Historia, zastosowanie, rodzaje szkła

Jak mówią słowniki "szkło to substancja amorficzna, o właściwościach mechanicznych zbliżonych do ciała stałego, powstałego w wyniku przechłodzenia stopionych surowców, głównie minerałów i innych surowców nieorganicznych. Szkło można otrzymać z prostych składników, takich jak czysty piasek kwarcowy (SiO2) soda (Na2CO3) i wapień (CaCO3)." Tyle definicja.

Brak uporządkowanej struktury przestrzennej zbliża szkło do cieczy, natomiast sztywność i kruchość do ciał stałych. W życiu codziennym termin "szkło" kojarzy nam się z naczyniami oraz z szybami okiennymi. Szło ma kilka pożytecznych cech: dobrze przepuszcza promienie widzialne (ok.90%), nie przewodzi ciepła ani elektryczności i ma twardą powierzchnię nie reagującą z większością chemikaliów. Szkło w stanie ogrzewania stopniowo mięknie i powoli przechodzi w gęstą ciecz. W czasie oziębiania ciecz staje się coraz mniej płynna, powoli przechodzi w masę plastyczną dającą się formować, aż wreszcie zastyga w postaci zupełnie sztywnej. Ani w czasie ogrzewania, ani w czasie studzenia szkła nie możemy stwierdzić określonej, stałej temperatury, w której następuje topnienie lub krzepnięcie. Wiemy jednak, jak wygląda ułożenie atomów tlenu i krzemu w stanie krystalicznym, w stanie szklistym.
W stanie krystalicznym atomy ułożone są w kształcie jakiejś figury geometrycznej np. sześcianu, a w stanie szklistym uporządkowane są asymetrycznie.
Dwutlenek krzemu (krzemionka) to substancja stała występująca w trzech odmianach polimorficznych: kwarc, trydymit, krystobalit. Dwutlenek krzemu topi się w temp. 1710oC. Nawet podczas bardzo wolnego ochładzania zestala się na szkliste, bezpostaciowe ciało stałe (szkło kwarcowe), odporne na działanie czynników chemicznych z wyjątkiem fluorowodoru i alkaliów. Szkło kwarcowe ma mały współczynnik rozszerzalności termicznej, dzięki czemu wykazuje dużą odporność na szybkie zmiany temperatury. Dobrze przepuszcza promienie nadfioletowe.
Tlenek krzemu jest głównym składnikiem substancji takich jak krzemień, piasek, kwarc. W zależności od postaci, w jakiej występuje, i zabarwienia, tlenek krzemu tworzy różne minerały. Jeżeli występuje w postaci krystalicznej, jest nazywany kwarcem. Drobnoziarnisty kwarc jest głównym składnikiem wielu minerałów, m.in. opalu, chalcedonu i agatu. Kryształy kwarcu mogą być bezbarwne, pięknie wykształcone, np. kryształ górski. Mogą być także zabarwione na kolor fioletowy- ametysty lub żółty- cytryny. Odmiany te są stosowane do wyrobów jubilerskich, a także do tworzenia przedmiotów ozdobnych, np. pucharów. Kwarc ma również inne, o wiele ważniejsze zastosowania, np. w przemyśle optycznym do wyrobu soczewek i pryzmatów, oraz w radiotechnice. Ze względu na to, ze SiO2 jest półprzewodnikiem, znalazł on zastosowanie w elektronice. Bez niego nie może pracować żaden komputer. Stopiony kwarc służy do wyrobu naczyń i aparatury laboratoryjnej, a także lamp kwarcowych. Dwutlenek krzemu (piasek) jest stosowany do produkcji szkła, szkła wodnego, zaprawy murarskiej, cementu, wyrobów ceramicznych, emalii, form odlewniczych i innych. Jest również surowcem do otrzymywania krzemu i jego stopów.

HISTORIA

Nie wiadomo, gdzie i kiedy doszło do wynalezienia szkła. Przypuszczalnie po raz pierwszy pojawiło się ono około 3000 roku p.n.e. w jednej z wcześniejszych cywilizacji Mezopotamii (dzisiejszy Irak) albo Egiptu. Szkło jest stopem piasku, wapienia i sody i chociaż kojarzy nam się ono z substancją czystą, w czasach starożytnych nie było wcale przezroczyste. Zanieczyszczenia składników powodowały niejednokrotnie jego ciekawe zabarwienie. Starożytni Egipcjanie byli mistrzami w wytwarzaniu szkła artystycznego. Produkowali małe buteleczki i ornamenty, często barwiąc na różne kolory kolejne warstwy. Do dzisiaj zachowały się butelki z czasów egipskiej Osiemnastej Dynastii (1570-1320 p.n.e.). Wydmuchiwanie szkła lub wyciąganie gorącej masy w celu uzyskania wydrążonego naczynia to osiągnięcie następnych wieków.

Pierwsi wydmuchiwacze szkła pracowali prawdopodobnie w Syrii w I stuleciu przed Chrystusem.

Przeszklone okna to wynalazek jeszcze późniejszy. Szkło okienne wytwarzano początkowo również przez dmuchanie. Dmuchano duże naczynie, które następnie spłaszczano, aż do uzyskania szklanej tafli. Okna z szybami zaczęły pojawiać się około 100 roku n.e. Przez ponad 1000 lat pozostawały jednak towarem luksusowym.

Staromodne okna, tzw. "bycze oczy", z kolistym znakiem na środku szyby, były początkowo wytwarzane z dna dmuchanego koliście naczynia, spłaszczonego na gorąco.

W czasach nowożytnych rozkwit produkcji szkła wiązał się z założeniem hut szkła we Włoszech na wyspie Murano obejmującej pięć wysp w Lagunie Weneckiej. Rozpoczęto tam produkcję luster.

W Polsce pierwsze wyroby ze szkła odnotowano na przełomie X/XI wieku.

W XX wieku przemysł szklarski zaczął się szybko rozwijać na całym świecie. Wtedy też skonstruowano pierwszą maszynę do automatycznej produkcji opakowań szklanych.

W dzisiejszych czasach do krajów o bardzo wysoko rozwiniętym przemyśle szklarskim należą: USA, Japonia, Rosja, Niemcy, Francja i Wielka Brytania. W Polsce wyroby szklarskie produkowane są głównie w hutach w Krośnie, Ząbkowicach Śląskich, Wałbrzychu i Szklarskiej Porębie, obecnie także w Sandomierzu, Częstochowie i Dąbrowie Górniczej.

HUTY SZKŁA

Obecnie szkło produkuje się w hutach szkła. Huty szkła to zakłady wytapiające i wytwarzające produkty szklane. Surowce szklarskie po odważeniu i zmieszaniu zasypuje się do pieców szklarskich ogrzanych do temperatury kilku tysięcy stopni Celsjusza i wytapia się masę szklarską. Z tej masy natomiast formuje się odpowiednie wyroby przez prasowanie, ciągnienie, walcowanie, wydmuchiwanie lub wytłaczanie w formach lub tzw. "floatowanie" czyli szkło płynące po powierzchni płynnej cyny w specjalnej wannie cynowej. Tego typu szko jest nazywane szkłem "Float". Po kilku godzinach, dniach lub tygodniach stygnięcia i twardnienia, szkło nadaje się do użytku w zależności oczywiście od rodzaju i właściwości produkowanego szkła.

BARWA SZKŁA

Barwę szkłu nadają różne składniki.
Po dodaniu manganu(Mn) i niklu(Ni) szkło zabarwi się na fioletowo natomiast po dodaniu żelaza (Fe) i chromu (Cr) na zielono.
Naukowcy opracowali jeszcze wiele innych kombinacji łączenia pierwiastków do otrzymywania różnych kolorów szkła. Dla otrzymania jeszcze większej ilości odcieni szkła dodaje się też bieli cynkowej (ZnO), substancji barwiących oraz odbarwiających. W ten właśnie sposób możemy otrzymać każdy kolor, który jest nam potrzebny. Dodanie glinu i boru powoduje natomiast wzrost odporności mechanicznej i termicznej szkła, a gdy dodamy tlenku ołowiu, w szkle zmieni się współczynnik załamania światła. Tak więc dla uzyskania specjalnego rodzaju szkła, wystarczy dodać do niego odpowiednie składniki.

ZASTOSOWANIE SZKŁA

Szkło dzięki swoim cechom znajduje zastosowanie we wszystkich dziedzinach życia. Jest ono stosowane jako:

  • optyczne - pryzmaty, soczewki czyli specjalnie uformowane kawałki szkła
  • okienne - szyby okienne
  • laboratoryjne - sprzęt laboratoryjny
  • budowlane - wata szklana, płyty wykładzinowe, izolacja cieplna (tzw. Wata szklana lub szkło piankowe)
  • stołowe - szklanki, kieliszki, wazony, talerze, ozdobne dzbanki
  • elektrotechniczne - żarówki, izolatory
  • butelkowe - butelki
  • na opakowania - słoiki i inne szklane opakowania, przydatne w różnych dziedzinach życia

Tworzywa sztuczne wzmacnia się włóknami ze szkła. Powstaje wtedy materiał zwany kompozytem, stosowany do budowy karoserii samochodowych.

Materiały ceramiczne są odporne na wysokie temperatury. Płytki ceramiczne chronią wnętrze statku kosmicznego przed nagrzaniem podczas wchodzenia w atmosferę.

Produkcja szkła a ekologia

Produkcja szkła nie jest rozpoznawana jako niebezpieczna dla środowiska, jednakże skala produkcji i nagromadzenie na małej powierzchni procesów potencjalnie oddziaływujących na środowisko spowodowały, że od pewnego progu produkcji (20 ton/dobę) - instalacje do produkcji szkła zostały objęte regulacjami IPPC i wymagają uzyskania zintegrowanego pozwolenia na produkcję.

W polskich warunkach, w wielu przypadkach problemem środowiskowym jest hałas pochodzący z układów chłodzenia, wentylatorów czy bezpośrednio z funkcjonowania wanny i automatów szklarskich. Problem ten jest specyficznie polski i w dużej mierze spowodowany jest bardzo rygorystycznymi przepisami dotyczącymi hałasu środowiskowego i niedoskonałością zasad i przepisów dotyczących planowania przestrzennego, a nie rzeczywistymi problemami technologicznymi.

W porównaniu do innych branż przemysłu, przemysł szklarski - w głównym procesie technologicznym - wytwarza wyjątkowo mało odpadów; powszechnie stosowana praktyką jest zawracanie odpadów do ciągu produkcyjnego. Dotyczy to nie tylko stłuczki własnej, ale również pyłów z odpylania silosów, odpylania wanien czy włókien i ścinków wełny mineralnej powstających w procesie produkcji. Tak więc głównymi emisjami charakterystycznymi dla sektora i mogącymi mieć znaczące skutki środowiskowe są emisje do powietrza. Generowanie odpadów i zrzuty zanieczyszczeń do wód nie są znaczącym problemem środowiskowym dla sektora. Nieco odrębna jest sytuacja w przypadku produkcji wełny mineralnej; użycie dużych ilości płynnych substancji służących do tworzenia lepiszcza i ulepszania właściwości mat, a także użycie łatwo rozpuszczającego się w wodzie amoniaku powodują że potencjalne zagrożenie środowiska wodnego jest dla tego pod-sektora znacznie wyższe niż dla pozostałej produkcji szkła.

Tak więc najważniejsze zagadnienia środowiskowe całego sektora to efektywność energetyczna i obniżenie emisji do powietrza. W warunkach polskich, gdzie paliwem jest gaz ziemny o niskiej zawartości siarki - również emisja dwutlenku siarki nie jest bardzo znaczącym problemem; są nimi emisja tlenki azotu (Nox) i pyłów.

RODZAJE SZKŁA

Szkła laboratoryjne - własności, składy chemiczne, podział, zastosowanie.

Dynamiczny rozwój techniki w pierwszej połowie XIX wieku wywołał konieczność dostarczenia dla przemysłu szkieł charakteryzujących się wysoką wytrzymałością mechaniczną, wysoką odpornością chemiczną i na zmiany temperatur, odpowiednią twardością powierzchniową, współczynnikiem rozszerzalności cieplnej, itp.

Do szkieł technicznych zaliczamy następujące grupy:

  • szkło laboratoryjne,
  • szkło do urządzeń przemysłowych,
  • termosy,
  • szkło optyczne,
  • włókno szklane,
  • izolatory wysokiego napięcia,
  • szkło dla techniki próżni,
  • szkło krzemionkowe.


Szkło piankowe

Jest to materiał otrzymywany z proszku szklanego z dodatkiem czynników spieniających, stanowiący strukturę komórkową, wypełnioną gazem, w której szkielet jest zbudowany ze szkła lub ciała krystalicznego.

Warunkiem otrzymania szkła piankowego o możliwie najlepszych właściwościach użytkowych i fizycznych jest uzyskanie w czasie spieniania fazy gazowej maksymalnie rozproszonej w szkielecie szklanym. Wiąże się z tym otrzymanie komórek gazowych możliwie całkowicie zamkniętych, charakteryzujących się prawie jednakową postacią i wielkością. Wciągu ostatnich lat opracowano wiele sposobów otrzymywania szkła piankowego, lecz w skali przemysłowej przyjęła się jedynie metoda polegająca na termicznej obróbce zestawu składającego się z proszku szklanego i czynnika spieniającego. W zależności od właściwości i przeznaczenia produkowane są następujące rodzaje szkła piankowego: termoizolacyjne, dźwiękochłonne, filtrujące, specjalne - techniczne.

Szkło zbrojone

Siatka zwiększa wytrzymałość szkła, dlatego może być ono stosowane do przeszkleń dachów, gdzie musi przenosić obciążenia śniegiem, wiatrem i deszczem.

Takie szkło ma wtopioną siatkę z drutu stalowego, dzięki której po stłuczeniu nie rozpada się na kawałki. Siatka zwiększa też wytrzymałość szkła, dlatego czasami stosuje się je do przeszkleń dachów, gdzie szkło musi przenosić obciążenia śniegiem, wiatrem i deszczem. Jednak najczęściej stosuje się je do wystroju wnętrz: jako element dekoracyjny szafek, blatów kuchennych (zdjęcie obok), drzwi oraz balustrad.

Zwykłe szkło podczas pożaru pęka, a pod wpływem bardzo wysokiej temperatury może się topić. Szkło zbrojone jest jednak ognioodporne - powstrzymuje rozprzestrzenianie się ognia i wytrzymuje wysoką temperaturę do 60 minut. W razie pożaru szyba z takiego szkła nie rozpada się, nawet jeśli jest popękana. Z tego względu nadaje się ono na przykład na drzwi i szklane ściany działowe.

Szkło klejone - antywłamaniowe, bezpieczne

Podstawową cechą szkła klejonego jest to, że dzięki folii po rozbiciu nie rozsypuje się na drobne kawałki: od miejsca uderzenia powstaje splot promieniście rozchodzących się pęknięć.

Produkcja szkła klejonego polega na łączeniu dwóch lub więcej tafli szklanych za pomocą specjalnej folii albo żywicy. Maksymalna grubość szyby to trzy warstwy szkła grubości 4 mm każda i dwie warstwy folii grubości 0,76 mm każda. Podstawową cechą szkła klejonego jest to, że dzięki folii po rozbiciu nie rozsypuje się na drobne kawałki: od miejsca uderzenia powstaje splot promieniście rozchodzących się pęknięć. Szkło klejone ma dziesięć klas. Im wyższa klasa, tym większa jest odporność szkła na przebicie i rozbicie. Jest też szkło klejone z warstwą folii barwionej (szarej, zielonej, brązowej). Szyby wykonane z takiego szkła odbijają część promieniowania słonecznego.
Ze szkła klejonego wykonuje się szyby bezpieczne lub antywłamaniowe - które można stosować zamiast krat, okiennic czy rolet, w oknach, szklanych drzwiach, przeszkleniach werand. Szyba antywłamaniowa jest odporna na przebicie i rozbicie tępym lub ostrym narzędziem.

Do produkcji szyb bezpiecznych i antywłamaniowych stosuje się różne rodzaje szkła:

  • zwykłe (float) - bezbarwne lub barwione w masie,
  • przeciwsłoneczne: absorpcyjne - pochłaniające światło, lub refleksyjne - odbijające promienie słoneczne,
  • niskoemisyjne - o zwiększonej izolacyjności termicznej,
  • hartowane,
  • niektóre szkła ornamentowe.

Różne rodzaje szkła łączy się w zależności od tego, jaką funkcję ma pełnić okno. Może więc być bezpieczne lub antywłamaniowe, a jednocześnie utrzymywać ciepło w pomieszczeniu czy chronić przed słońcem. Tafle szkła mają mieć grubość kilku milimetrów, te najcieńsze - 3 lub 4 mm.

Szkło kuloodporne - w domach jednorodzinnych rzadziej stosowane niż szyby antywłamaniowe. Szkło kuloodporne chroni przed pociskami o różnej sile rażenia oraz przed dużymi wahaniami temperatury - stopień zabezpieczenia zależy od klasy szyby.

Szkło hartowane

Charakterystyczną cechą szkła hartowanego jest sposób pękania - po rozbiciu rozpada się na kawałki o tępo zakończonych krawędziach.

Hartowanie to proces obróbki termicznej szkła płaskiego, polegający na ogrzaniu jego tafli do wysokiej temperatury, a następnie bardzo szybkim jej schłodzeniu. Dzięki tej obróbce kilkakrotnie wzrasta wytrzymałość szkła. Takie szkło ma zwiększoną odporność na zmiany temperatury (od -100°C do +300°C). Charakterystyczną cechą szkła hartowanego jest sposób pękania - po rozbiciu rozpada się na kawałki o tępo zakończonych krawędziach.

Ze szkła hartowanego wykonuje się drzwi, podłogi, wypełnienia balustrad zewnętrznych i wewnętrznych, szklane regały, kabiny prysznicowe i blaty stołów. Stosuje się je także do budowy ścian działowych. Z hartowanego szkła wykonuje się również akwaria o dużej pojemności. Wysoka wytrzymałość oraz zwiększona odporność termiczna sprawiają, że coraz częściej ten rodzaj szkła stosuje się do przeszkleń dachów, świetlików oraz ogrodów zimowych.

 

biuro@strefaszkla.pl

mail

Jeśli masz pytania dotyczące naszej oferty napisz do nas. Odpowiemy najszybciej jak to możliwe udzielając wyczerpujących informacji.

514 315 415

telefon

Skontaktuj się z nami w sprawie szczegółów. Pomożemy i odpowiemy na Twoje pytania. Zapraszamy od 8:00 do 18:00.

Numer Konta Bankowego

bank

BANK PEKAO S.A. o.WĘGRÓW
27 1240 2731 1111 0010 1469 0739