Zusatzstoffe
Zusatzstoffe in der Porzellanindustrie
Seit Mitte der 90er Jahre experimentieren viele Hersteller mit Additiven und Ersatzstoffen. Einerseits um die Stabilität des Scherbens zu erhören, andererseits um die Rohstoffkosten zu senken, andere, um sich einfach vom Wettbewerb abzusetzen. In einem mit dem Fraunhofer Institut Würzburg durchgeführten Meinungsaustausch im Juli 2014 haben wir erfahren, wie brisant schlecht es um die Kaolinvorkommen auf diesem Planten steht. Kaolin ist wie Erdöl ein nicht nachzuproduzierender Rohstoff, mit dem in der Zukunft nachhaltiger umgegangen werden muss.
Grundsätzlich verändern Beigaben von Zusatzstoffen und Additiven die Eigenschaften des "echten" Hartporzellans und schränken so manch positive Eigenschaft auf die eine oder andere Weise ein. Bis 2015 ist es keinem Hersteller gelungen, die Beigabe von Additiven zu realisieren, ohne die Brenntemperatur senken zu müssen. Die Einhaltung einer Mindesttemperatur von 1.300 °C ist jedoch wichtig, um Hartporzellan mit einer Oberflächenhärte von 5 bis 6 Mohs zu erzielen.
In diesem Abschnitt möchten wir uns nicht mit der großen Gruppe der Pigmente beschäftigen, die in ihrer Vielzahl meist nur Einfluss auf die Farbe des Scherbens nimmt. Abgesehen davon nimmt die Brennmethode (Oxydation oder Reduktion) einen wesentlichen Einfluss auf die endgültige Reaktion der Zusatzstoffe. Für uns wichtig sind die Additive, die Dichte, Härte und/oder Stabilität eines Scherbens verändern. Derzeit bekannt (Stand 9/2019) sind drei große Gruppen, die wir Ihnen hier vorstellen möchten.
Dolomit
Dolomit ist ein Mineral aus dem hexagonalen Kristallsystem, bekannt auch unter den Bezeichnungen Dolomitspat, Rautenspat oder Perlspat. Dolomit-Mineral ist ein eher häufig vorkommendes Mineral aus der Mineralklasse der „Carbonate und Nitrate“ mit der chemischen Zusammensetzung CaMg[CO3]2 und ist damit chemisch gesehen ein Calcium-Magnesium-Carbonat. Die Beigabe von Dolomiten unter Verwendung spezieller Rezepturen kann den Anteil Kaolin verringern und den Rohstoff mit einer Härte bis zu 4 Mohs anreichern.
Vielversprechende und wohlklingende Bezeichnungen werden für verschiedenartige tonerdene Massen verwendet, bei denen der Anteil Kaolin durch andere (günstigere) Tonarten substituiert wird. Die wohl bekannteste Bezeichnung lautet "New Bone China" und soll durch ihre Farbgebung an die Anmutung des originalen Bone China erinnern. In Deutschland finden wir dazu Bezeichnungen wie Elfenbeinporzellan, Cremeporzellan oder Seidenporzellan. Was die Mohssche Härte betrifft, entsprechen sie allesamt nicht dem klassischen Hartporzellan.
Magnesium
Magnesiummineralien verleihen dem Scherben eine hohe Temperaturwechselbeständigkeit.
Das Magnesiummineral ist eines der zehn häufigsten Elemente der Erdkruste. Es kommt als Zusatzstoff in zahlreichen anderen Mineralien sowie im Blattgrün der Pflanzen vor. Die Gewinnung von Magnesium ist gegenüber dem Kaolin sehr günstig (billig), bietet dabei aber als Substitut (Ersatzstoff für Kaolin) eine Mohssche Härte von lediglich max. 2,5. Magnesium macht das Porzellan sehr hart gegen mechanischen Schlag, aber zu weich, um weiterhin in der Großgruppe Porzellan geführt zu werden. Magnesiumporzellan lässt sich maximal bei 1.260 °C brennen und zählt damit zur Gruppe des Hartsteinzeugs. In der Porzellanherstellung verursacht Magnesiumgeschirr selbst bei Verwendung von modernen Filteranlagen giftige Gase und vor allem eine extreme Co2-Emission. Das führte dazu, dass bereits 2016/2017 in China die Verwendung von Magnesium als Ersatz- bzw. Zusatzstoff verboten wurde.
Natriumsilikate
Natriumsilikate (Na2SiO2) sind chemische Verbindungen aus der Gruppe der Natriumverbindungen und Silikate, die in mehreren molaren Verhältnissen vorkommen (Monosilikat, Metasilikat, Polysilikat u.v.a.). Je nach Art der Herstellung und dem Reinheitsgrad sind sie mehr oder weniger hydratisiert oder löslich. Natriumsilikate sind kristalline - oder als Gemisch verschiedener Silikate - glasartige (amorphe) Feststoffe bzw. in Wasser viskose Lösungen.
Beim Porzellanguss in Gipsformen wird Natriumsilikat dem Schlicker bei der Verarbeitung in geringen Mengen als Trennmittel zugesetzt. Je nach Art und Form der Gussform können Rückstände zu unerwünschten Nahtbildungen führen.
Schamotte
Schamotte ist ein Magerungsmittel, das die Porosität erhöht und die Trocknungs- und Brennschwindungen reduziert. Die Magerung ist in der Keramikherstellung und Töpferei eine Verfahrenstechnik, mit der zu fette Tone mit mineralischen oder organischen Zuschlagstoffen vermischt werden. Dies ist vor allem für handgemachte Keramik wichtig. Durch eine entsprechende Magerung wird die Plastizität des Tones reduziert, er wird dadurch weniger zäh und klebrig und für den Gefäßaufbau standfester. Während des Trocknungsprozesses stützt die Magerung die durch Wasserabgabe schwindende Tonmasse und beim Brand sorgt sie für eine bessere Temperaturverteilung innerhalb des Brenngutes. Bei dem fertig gebrannten Scherben können je nach Art und Menge der zuvor eingesetzten Magerung verschiedene physikalische und mechanische Eigenschaften wie zum Beispiel Temperaturunempfindlichkeit, Wasseraufnahmefähigkeit, Dichte und Härte beeinflusst werden.
Xonotlit
Xonotlit - aus der Gruppe der Silikate (Ca₆[(OH)₂|Si₆O₁₇]) - ist ein üblicher Zusatzstoff, der dem Gießschlicker als Füllstoff beigemischt wird. Xonotlit begünstigt durch Kalzinierung die Verarbeitungsfähigkeit des Schlickers. Kalzinierung, bzw. Calcinieren oder Calcination ist das Erhitzen von calcium- und magnesiumcarbonathaltigen Mineralien mit dem Ziel, diese zu entwässern oder zu zersetzen.