Стакло

Стакло је аморфни (некристални) тврди материјал обично избрушен и провидан, направљен у највећем делу од силицијума и база спојених на високој температури. Стакло је хомогена аморфна, изотропна, провидна, чврста и крта материја у метастабилном стању настала хлађењем и загревањем. Садржи најчешће силицијумски песак, соду, оксиде алкалних метала и кречњак. То је биолошки неактивни материјал. Стакло је транспарентно провидно за видљиво светло (постоји и непровидно стакло). Обично стакло не пропушта светло малих таласних дужина јер садржи примесе.

Најпознатији и историјски најстарији типови стакла су базирани на хемијском једињењу силицијум диоксид, примарном састојку песка. Широко коришћени термин стакло се обично користи само за тај тип материјала. Стакло је познато по својој употреби за прозорска стакла и стаклене боце. Постоје многобројни типови стакла базираног на силицијум-диоксиду. Обично стакло за прозоре и флаше је специфични тип содно-кречног стакла. Оно се састоји од приближно 75% силицијум диоксида (-{SiO2}-), натријум оксида (-{Na2O}-) из натријум карбоната (-{Na2CO3}-), калцијум оксида, такође познатог као креч (-{CaO}-), и неколико мањих адитива. Веома прозирно и трајно кварцно стакло може да буде направљено од чистог силицијум диоксида. Други састојци се користе да би се побољшала температурна обрадивост продукта.

Многобројни облици примене силикатног стакла почивају на његовој оптичкој прозирности, која омогућава једну од примарних употреба силикатног стакла као прозорска окна. Стакло може да рефлектује и рефрактује светлост. Та својства се могу поспешити сечењем и полирањем, чиме се формирају оптичка сочива, призме, фини стаклени предмети, и оптичка влакна за пренос података великим брзинама помоћу светлости. Стакло може да буде обојено додавањем металних соли, а може и да буде обојено по површини. Та својства су довела до екстензивне употребе стакла у производњи уметничких предмета, а посебно витража. Мада је крто, силикатно стакло је изузетно издржљиво, и постоји мноштво примера стаклених фрагмената из раних култура у којима је прављено стакло. Пошто се стакло може излити у било који облик, као и зато што је стерилан производ, оно се традиционално користило за судове: чиније, вазе, флаше, тегле и чаше за пиће. У већини својих чврстих форми оно је такође коришћено као притискивач за хартију, кликере, и перле. Када се екструдира као стаклена влакна и утре као стаклена вуна на такав начих за заробљава ваздух, оно постаје термални изолациони материјал, а кад се та стаклена влакна уграде у органску полимерну пластику, она су кључна структурна појачавачка компонента композитног материјала фибергласа.

У науци, термин стакло се често дефинише у ширем смислу, тако да обухвата сваки чврсти материјал који поседује некристалну (и.е. аморфну) структуру на атомској скали и који испољава стаклену транзицију при загревању до течног стања. Стога су порцелани и многе полимерне термопластике, које често срећу у дневној употреби, исто тако физичка стакла. Те врсте стакла могу да буду направљене од веома различитих врста материјала: металних легура, јонских растопа, водених раствора, и полимера. У многим облицима примене (флаше, наочаре) полимерна стакла (акрилно стакло, поликарбонат, полиетилентерефталат) су лаганије алтернативе традиционалног силицијумског стакла.

Венеција је један од најпознатијих градова по прављењу предмета од стакла. Веома вешти и увежбани уметници који праве различите предмете од стакла објашњавају да овом професијом се треба веома дуго бавити да би се достигла савршена вештина и умеће. У Венецији се налази више од две стотине радњи и око три стотине радионица које продају и производе стакло, почев од огромних ваза до минијатурних фигура различитих боја.

Стакло се налазило и у природи и ствара се у вулканским активностима. Други облик природног стакла настаје ударом грома у силицијумски песак. Природно створено стакло се, у каменом добу, користило за израду оштрог оружја.

Његова израда откривена је око 3.000. године п. н. е. у Египту. У почетку технологија није омогућавала производњу чистога стакла, па се у старом Египту употребљавало углавном за производњу украса, а у античкој Грчкој и старом Риму су се производиле посуде од стакла. Од -{XI}- века се од стакла производи и накит. Даље, током векова, стакло добија све већу примену у разним областима, па и у уметности. На њему се слика, од њега се праве скулптуре и обликују разни украсни и корисни предмети, а у архитектури се дошло до тога да се зидови читавих зграда праве од стакла.

Стари век

У старом веку од 15. до 2. века пре нове ере прво у Египту и Месопотамији, касније у Римском царству за производњу стаклених предмета користиле су се технике наношења стакла око пјешчаног језгра (производиле су се мале посуде) и ливане су у калупе (производио се накит или украси на зградама). Предмети од стакла израђивали су се мукотрпно и били су доступни само најбогатијима. Техника пресовања је своју широку примену нашла у касноантичкој изради прозорских стакала, а врхунац технике је било мозаичко стакло за украшавање прозора.

Изум луле за дување стакла (дуга жељезна шипка чији би се један крај загревао до жарења и потом умакао у житку стаклену масу у стакларској пећи) два века пре нове ере омогућио је технолошки напредак, масовнију и јефтинију производњу. Стакло се дувало слободно (што је омогућавало стварање великог броја различитих и уникатних облика), и лило се у калуп (што је омогућавало стварање рељефних украса и жигова). У доба цара Августа градиле су се бројне радионице и стакло је постало доступно свим слојевима друштва. Користило се у домаћинству: шоље, тацне, тањури, чиније, боце, врчеве, чаше разних облика и величина. Упоредо с развојем технике израде стакла развиле су се и технике сликања емајлом, гравирања, брушења, аплициране декорације и рељефне апликације те декорације с улегнућима и гранулирањем.

Пропашћу Западног римског царства пропале су и стакларске радионице. У бившим римским колонијама Галији и Германији стакло се производило и даље, али му је квалитет био скроман.

Средњи век

У средњем веку цењене су биле самостанске радионице широм Европе у којима се израђивало шарено стакло за црквене прозоре и стакло које имитира драго камење за украшавање златарских производа. Падом Цариграда 1204. византијски произвођачи стакла нашли су азил у Венецији, до тада скромном средишту европског стакларства. Увели су монопол у производњи луксузног стакла који се све до данас штити строгим законима.

Нови век

Од 14. века почело се израђивати и обично прозорско стакло. Око 1600. средиште стакларске производње преселило се у Праг где се обновила и даље и развијала техника двоструког стакла. Појавили су се масивни барокни облици и потиснули све дотадашње. Производња потпуно прозирног стакла (без мехурића и влаканаца) омогућила је израду сочива и изуме микроскопа и телескопа. Производња и примјена стакла нагло је порасла поткрај 18. века када је пронађен јефтин поступак за добијање важне сировине (натријум карбоната).

Фридрих Сименс је 1867. на светској изложби у Паризу добио златну медаљу за своју стакларску пећ. Мајкл Џосеф Овенс је 1903. изумео прву аутоматску машину за дување стакла (производио је 9 боца у минути). Захваљујући Овенсовом изуму, почеле су се градити аутоматизоване стакларе.

Састав, својства и добијање

Стакло је материјал који се обично не налази у природи. Иако познато и кориштено од давнина и данас је незамјењив материјал у свакодневном животу. Стакло се добија топљењем основних сировина: кварцног песка, соде и кречњака. Чисти силицијум диоксид има тачку топљења на 1723 °C, те би било јако неекономично топљење га на тој температури. Основним сировинама додаје се и стаклени лом (око 30%), јер има нижу тачку топљења од основних сировина, па повећава брзину топљења. Тиме се уштеди око 32% енергије.

Главне 3 сировине за добивање натријумског-калцијумског-силикатног стакла (-{Na2O x CaO x 6 SiO2}-) су: Сода (-{Na2CO3}-; натријум карбонат), Кречњак (-{CaCO3}-; калцијум карбонат), Кварцни песак (-{SiO2}-; силицијум диоксид).

Додавањем соде снижава се тачка топљења на око 1000˚ -{C}-, али тиме стакло постаје растворно у води (водено стакло), па се то спречава додавањем кречњака (који отпуштањем угљен-диоксида прелази у калцијум оксид - -{CaO}-).

Хемијски процес у производњи обичног или натријумског стакла се може приказати једначином: -{Na2CO3 + CaCO3 + 6 SiO2 --> Na2O x CaO x 6 SiO2 + 2 CO2}-

Стакло је потхлађена течности аморфног састава која нема одређену тачку топљења, па загрејавањем полако омекшава, што омогућује његову обраду дувањем. Састоји се од неправилне мрежасте структуре деломично спојених -{SiO44-}- тетраедара.

Производња Стакло се производи загревањем и топљењем у стакларској пећи. Резултат је аморфна материја која се може формирати у различите облике. Стакло је веома крто и разбија се на оштре крхотине. Ове особине могу бити модификоване додавањем примеса - најчешће оксида метала приликом топљења.

Стакло је пре свега састављено од силицијумског песка – силицијум оксида који има температуру топљења од 2.000°-{C}- и зато му се додају алкалне материје које снижавају температуру топљења. Како ово смањује отпорност на воду, додаје се и оксид калцијума који је повећава. Од основних сировина за израду стакла припрема се смеса у праху која се топи у стакларској пећи. Стаклу се могу додавати примесе које га боје, или га чине прозирним односно непрозирним.

Приликом производње стакла додају се сљедеће две материје, које олакшавају израду стакла: сода (натријум карбонат – -{Na2CO3}-) калцијум оксид: -{CaO}-

Додавањем соде снижава се тачка топљења на око 1000˚ -{C}-, но исто тако њеним додавањем стакло постаје топиво у води. Због тога у већ растопљено стакло додаје се калцијум оксид који враћа стаклу његову нетопивост у води.

Прерада стакла Текући материјал се даље прерађује дувањем стакла, пресовањем стакла, ливењем стакла ручно или машинским путем и извлачењем стакла. Овако настали полутовари се могу даље прерађивати н. п. р. брушењем, глачањем и сл.

Стакло

Źródło i licencja