Výroba skla. Historie výroby skla. Suroviny pro výrobu skla

Transkript

1 Výroba skla Sklo je amorfní (beztvará) průhledná nebo průsvitná látka s širokým uplatněním ve stavebnictví, průmyslu i umění. Je odolné vůči povětrnostním a chemickým vlivům (kromě kyseliny fluorovodíkové, která ho leptá), je špatným vodičem tepla a nevede elektrický proud. Po chemické stránce lze sklo označit za podvojný křemičitan obsahující alkalický kov v oxidačním čísle I (Na, K) a kov v oxidačním čísle II (Ca, Pb). Historie výroby skla První nálezy skla pochází z poloviny 3. tisíciletí př. n. l. z Mezopotámie. Střediskem starověké sklářské výroby byl Egypt, ze kterého se sklo vyváželo. První zmínky o výrobě skla v Evropě jsou z 9. stol. V Evropě byla zpočátku výroba skla doménou církve a především mnichů Benediktinů, kteří vyráběli sklo do oken kostelů a klášterů. Ve 13. stol. se velkým evropským střediskem výroby skla staly Benátky. Významné místo v historii výroby skla zaujímali i Čechy a čeští skláři. První písemná zmínka o skle na našem území pochází až z roku První sklárny u nás vznikaly ve druhé polovině 13. a v první polovině 14. století. Od poloviny 14. století již nejstarší české sklárny tavily téměř čiré, jen slabě do žluta nebo do zelena zbarvené draselnovápenaté sklo a zhotovovaly z něj malovaná kostelní okna, číše a poháry. V 16. století se vyrábělo sklo nejméně ve 34 českých hutích. Na přelomu 17. a 18. století zastínili čeští skláři kvalitou svých výrobků do té doby bezkonkurenční benátské sklo. Suroviny pro výrobu skla Suroviny pro výrobu skla označujeme souhrnně jako sklářský kmen a dělíme je na suroviny základní a pomocné. Mezi základní suroviny patří sklářský písek, vápenec, soda, potaš a skleněné střepy. Mezi pomocné suroviny patří čeřiva, barviva, kaliva a odbarvovadla. Sklářský písek Sklářský písek je zrnitý, většinou světle až bíle zbarvený. Obsahuje 60 až 80 % křemene (SiO 2 ). Sklářský písek se těží v povrchových lomech. Největší a nejvýznamnější ložiska sklářského písku jsou v naší republice soustředěna v české křídové pánvi a chebské pánvi. Nejvýznamnějším ložiskem je Střeleč, ve které se těží velmi kvalitní sklářský písek. Požadavky na kvalitu sklářského písku (zrnitost, minerální a chemické složení) se mění podle druhu vyráběného skla. V přírodě se sklářský písek v požadované kvalitě nevyskytuje, proto se musí upravovat drcením, praním a tříděním. Vápenec (uhličitan vápenatý, CaCO 3 ) Jemně mletý vápenec přechází tavením na oxid vápenatý a upravuje chemickou odolnost skla.

2 Soda a potaš Soda (uhličitan sodný, Na 2 CO 3 ) a potaš (uhličitan draselný, K 2 CO 3 ) se tavením mění na oxid sodný a oxid draselný. Oba alkalické oxidy se používají jako tavivo, látky snižující teplotu tavení sklářského kmene. Skleněné střepy Skleněné střepy se používají v množství 30 až 40 %. Urychlují tavící proces a výrobu skla zlevňují. Čeřiva Čeřiva jsou látky, které se do sklářského kmene přidávají v malém množství, aby odstranily z roztavené skloviny bublinky vzduchu a nečistoty. Zároveň tím sklovinu homogenizují. Často také pomáhají urychlit tavící procesy a odbarvit sklovinu. Jako čeřiva se používají dusičnany ledky (amonný, draselný, vápenatý, barnatý) nebo arsenik (oxid arsenitý). Barviva Barviva jsou látky, které udělují sklu požadované zbarvení. Po chemické stránce se jedná o elementární kovy nebo o oxidy a soli kovů. Mezi známá barviva skla patří mangan Mn VII (fialové zbarvení), kobalt Co II (modré zbarvení), chrom Cr III (zelené zbarvení), měď Cu II (tyrkysové, ale i tmavě červené zbarvení), železo Fe III (žlutohnědé zbarvení), zlato (rubínově červené zbarvení), stříbro Ag I (žluté až oranžovočervené zbarvení). Kaliva Kaliva vytvářejí ve skle jemně rozptýlené částice, které brání přímému prostupu světla a způsobují neprůzračnost skla. Jako kalivo se používá kryolit, kostní moučka a mastek. Odbarvovadla Odbarvovadla mají za úkol odstranit nežádoucí zbarvení skloviny. Děje se tak na principu doplňkových barev. Pokud je třeba odstranit nazelenalou barvu skla, kterou způsobují stopy železa, použije se oxid manganičitý (tzv. sklářské mýdlo ). Tavením sklářského kmene se mangan v oxidačním čísle IV (Mn IV ) redukuje na mangan v oxidačním čísle III (Mn III ), který má červenohnědé zbarvení. Červenohnědá barva je doplňkovou barvou k nazelenalé barvě a sklo se proto jeví jako bezbarvé. Technologie výroby skla Suroviny pro výrobu skla neboli sklářský kmen se roztaví ve sklářské peci. Teplota v peci se pohybuje nejčastěji v rozmezí od 1400 do 1600 C. Roztavením sklářského kmene vzniká sklovina, která se nejprve zbaví bublinek vzduchu pomocí čeřidel. Vyčeřením se sklovina také homogenizuje. Neprotavené zbytky jsou vyneseny na hladinu skloviny, odkud se sbírají v podobě sklářské pěny (tzv. sklářská žluč). Hotová sklovina se nechá vychladnout na pracovní teplotu 700 až 1000 C.

3 Sklovina ochlazená na pracovní teplotu se zpracovává tvarování. Sklovina se tvaruje buďto ručně nebo strojově a to foukáním, tažením, válcováním, litím, plavením nebo lisováním. Dalším krokem výroby skla je řízené chlazení skla. Provádí se ve speciálních chladících pecích při teplotě C. Chlazením se z výrobku odstraní vnitřní pnutí. Po ochlazení se může sklo povrchově upravovat a to buďto mechanicky nebo chemicky. Mezi mechanické zdobení skla patří broušení, rytí a pískování. Mezi chemické způsoby zdobení skla patří leptání, malování, lazurování a pokovování. Tvarování skla Foukání skla Foukání se provádí buďto ručně pomocí sklářské píšťaly a forem nebo strojově. Sklovina se nabere na konec sklářské píšťaly, její nadbytek se odřeže, částečně se vyfoukne a dofouknutí se dokončí ve formě. Ručním foukáním se vyrábí umělecké sklo, strojově se vyrábí láhve, skleničky, odlivky, žárovky. Lití skla Při lití skla se žhavá sklovina lije na hladkou litinovou desku licího stroje. Deska stroje je omezena latěmi, které určují tloušťku skla. Po latích přejíždějí vyhřívané hladící válce. Surové vychlazené tabule se musí brousit a leštit. Litím se vyrábí skla pro výkladní skříně a zrcadla. Válcování skla Sklovina vytéká z vanové pece mezi chlazené vodorovné válce, které ji vyválí v desku. Tabule pak prochází chladicí pecí a z obou stran se brousí a leští. Při válcování lze do tabulí vtlačovat vzor nebo vkládat drátěné pletivo. Válcováním se vyrábí tabulové sklo nebo bezpečnostní drátěné sklo. Tažení skla Tažení je nejběžnější způsob výroby plochého skla. Z roztavené skloviny se vytahuje nekonečný pás dvojicí azbestových válečků. Vychladlý pás se řeže na tabule, prokládá se papírem a balí do latění. Tažením se vyrábí také skleněné trubky, tyče a vlákna. Plavení skla Pás skloviny se vede z vanové pece přes lázeň roztaveného cínu, čímž se zajistí dokonale hladký povrch skla a sklo se nemusí brousit a leštit. Vyrábí se tak hlavně zrcadlové sklo a ploché sklo. Lisování skla Lisované sklo se vyrábí na ručních lisech, poloautomatech nebo automatech. Měkká dokonale tvárlivá sklovina se lije do forem.

4 Povrchová úprava skla (zušlechťování skla) Broušení skla Broušením se upravuje sklo čiré, barevné a převrstvené. Brousí se olovnatý křišťál a sodnodraselné sklo. Nejprve se na skleněný výrobek předkreslí vzor a následuje hrubé vybroušení brusnými karborundovými kotouči. Potom se řezy zjemní pomocí přírodních pískovcových kotoučů nebo kotoučů z umělého korundu za použití vody. Matné řezy se vyleští mechanicky (pemza, křemelina) nebo chemicky (leštící lázeň s kyselinou sírovou a fluorovodíkovou). U převrstveného skla je na čirém sklu vrstva barevného skla a při broušení se odkrývají bezbarvé vzory. Rytí skla Rytí skla patří k nejnáročnějším technikám zušlechťování skla. Provádí se pomocí ryteckého stroje s měděnými kolečky. Během rytí stéká na měděné kolečko jemný smirek rozptýlený v oleji. Pískování skla Na povrch skla se prudce vrhá ostrý křemičitý písek, který povrch skla zdrsní a sklo je pak jen průsvitné. Leptání skla Leptání skla se provádí plynným fluorovodíkem, kyselinou fluorovodíkovou nebo jejími solemi. Povrch skleněného výrobku se pokryje ochrannou vrstvou z parafínu a asfaltu. Do této vrstvy se ručně nebo strojově vyryje vzor a předmět se vloží do leptací lázně. Vyryté části skla se tak naleptají a vznikne vzor. Leptáním se povrch skla také matuje. Malování skla Sklářské barvy jsou tvořeny lehce tavitelným bezbarvým sklem, barvícími látkami a terpentýnovým pojidlem. Na povrch skla se nanášejí štětcem, postřikem přes šablonu nebo protlačováním sítem (tzv. síťový tisk). Nakonec se provede zatavení sklářské barvy do povrchu skla. Lazurování skla Lazurování skla se provádí pomocí směsi solí kovů (hlavně mědi a stříbra). Soli mědi zbarvují sklo žlutozeleně, černě a červeně, soli stříbra zbarvují sklo žlutě. Na výrobek se nanese lazurovací směs a při vypalování v peci kovové ionty pronikají do povrchu skloviny a tím ji zbarvují. Pokovování skla Při pokovování se sklo pokrývá tenkými kovovými povlaky. Tímto způsobem se vyrábí dekorativní sklo, ale i sklo pro technické účely.

5 Rozdělení skla podle chemického složení Sodnovápenaté sklo (francouzské sklo) Sodnovápenaté sklo je nejběžnějším druhem skla. Obsahuje 60 až 80 % SiO 2. Vyrábí se tavením sklářského písku se sodou a vápencem. Používá se na výrobu plochého skla, lahví a sklenic a běžného stolního skla. Pro větší odolnost vůči povětrnostním vlivům se do něj přidává malé množství oxidu hlinitého a boritého. Draselnovápenaté sklo (český křišťál) Obsahuje 72 % SiO 2 (polokřišťál obsahuje 80 % SiO 2 ). Vyrábí se tavením sklářského písku s potaší a vápencem. Je tvrdší, hůře tavitelné, lesklé a stálé. Je vhodné pro výrobu chemického a stolního skla. Vyrábí se z něho předměty dekorativní a umělecké. Náhradou části potaše sodou vzniká sodnodraselnovápenaté sklo, které se nejčastěji používá pro výrobu levného stolního skla. Draselnoolovnaté sklo (olovnatý křišťál, anglické sklo) Tento typ skla se připravuje tavením sklářského písku s potaší a oxidem olovnatým (24 %). Sklo je měkké, dobře tavitelné, má vysoký lesk, lámavost a rozptyl světla. Používá se na výrobu broušeného skla a optického skla. Křemenné sklo Křemenné sklo je v podstatě čistý oxid křemičitý. Používá se v laboratorních přístrojích a v elektrotechnickém průmyslu jako izolační hmota. Borokřemičité sklo Borokřemičité sklo obsahuje oxid boritý, je odolné proti teplotním změnám a vůči chemikáliím. Vyrábí se z něj laboratorní sklo a varné sklo pro domácnosti. Vodní sklo Vodní sklo je tavenina alkalického křemičitanu. Vodní sklo se používalo ke konzervaci vajec. Vejce se naskládala do láhve a zalila vodním sklem, které ucpalo póry skořápek, a vejce pak vydržela řadu měsíců. Vodní sklo se používá k impregnaci papírových tkanin, k ochraně a sanaci přírodního kamene, ve stavebnictví k urychlení tuhnutí cementových směsí.