Il borato di Gertsley

Scopo: la sostituzione del borato di Gerstley.

Quando tentate di “rifare” il borato di Gerstley da materiali commerciali, facilmente reperibili sul mercato, dovete conoscere, evidentemente, la formula chimica del borato di Gertsley medesimo.
Una pubblicazione della Digitalfire dà parecchie, e diverse, formule della composizione del borato di Gertsley (che d’ora in avanti sarà indicato per brevità con GB, abbreviazione del nome inglese Gertsley borate).
Nei miei esperimenti, tesi a rifare questa sostanza, ho calcolato anzitutto la media dei valori riportati in questa pubblicazione per arrivare ad una formula chimica unica: questa sarà chiamata d’ora in avanti GB RR (le RR sono le mie iniziali).
L’analisi chimica è data in percentuali di peso, ed in prima battuta è ricalcolata con la formula di Seger.
Nel calcolo finale del peso molecolare si tien conto anche del cosiddetto LOI, abbreviazione di Lost Of Ignition, vale a dire “perdita di accensione”, che consiste nella perdita di acqua (H2O) e di anidride carbonica (CO2) nel processo di progressivo riscaldamento.
Per brevità il Peso Molecolare sarà indicato con PM

Il punto di partenza di calcoli ed esperimenti è stato quello di tentare di rifare il borato di Gertsley, ma il vero scopo di questo lavoro è di trovare una ricetta utile per la ceramica raku.
Gli esperimenti sono riportati di seguito, nella loro sequenza di esecuzione: questo modo di presentare il lavoro non è forse ottimale da un punto di vista didattico, ma in compenso le formule finali sono molto semplici.
In uno smalto raku il borato di Gertsley non è usato mai da solo, ma sempre in combinazione con altri materiali quali la sienite nefelinica, con rapporti in peso attorno ad 1:1.
I calcoli sono stati effettuati col programma alchemistglaze (traducibile, all’incirca, in italiano con “gli smalti dell’alchimista”): si tratta di un programma “fatto in casa” in Excel-2000, e che è disponibile gratuitamente, dopo che avrete spedito un modulo di richiesta (in inglese...),cliccando qui)

Materiali usati e la formula chimica.

Vi ricordiamo che con PM indichiamo il Peso Molecolare.

(Uso le fritte fornitemi da Johnson/Matthey) )

Metodo di lavoro:

Scegliere materiali con composizioni chimiche semplici, e poi calcolare le quantità di questi materiali in grado di ottenere, al meglio, la ricetta desiderata.
Ho usato la formula di Seger, perché è la più semplice.
Come esempio , per spiegare il procedimento, prendiamo la ricetta 2).

Cosa vogliamo ottenere:	materiale... PM.. peso Mol% Na2O MgO CaO B2O3 SiO2 GB RR .12 .16 .72 .59 .33
Fissiamoci dapprima sul fornitore di Na2O: let's prendiamo una quantità di fritta 1451 pari a 0.12 mol. Se vogliamo sapere quanto ne dobbiamom pesare, moltiplichiamo 0.12 mol per il peso molecolare di questa sostanza =0.12*381 (vedi la lista dei materiali) =46 gram	materiale... PM.. peso Mol% Na2O MgO CaO B2O3 SiO2 Fritte 1451 381 46 .12 .12 .24 .36
Come sorgente di MgO abbiamo scelto 0.16 mol di Dolomite. Una complicazione sorge dal fatto che in questo modo si aggiunge anche CaO (ma noi comunque restiamo sotto il valore totale di CaO)	materiale... PM.. peso Mol% Na2O MgO CaO B2O3 SiO2 Dolomite 184 29 .16 .16 .16
Vogliamo ora bilanciare la quantità di B2O3. La quantità totale è di 0.59 mol, ma con la with fritta 1451 abbiamo già dato 0.24 mol e quindi dobbiamo fornire ancora 0.35 mol. Decidiamo di usare la Colemanite ed abbiamo bisogno di 0.35/3=0.12 mol (vedete nei materiali: una mol di Colemanite fornisce 3 mol di B2O3)	materiale... PM.. peso Mol% Na2O MgO CaO B2O3 SiO2 Colemanite 411 49 .12 .24 .36
Ora ci resta solamente CaO, che aggiustiamo aggiungendo 0.32 mol di carbonato di calcio	materiale... PM.. peso Mol% Na2O MgO CaO B2O3 SiO2 Withing 100 32 .32 .32
Il risultato finale si ottiene dalle somme, ed è in buon accordo con la ricetta desiderata.	materiale... PM.. peso Mol% Na2O MgO CaO B2O3 SiO2 Total .12 .16 .72 .60 .36

Non è molto difficile, ma non sempre è possibile ottenere una soluzione, soprattutto se i materiali sono più complessi.
Tentate di rendere la somma degli ossidi di terre alcaline (Na2O K2O MgO CaO) circa uguale 1.
Nel corso degli esperimenti ho abbandonato l’idea di rifare esattamente il borato di Gertsley, e mi sono concentrato invece sull’aspetto finale degli smalti.
La formulazione di Seger è stata ricalcolata di volta in volta, ma essa ha il solo scopo di aiutare a fare cambiamenti logici nelle ricette finali.

Gli esperimenti

serie 1 - 4

1) La migliore approssimazione alla composizione del borato di Gerstley usando le fritte 3221/1451

materiale	PM	peso	Mol%	Na2O	MgO	CaO	B2O3	SiO2
Fritta 1451	381	46	.12	.12			.24	.36
Carbonato di Calcio	100	21	.21			.21
Dolomite	184	29	.16		.16	.16
Fritta 3221	125	44	.35			.35	.35
Totale				.12	.16	.72	.59	.36
GB RR				.12	.16	.72	.59	.33

Questo smalto fa delle bolle, chiaramente visibili nella foto in blu. Il craquelée (cavillato) non si sviluppa molto bene.

2) La migliore approssimazione alla composizione del borato di Gerstley con fritta 1451 e colemanite. Gli altri materiali sono gli stessi che in 1).

materiale	PM	peso	Mol%	Na2O	MgO	CaO	B2O3	SiO2
Fritta 1451	381	46	.12	.12			.24	.36
Carbonato di Calcio	100	32	.32			.32
Dolomite	184	29	.16		.16	.16
Colemanite	411	49	.12			.24	.36
Totale				.12	.16	.72	.60	.36
GB RR				.12	.16	.72	.59	.33

Questo smalto non si è fuso bene, ed il colore blu è più spento.

3) I materialoi sono stati scelti in modo da non sviluppare CO2, cosa che succede se si usano carbonato di calcio o dolomite.
La Colemanite è scelta come sorgente di B2O3.

materiale	PM	peso	Mol%	Na2O	MgO	CaO	B2O3	SiO2
Fritta 1451	381	46	.12	.12			.24	.36
Talco	379	19	.05		.15			.20
Wollastonite	116	55	.47			.47		.47
Colemanite	411	49	.12			.24	.36
Totale				.12	.15	.71	.60	1.03
GB RR				.12	.16	.72	.59	.33

I due nuovi materiali introducono più SiO2: lo smalto è poco cavillatoe si fonde male.

4) Gli stessi materiali come in3) con più colemanite, per abbassare la temperatura di fusione..
(La colemanite è scelta come sorgente di B2O3)

materiale	PM	peso	Mol%	Na2O	MgO	CaO	B2O3	SiO2
Fritta 1451	381	46	.12	.12			.24	.36
Talco	379	19	.05		.15			.20
Wollastonite	116	37	.33			.33		.33
Colemanite	411	82	.20			.40	.60
Totale				.12	.15	.73	.84	.89
GB RR				.12	.16	.72	.59	.33

La maggiore quantità di colemanite dà a questo smalto un miglior comportamento in fusione.
In questa serie questa ricetta ha dfato i risultati migliori.

serie 5 - 10

Nelle serie 5-7 la percentuale di fritta 3221 è stata aumentata, e siccome si tratta di un borato di calcio si è dovuto abbassare nello stesso tempo il contenuto di wollastonite. (Il contenuto di of Na2O, MgO, CaO resta lo stesso di prima).
Cala il contenuto di SiO2 a causa della diminuzione della Wollastonite.

5) Aumento del contenuto di B2O3 usando la fritta 3221 come fornitrice. (B2O3=.64 mol)

materiale	PM	peso	Mol%	Na2O	MgO	CaO	B2O3	SiO2
Fritta 1451	381	46	.12	.12			.24	.36
Talco	379	19	.05		.15			.20
Wollastonite	116	35	.30			.30		.30
Fritta 3221	125	50	.40			.40	.40
Totale				.12	.15	.70	.64	.86
GB RR				.12	.16	.72	.59	.33

6) ) Aumento del contenuto di B2O3 usando la fritta 3221 come fornitrice. (B2O3=.79 mol)

materiale	PM	peso	Mol%	Na2O	MgO	CaO	B2O3	SiO2
Fritta 1451	381	46	.12	.12			.24	.36
Talco	379	19	.05		.15			.20
Wollastonite	116	18	.15			.15		.15
Fritta 3221	125	68	.55			.55	.55
Totale				.12	.15	.70	.79	.71
GB RR				.12	.16	.72	.59	.33

7) ) Aumento del contenuto di B2O3 usando la fritta 3221 come fornitrice. (B2O3=.97 mol)

materiale	PM	peso	Mol%	Na2O	MgO	CaO	B2O3	SiO2
Fritta 1451	381	46	.12	.12			.24	.36
Talco	379	19	.05		.15			.20
Wollastonite	116
Fritta 3221	125	91	.73			.73	.73
Totale				.12	.15	.73	.97	.56
GB RR				.12	.16	.72	.59	.33

In questa serie il numero 7 è quello che dà i risultati migliori. Anche qui possiamo vedere che i risultati migliorano aumentando il contenuto di B2O3.

Nella serie seguente il contenuto di B2O3 content è stato aumentato usando la Colemanite (e non la fritta 3221).
I contenuti di Na2O,MgO,CaO restano gli stessi.

8) Aumento del contenuto di B2O3 usando la colemanite come fornitrice. (B2O3=.99 mol)

materiale	PM	peso	Mol%	Na2O	MgO	CaO	B2O3	SiO2
Fritta 1451	381	46	.12	.12			.24	.36
Talco	379	19	.05		.15			.20
Wollastonite	116	23	.20			.20		.20
Colemanite	411	102	.25			.50	.75
Totale				.12	.15	.70	.99	.76
GB RR				.12	.16	.72	.59	.33

9) Aumento del contenuto di B2O3 usando la colemanite come fornitrice. (B2O3=1.14 mol)

materiale	PM	peso	Mol%	Na2O	MgO	CaO	B2O3	SiO2
Fritta 1451	381	46	.12	.12			.24	.36
Talco	379	19	.05		.15			.20
Wollastonite	116	12	.10			.10		.10
Colemanite	411	123	.30			.60	.90
Totale				.12	.15	.70	1.14	.66
GB RR				.12	.16	.72	.59	.33

10) Aumento del contenuto di B2O3 usando la colemanite come fornitrice. (B2O3=1.29 mol)

materiale	PM	peso	Mol%	Na2O	MgO	CaO	B2O3	SiO2
Fritta 1451	381	46	.12	.12			.24	.36
Talk	379	19	.05		.15			.20
Wollastonite	116
Colemanite	411	144	.35			.70	1.05
Totale				.12	.15	.70	1.29	.56
GB RR				.12	.16	.72	.59	.33

In questa serie il numero 7 è quello che dài risultati migliori. Il contenuto di colemanite è stato aumentato nelle serie 5-7, e nello stesso tempo quello della wollastonite è stato portato a zero.
(I contenuti di Na2O, MgO, CaO sono rimasti invariati).
Aumentando il contenuto di colemanite aumentano anche le bolloe di gas, come potete vedere dai puntini nello smalto.
In questa serie il numero 7 è quello che dài risultati migliori.

serie 11 - 13

11) Studio dell’influenza della fritta 1451 (e quindi del contenuto di Na2O)

11) Na2O=.06 mol

materiale	PM	peso	Mol%	Na2O	MgO	CaO	B2O3	SiO2
Fritta 1451	381	23	.06	.06			.12	.18
Talco	379	19	.05		.15			.20
Colemanite	411	164	.40			.80	1.20
Totale				.06	.15	.80	1.32	.38
GB RR				.12	.16	.72	.59	.33

12) Na2O=0 mol

materiale	PM	peso	Mol%	Na2O	MgO	CaO	B2O3	SiO2
Fritta 1451	381
Talco	379	19	.05		.15			.20
Colemanite	411	172	.42			.84	1.26
Totale					.15	.84	1.26	.20
GB RR				.12	.16	.72	.59	.33

13) Na2O=.13 mol

Si cala il contenuto della fritta 1451 a zero, ma ora si usa la fritta 1510 come fornitrice di Na2O.
( .13 mol Na2O:come nell’esperimento 10)
Questo esperimento è stato fatto per verificare se i forellini osservati quando si usa la colemanite sono causati dalla più bassa temperatura di fusione della fritta 1451.
(Un basso punto di fusione di uno dei componenti può avere effetti nell’evaporazione dell’acqua, normalmente contenuta nella colemanite:2CaO.3B2O3.2H2O )
(Il risultato dell’esperimento 12) non era conosciuto, altrimenti avrebbe evidenziato che la temperatura di fusione della fritta 1451 non aveva alcuna influenza).

materiale	PM	peso	Mol%	Na2O	MgO	CaO	B2O3	SiO2
Fritta 1510	198	40	.2	.13		.02	.04		.42
Talco	379	19	.05		.15				.20
Colemanite	411	144	.35			.70		1.05
Totale				.13	.15	.72	.04	1.05	.62
GB RR				.12	.16	.72		.59	.33

Questi smalti sono piuttosto brutti, con molti forellini, in generale.
Ci sono anche molte bolle che si sviluppano durante la fusione.

serie 14 - 16

Nell’esperimento12) il contenuto di Na2O è stato portato a zero, e ciò non ha avuto conseguenze sui risultati finali.
Di conseguenza anche il contenuto di MgO è stato diminuito, per vedere gli effetti di questa variazioneCiò è stato ottenuto usando sia la Colemanite, sia la fritta 3221 come fornmitrici di B2O3.

14) nella ricetta 12) il contenuto di talco è ora 0.

materiale	PM	peso	Mol%	Na2O	MgO	CaO	B2O3	SiO2
Talco	379
Colemanite	411	206	.50			1.0	1.50
Fritta 3221	125
Totale						1.0	1.5
GB RR				.12	.16	.72	.59	.33

15) la stessa ricetta di12) ma con la fritta 3221 come fornitrice dfi B2O3 source; colemanite=0

materiale	PM	peso	Mol%	Na2O	MgO	CaO	B2O3	SiO2
Talco	379	19	.05		.15			.20
Colemanite	411
Fritta 3221	125	106	.85			.85	.85
Totale					.15	.85	.85	.20
GB RR				.12	.16	.72	.59	.33

16) 16) come in 15), ma senza talco.

materiale	PM	peso	Mol%	Na2O	MgO	CaO	B2O3	SiO2
Talco	379
Colemanite	411
Fritta 3221	125	125	1.0			1.0	1.0
Totale						1.0	1.0
GB RR				.12	.16	.72	.59	.33

Quindi l’uso della colemanite negli smalti raku non è una buona scelta, anche se il materiale è a buon mercato. Usando la sienite nefelinica non occorre aggiungere Na2O, MgO, CaO.
L’esperimento 14, con la sola colemanite, sviluppa molto gas con la presenza di molti forellini, ed un cavillato piuttosto brutto.

Quindi l’uso della colemanite negli smalti raku non è una buona scelta, anche se il materiale è a buon mercato.
Usando la sienite nefelinica non occorre aggiungere Na2O, MgO, CaO.

serie 17 - 19

Ora che sappiamo che solo con la fritta 3221 e la sienite nefelinica è possibile fare dei buoni smalti, vogliamo vedere se variando le percentuali relative di questi materiali (finora mantenuti sempre in un rapporto di peso 1:1) si ottiene un cambiamento significativo nel risultato finale.
Per brevità la fritta 3221 verrà d’ora indicata con “3221”, e la sienite nefelinica con NS (dalla dizione inglese Nepheline - Syanite). I rapporti che seguono sono da intendersi in peso.
Anche lo spessore dello strato di smalto fa parte dell’esperimento. 17)

17) rapporto 3221 :NS = 8 : 12 (strato sottile/spesso)
Lo strato sottile dà un craquelée migliore.

18) rapporto 3221 :NS = 10 : 10 (strato sottile/spesso)
Lo strato sottile dà un craquelée migliore.

19) rapporto 3221 :NS = 12 : 8 (strato sottile/spesso)
Lo strato sottile dà un craquelée migliore.

Conclusione: strati sottili danno un cavillato migliore di strati spessi.
C’è una piccola differenza nel rapporto fra la fritta 3221 e la sienite nefelinica: gli esperimenti 17/18 sono un po’ meglio del 19, e fortunatamente sono meno cari!!

serie 20 - 22

La ricetta trovata finora è buona e semplice, ma sfortunatamente il materiale è difficile da spalmare, ed applicare lo smalto a pennello non è facilissimo.
In questa serie è stata aggiunta della ball clay per tentare di migliorare la spalmabilità.

materiale	exp. 20	exp. 21	exp. 22
fritta 3221	10	10	10
sienite nefelinica	10	9	8
ball clay		1	2

Non c’è una gran differenza fra le ricette nella formazione del craquelée.
Nell’esperimento 22 la spalmabilità (ed anche la resistenza dello strato) è confrontabile con quelle del borato di Gerstley (che è eccellente da applicare col pennello).

Serie 23 - 25

Nel tentativo di rendere la ricetta più complicata (ma sei un alchimista o no?) ho giocato con aggiunte di Na2O, usando sia il normale sale da cucina (NaCl), sia la soda (NaHCO3.H2O).In sequenza:
From top to bottom:

Esper.23) stessa ricetta di 22)
Esper.24) aggiunto 1 grammo di sale (NaCl)
Esper.25) aggiunto 1 grammo di soda (NaHCO3.H2O)

Non ci sono state differenze nei risultati. Peccato? Ma no: la semplicità è sempre bellissima.