 O2(g) + Na2O(m) ;T (1200-1550oC)

Sb2O3(m) + O2(g) Sb2O5(m) ;T (1350-1100 oC)

73

ภาคผนวก ข

ตวอยางผลการศกษาเรองคาดชนการหกเหของแสงในแกว

ข.1 การศกษาคาดชนหกเหทางแสง (Refractive index) ของแกวตวอยาง

การหกเหแสงภายในแกวสามารถวดไดจากเครอง Abbe refractometer วธคอน าแผนตวอยางแกวขดผวตามขนาดทตองการ และใชสารละลาย Monobromonaphthalene หยดลงระหวางผวหนาสมผสชนงานกบเครองวด โดยใชแหลงก าเนดแสงเปนหลอดโซเดยม (Sodium vapor) คาทวดไดตามตารางท 5.1 จะเหนวาสตรแกวทใชทรายเวยดนามและใสสารเออรเบยมออกไซด (สตร 0E-20) มคาดชนหกเหสงกวาแกวทไมไดใส (สตร 0E’-20) เนองมาจากเออรเบยมไอออน จะเขาไปเปลยนแปลงโครงสรางของเนอแกวท าใหคากลาสเบสกซ ต (cal) สงขน และสงผลให ค าดช นหกเหแสง (n) สงขนตามไปดวย (W. Kaewwiset, 2010) สวนการเปลยนแปลงเลขรดอกซ ไมสงผลมากนกตอคาดชนหกเหของแสงภายในเนอแกว

ตารางท ข.1 คาดชนหกเหของแสงในแกวทเตมเออรเบยมออกไซดและไมไดเตม แกวตวอยาง เลขรดอกซ (R) คาดชนหกเหของแสง (n)

0E’-5 5 1.512

0E-5 5 1.516

0E-15N 15 1.516

0E-15 15 1.515

0E’-20 20 1.511

0E-20 20 1.514

0E-30 30 1.517

75

ภาคผนวก ค

เอกสาร COA ผลวเคราะหองคประกอบของสารเคมทใช

75

ผลวเคาะห COA ของสารเคม ทง 6 ชนด ตามไฟลแนบ PDF. ผล COA

76

77

78

79

80

81

ภาคผนวก ง

บทความวชาการทไดรบการเผยแพรในระหวางการศกษา

82

รายชอบทความวชาการทไดรบการตพมพเผยแพรในระหวางศกษา

Kumsap, J., Poowancum, A., and Wannagon, A. (2016). Redox Effect of Erbium Oxide Doped Industrial Soda-Lime Glasses by UV-VIS-NIR Study. Key Engineering Materials. Vol. 702: 121-124

83

84

85

86

ประวตผเขยน

นายจกรพงษ คมทรพย เกดเมอวนศกรท 29 มถนายน พ.ศ. 2522 ทอ าเภอจอมทอง จงหวดกรงเทพมหานคร ส าเรจการศกษาระดบชนประถมศกษาจากโรงเรยนพรานลวชระ ในป พ.ศ. 2536 และเขารบการศกษาตอในระดบชนมธยมศกษาตอนตน และมธยมศกษาตอนปลายทโรงเรยนเจาพระยาวทยาคม อ าเภอยานนาวา จงหวดกรงเทพมหานคร ในป พ.ศ. 2541 และเขารบการศกษาตอในระดบอดมศกษาจนส าเรจการศกษาระดบปรญญาวศวกรรมศาสตรบณฑต (วศวกรรมเซรามก) ในป พ.ศ. 2545 หลงจากส าเรจการศกษาระดบปรญญาตรแลวไดเขาท างานทบรษท ไทยอตสาหกรรมเครองปนดนเผา จ ากด (Thai Ceramic Industry Co., Ltd.) จงหวดสมทรสาคร ในต าแหนงรองหวหนาแผนกวจยและพฒนา จากนนไดเขาท างานทบรษท อตสาหกรรมท าเครองแกวไทย จ ากด (Thai Glass Industries Pub., Co, Ltd.) จงหวดกรงเทพมหานคร ในต าแหนงหวหนาแผนกเตาหลอมและวตถดบ (ประจ ากะ) และในป พ.ศ. 2554 เขาท างานทบรษท แกวปราการ จ ากด (Union Glass Co., Ltd.) จงหวดสมทรปราการ จวบจนปจจบน ด ารงต าแหนงทปรกษาแผนกเตาหลอมและวตถดบ และระหวางป พ.ศ. 2557 ไดศกษาตอในระดบมหาบณฑต ทสาขาวศวกรรมเซรามก ส านกวชาวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยเทคโนโลยสนาร โดยไดรบทนสนบสนนจากโครงการพฒนานกวจยและงานวจยเพออตสาหกรรม (พวอ.) นอกจากนยงมผลงานทางวชาการทไดรบการตพมพและน าเสนอในงานประชมวชาการ โดยมรายละเอยดปรากฏในภาคผนวก ง. และในเดอนกมภาพนธ ป พ.ศ. 2558 ไดกอต งบรษท โกลด เฟอเนส คอนซลแทนท จ ากด (Gold Furnace Consultant Co., Ltd.) ซงด าเนนธรกจเกยวกบใหค าปรกษา ซอม และสรางเตาเผา-เตาหลอมทกประเภท ตลอดจนพฒนาปรบปรงการใชพลงงานภายในกระบวนการผลตอยางมประสทธภาพ โดยมงเนนทจะใหลกคาไดรบบรการทด และมคณภาพทสด