Sklenka

Vlastnosti skla

Na rozdíl od anizotropních krystalických těles mají skla izotropní vlastnosti. Jak se materiál zahřívá, postupně měkne a plynule přechází z pevného stavu do stavu, kdy jej lze popsat jako podchlazenou vysoce viskózní kapalinu. Teplotní rozsah, ve kterém je tato transformace pozorována, je relativně úzký a je známý jako rozsah skelné transformace. Lze pozorovat několik významných změn – dochází k rychlé změně měrného tepla, indexu lomu, koeficientu tepelné roztažnosti a permitivity. Při teplotách pod transformačním rozsahem je sklo tvrdé a křehké. S rostoucí teplotou se stává stále plastičtější, až se změní na pohyblivější kapalinu. Rozsah transformace křemenného skla je kolem 1500 K, zatímco u silikátových skel jsou teploty o něco nižší, kolem 800-1000 K, v závislosti na přesném materiálovém složení.

Vlastnosti skla

Křemenné i silikátové sklo má strukturu podobnou krystalickým silikátům. Skládá se z tetraedrických SiO ₄ skupin, které se spojují a vytvářejí tuhou trojrozměrnou strukturu. Rozdíl je však v jejich uspořádání, protože na rozdíl od krystalických těles s uspořádanou krystalovou mřížkou jsou skupiny přítomné ve skle propojeny neuspořádaně. Skleněný systém je popsán jako zdánlivě stabilní, což znamená, že nedosahuje rovnováhy, ale směřuje ke krystalickému stavu. Za normálních podmínek je tento proces tak pomalý, že je nepostřehnutelný. Lze to pozorovat pouze na velmi starých sklenicích. Rychlost procesu lze však zvýšit vyššími teplotami 1200-1400 K v závislosti na jakosti skla. Znatelnou postkrystalizační změnou je charakteristický zákal a zvýšená křehkost skla. Plastičnost skleněné hmoty lze libovolně měnit pomocí vhodné teploty zpracování a lze ji tvarovat foukáním, lisováním atd.

Příklady skleněných materiálů

1. Sodnovápenaté sklo 12,9 %Na ₂ O (soda), 11,6 %CaO (vápno, uhličitan vápenatý), 75,5 %SiO ₂ (sklářský písek).
2. Draslíkovo-vápenaté sklo, kde Na ₂ O byl nahrazen K ₂
3. Sodno-draselné-vápenné sklo, které obsahuje oxidy sodíku i draslíku.
4. Jenské sklo 74,5 %_Si02 , 8,5 %_{Al203 , 4,6} %_B203 , 7,7 %_Na20 , 3,9 %BaO, 0,8 %CaO, 0,1 %MgO.

Silikátové sklo

Nejčastěji používaným typem skla je silikátové sklo , které se vyrábí tavením křemenného písku se sodou Na ₂ CO ₃ a vápencem CaCO ₃ při teplotě cca. 1800 K. Díky takovým podmínkám je možné do hmoty zavést oxidy křemíku, sodíku a vápníku (SiO ₂ , Na ₂ O i CaO). Základním sklotvorným oxidem v jeho složení je SiO ₂ a jeho mřížkou je tzv. vazba křemík-kyslík, která obsahuje intermediární iontové substituce zasahujícími modifikačními ionty. Pocházejí z dodatečně zavedených oxidů, které mají změnit vlastnosti skla.

Barvení skla

K barvení skla se používají aditiva přechodových oxidů kovů. Oxidy kobaltu dávají fialovomodrou barvu, oxid dichromový zelenou barvu a oxidy železa v závislosti na podmínkách v peci dávají zelenou barvu v redukční atmosféře a hnědou barvu v oxidační atmosféře. Barvení skla do rubínově červené barvy se provádí pomocí koloidně dispergovaného zlata – hmota skla se taví a při rozkladu se uvolňuje zlato při atomární fragmentaci. Zpočátku je bezbarvý, ale po zahřátí na teplotu cca. 800-900 K a pomalém ochlazování se stává rubínově červeným. Podobný mechanismus se používá k výrobě žlutého skla, ale místo zlata se používá koloidní stříbro.

Skleněná výztuha

Povrch skla je možné zkvalitnit a upravit tak, aby nedocházelo k prasklinám nebo jejich posunutí. Existují tři hlavní typy procesů vyztužování skla:

1. Kalení , při kterém se materiál zahřeje na vysoké teploty a poté se ochladí na vzduchu nebo v oleji. Protože se povrch ochlazuje rychleji než vnitřní vrstva, její rozměry se nemohou shodovat. Vnitřek je povrchem natažen a povrch je vnitřkem stlačován.
2. Chemické tvrzení umožňuje dosáhnout podobných efektů jako kalení. Sklo se vloží do roztavené soli obsahující draselné kationty, např. do KNO ₃ zahřátého na 12 hodin na 500 ^o C Difúze způsobí výměnu iontů z Na ⁺ na K ⁺ , když se napínají na vnější povrch.
3. Laminace skla je metoda umístění vrstvy polymeru mezi minimálně dvě vrstvy skla. To je možné dvěma způsoby – sklo lze lisovat polymerem nebo tekutý polymer nalévat na skleněné vrstvy.

Suroviny

Většina látek potřebných při výrobě skla je minerálního původu. Patří sem: písek, vápenec, dolomit, anhydrit. Používají se však i látky, které jsou produkty chemického průmyslu , jako je soda . V současnosti se stále větší význam přikládá také druhotným surovinám, tedy střepům . Střepy se dělí do dvou kategorií – střepy vzniklé ve výrobním procesu, které se po mletí. je vhodný pro přepracování a cizí střepy, tj. spotřební materiál, který musí být očištěn a zušlechtěn, aby mohl být znovu použit.

Recyklace skla

Klíčovým aspektem je pochopení, že ne všechno sklo je recyklovatelné. Střepy jsou velmi důležitou druhotnou surovinou, ale takové materiály, jako jsou nádoby trvale spojené s jinými surovinami, keramika, čočky ze sklenic, žáruvzdorná skla, žárovky, stříkačky apod. nejsou vhodné k přepracování. Recyklace skla je vícestupňový proces a první fází je správné třídění odpadu . V recyklačním zařízení se odpad zváží a zkontroluje, zda je vhodný pro přepracování. Další fází je drcení a odstraňování etiket a drobných nečistot z dříve separovaných materiálů. Po prvotním vyčištění se odpad rozdělí podle barvy a odveze do sklárny. V těchto zařízeních se skleněný odpad taví při 1200 ^o C na skleněnou hmotu, ze které se následně tvoří nové produkty. Zajímavostí je, že zpracování skla je na rozdíl od papíru či plastu prakticky nekonečné. Po přetavení se vlastnosti skla nemění.