staklo

Staklo je homogeno amorfna, izotropna, transparentna, kruta i krhka tvar u metastabilnom stanju, nastaje hlađenjem leće. Sadrži najčešće kremički pijesak, natrij, alkalne metale, vapnenac. To je biološki neaktivni materijal.

Staklo je transparentno (prozirno) za vidljivo svjetlo (postoji i neprozirno staklo). Običajno staklo ne propušta svjetlost s valnom dužinom kraćom od 400 nm (ultraljubičasto svjetlo), jer sadrži nečistoće, npr. sodu (natrij karbonat).

Povijest

Staklo je otkriveno oko godine 3000. prije Krista u Egipat. Na početku tehnologija nije omogućavala proizvodnju čistog stakla (nečistoće) i koristilo se pretežno za proizvodnju malih posuda i dekoracija. Posude su obrađivane okretanjem oko glinenog jezgra, koje se nakon hlađenja staklenog proizvoda raspadne. Staklo je sadržavalo kremički oksid, kalcij i natrij.

Staklo se nalazi i u prirodi, i sastoji se od vulkanske lete. Ovo staklo se zove obsidian. Obsidian je dugo koristio za proizvodnju noža korištenjem jednostavnih alata. Drugi oblik prirodnog stakla su cijevi nastale udarom munje u kremički pijesak.

Staklo

Staklo je homogeno amorfna, kruta, krhka, uglavnom prozirna tvar s glatkom površinom. Proizvodi se iz tzv. staklene leće topljenjem u stakleničkom pećima. Materijal se brzo hladi i zbog toga nema dovoljno vremena za stvaranje kristalne mreže. Rezultatna kruta tvar je amorfna (bez oblika). Čisto staklo je transparentna (prozirna), relativno čvrsta tvar, otporna na trošenje, u suštini inertna i biološki neaktivna. Može biti oblikovana u različite oblike. Staklo je međutim vrlo krhko i lomi se na oštre komadiće. Ove karakteristike mogu biti modificirane dodavanjem spojeva (najčešće metala) u leću. Staklo se može i toplinski obrađivati npr. zakovati.

Staklo je sastavljeno pretežno od kremičkog oksida, koji se dobiva iz kvarca (kremički pijesak – tzv. staklenički pijesak). Kvarc ima temperaturu topljenja oko 2 000 °C, zbog čega se u proizvodnji dodaju alkalni materijali koji značajno smanjuju tu temperaturu npr. soda i natrij karbonat, koji smanjuju temperaturu topljenja na oko 1 000 °C. Zbog toga alkalijski materijali istovremeno smanjuju otpornost stakla prema vodi, što je nepoželjno, dodaje se i kalcij oksid, koji poboljšava tu otpornost.

Osnovne sirovine za proizvodnju stakla su – čisti kremički pijesak, kalcij oksid, natrij karbonat (kalij karbonat), aluminij oksid i stakleni komadići (separirani otpad). Iz ovih sirovina priprema se prahasta smjesa koja se zove staklenički kamen, koji se topi u stakleničkom pećima. K osnovnim komponentama kamena dodaju se različiti aditivi koji čiste staklo, boje ga ili ga čine neprozirnim.

Kvarcno staklo

Staklo proizvedeno samo iz čistog kremičkog oksida SiO₂ (kvarc) se zove kvarcno staklo. U odnosu na običajna stakla ima neke karakteristike koje se razlikuju. Ne apsorbuje ultraljubičasto zračenje, ima vrlo visoku temperaturu topljenja (oko 1 650 °C), je tvrdo, otporno na oštećenja, optički čisto (ne sadrži nečistoće), ne izobličuje valnu dužinu prolaznog svjetla (bojna greška). Zbog toga se koristi tamo gdje su te karakteristike tražene. Npr. za boce halogenih svjetiljki, koje rade na visokim temperaturama, iskri za ultraljubičasto svjetlo, pokrovne stakla toplinskih uređaja, satova i sl. Kvarcno staklo se zbog visoke temperature topljenja proizvodi daleko složenije i skuplje od običnog stakla. Kvarcno staklo se može proizvesti toliko čisto da stotine kilometara stakla su transparentna za infracrveno valno svjetlo, što se koristi u optičkim vlaknima. Kvarcno staklo se koristi i u optici za proizvodnju lupa i zrcala.

Aditivi

Olovo staklo, također olovni kristal, ima bolje vizualne optičke karakteristike, jer povećani lomni indeks (refrakcija) uzrokuje daleko više refleksija. Takvo staklo se koristi za proizvodnju umjetnih predmeta od stakla. Bor se dodaje za promjenu toplinskih i električnih karakteristika. Dodavanje barija povećava optički lomni indeks stakla. Oksid torija daje staklu vrlo visoki refrakcijski indeks i koristi se za proizvodnju visoko kvalitetnih lupa. Veće količine željeza se koriste u staklu koje apsorbuje infracrvenu energiju, npr. za toplinske apsorbirajuće filtre filmovih projektorâ. Cer se koristi za staklo koje apsorbuje UV valne dužine (biološki štetno zračenje).

Metali i oksid metala se dodaju u leću tijekom proizvodnje i za promjenu boje stakla. Mangan uklanja zelenu boju željeza, u višim koncentracijama dodaje ametistovu boju. Slično kao mangan i selen se koristi za dekolorizaciju stakla, u višim koncentracijama dodaje crvenu boju. Male koncentracije kobalta (0,025 – 0,1 %) daju plavo staklo. Oksid cina s oksidima antimona i arsena stvara neprozirno bijelo staklo, prvi put korišteno u Veneciji za proizvodnju imitacije porculana. Korištenje dva do tri postotka oksidima bakra stvara tirkiznu boju. Čisti metali bakra daju vrlo tamnu crvenu neprozirnu staklo, koje se koristi kao zamjena za zlatne rubinove stakla. Nikal prema koncentraciji stvara plave, ljubičaste ili crne stakla. Dodavanje tita stvara žuta-smeđa stakla. Zlato u vrlo malim koncentracijama (oko 0,001 %) stvara rubinovo obojeno staklo. Uran (0,1 – 2 %) se dodaje za dodavanje fluorescentne žute ili zelene boje. Srebrne sujedinje (pretežno nitrati srebra) proizvode raspon boja od narančaste crvene do žute. Metoda, na koju se staklo grije i hladi isto može utjecati na boju proizvedenu ovim sujedinjima. Često se pojavljuju nova obojanja stakla i nova korištenja zbog novo ispitanih karakteristika.

Obrada staklene leće

Tekuća staklena leća se dalje obrađuje puhanjem, pritiskanjem, lijevanjem i ručno ili strojno. Na ovaj način nastaju poluproizvodi koji se mogu dalje modificirati brušenjem, poliranjem, bojenjem, erodiranjem...

Puhanje

Puhanje je klasična staklenička tehnika za ručno, ili strojno obradu staklene leće. Princip je pričvršćivanje viskozne staklene leće na stakleničku pjeviću, u koju se stiska zrak. Ovaj na kraju cijevi stvara mjehur. Istovremeno stiskanjem zraka i rotacijom pjeviće se staklena leća održava osno usredotočena. Strojno se na ovaj način proizvode npr. boce, čaše, karafe i sl. Ručno puhanje stvara glavno prazne umjetne predmete, čaše, karafe, hemijsko staklo (boce, hladnjaci) i sl. Ovi predmeti ne moraju biti uvijek samo prazni. Mogu se obraditi i puni predmeti kao npr. teretnice, cvjetnice i mnogi predmeti za dekorativno korištenje.

Ljevanje

Staklena leća se može liti. Lije se u metale (pri ručnoj obradi i u drvene) kalupe. Nedostatak je manje kvalitetna površina. Lije se boce, tanjuri, čaše, staklene poluproizvodi (cijevi, spojke).

Tabularno staklo

Staklene ploče (tabularno staklo) se proizvode ljevanjem u ravne kalupe. Postoji staklo valjano i plivanje. Za postizanje idealno ravne i glatke površine /staklo plivanje/tabularnog stakla unutrašnja struktura kalupa je sastavljena od rastopljenog cina. Ova tehnika se zove float coating, porijeklom iz Engleske. Tekuća staklena leća se stoga u obliku pliva na tekućem cinu. Ovo staklo se zove plivanje – float. Proizvodi se u odaberanom formatu od 3 – 19 mm u veličini 200/225*321 cm i 600x321 cm. Ponekad se u tabularno staklo ulije metala mreža (sigurnosno staklo) – ide o staklu s žičanom umetkom tzv. „žičanka“. Ovo staklo je valjano. Takvo staklo se nakon razbijanja ne raspadne na slobodne komadiće, već ostane puknuto u cjelini. Je prilično krhko, ali kao sigurnosno staklo dovoljno je. Staklo u automobilima je zakovano i slojevano – prednje i stražnje stakla su lepljena (staklo-folija-staklo) i bočne su zakovane. Nakon razbijanja lepljenog stakla komadići ostaju prilepljeni na foliji. Zakovano staklo se razbije na veliki broj sitnih kružnih komadića. Nestrpljivo staklo se proizvodi kao višeslojno lepljeno staklo. Korištena su stakla debljine 3 – 5 mm, izmijenjena sigurnosnom folijom.

Fusing – fusingové staklo

Fusing je tehnika koja se koristi za spajanje i oblikovanje stakla pomoću visokih temperatura. U današnje vrijeme pripada uobičajenim metodama obrade stakla, kao što su brušenje, pritiskanje, oblikovanje, savijanje i sl.

Tehnologija fusinga je poznata još od antičkih vremena, što pokazuju arheološki dokazi iz razdoblja oko godine 2000. prije Krista. Kao prvi koristili su, tehniku sličnu današnjem fuziranju Egipćani i Rimljani.

S razvojem puhanog stakla fusing se povlači u pozadinu. Ponovno otkriće ove tehnike dogodilo se tek tijekom 19. stoljeća u Europi. U današnje vrijeme fusingové staklo postaje traženi artikl za dekoraciju unutrašnjih prostora i u arhitekturi.

Iné použitie stakla

Iz stakla se proizvode i poluproizvodi, koji služe za dalju obradu. Primjer su staklene vlakna, koja služe kao poluproizvodi za proizvodnju staklenih tkanina, npr. konopi, čvorovi, armirajuće mreže, ploče, pletene vlakna, staklene vate i sl..