Szkło - historia, klasyfikacje, rodzaje szkła budowlanego

Zainteresowany? Poproś o ofertę!

Naturalne szkło

fot. Lakota

Naturalne szkło


Szkło w codziennym życiu

fot. Lakota

Szkło w codziennym życiu

Szkło - definicja

Szkło to substancja, o właściwościach mechanicznych zbliżonych do ciała stałego, powstałego w wyniku przechłodzenia stopionych surowców, głównie minerałów i innych surowców nieorganicznych. Z prostych składników, takich jak: czysty piasek kwarcowy - SiO2, soda - Na2CO3 i wapień - CaCO3, można otrzymać szkło. Brak uporządkowanej struktury w przestrzeni zbliża szkło do cieczy, natomiast sztywność i kruchość do ciał stałych.

W życiu codziennym termin szkło kojarzy nam się z szybami okiennymi. Jest to dowód na to, że szkło dobrze przepuszcza promienie widzialne (ok.90%). Szkło ma kilka pożytecznych cech: 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, stopniowo 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 oraz w stanie szklistym. W stanie krystalicznym atomy ułożone są w kształcie figury geometrycznej np. sześcianu, a w stanie szklistym uporządkowane są asymetrycznie.

Historia:
Pierwsze ośrodki szklarskie powstały prawdopodobnie w Babilonii i Egipcie prawie 3 000 lat p.n.e. W czasach nowożytnych rozkwit produkcji szkła wiązał się z założeniem hut szkła we Włoszech i na wyspie Murano obejmującej pięć wysp w Lagunie Weneckiej. Rozpoczęto w nich produkcję luster. W Polsce pierwsze wyroby ze szkła odkryto na przełomie X/XI wieku.

Przemysł szklarski na całym świecie zaczął się szybko rozwijać w XX wieku. 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 Wlk. Brytania.

W Polsce wyroby te produkowane są głównie w hutach w Sandomierzu, Piotrkowie Trybunalskim, Krośnie, Wałbrzychu i Szklarskiej Porębie.

Z kolei według innego źródła najstarsze znalezione przedmioty wykonane częściowo ze szkła mają około 9000 lat. Niektórzy z naukowców twierdzą jednak, że szkło może mieć jeszcze dłuższą historię sięgającą nawet kilkunastu tysięcy lat.

Początki szklarstwa związane są z krajami Orientu i garncarstwem. Najprawdopodobniej wynalezienie interesującego nas materiału zawdzięczamy przypadkowemu dostaniu się piasku na powierzchnię przedmiotów glinianych przed ich wypaleniem. Na początku szkło było tylko polewą na naczyniach ceramicznych.

Najstarsze w całości szklane naczynia odnalezione przez archeologów mają około 3500 lat. Tysiąc lat przed naszą erą powstawały już dość skomplikowane przedmioty - pierwsze szklane kielichy i flakony.

Około 200 lat przed Chrystusem w basenie Morza Śródziemnego zaczął rozpowszechniać się zupełnie nowy sposób formowania wyrobów ze szkła. Na końcu długiej i cienkiej metalowej rury umieszczano kroplę roztopionego szkła, dmuchając w drugi koniec uzyskiwano wybrany kształt. Rury takie, nazywane piszczelami, są stosowane do dziś w hutach produkujących szkło artystyczne. Opanowanie produkcji przedmiotów za pomocą piszczeli było bezsprzecznie wielką rewolucją. Z jej pomocą udawało się wytwarzać przedmioty o najróżniejszych kształtach i dużo cieńszych, niż dotychczas, ściankach.

Na początku produkowano najróżniejsze przedmioty ze szkła kolorowego. Szkło bezbarwne wynaleziono w Aleksandrii w czasach Imperium Rzymskiego. O wysokim poziomie szklarstwa na terenie pozostającym pod władzą rzymskich cesarzy świadczą zanotowane przypadki fałszerstw polegających na sprzedaży oferowaniu biżuterii ze szkła jako zrobionej z kamieni szlachetnych.

W średniowieczu wiodącym ośrodkiem produkcji szkła została Wenecja. Pracownie szkła artystycznego znajdujące się w tym mieście, na wyspie Murano, do dziś są jednymi z najbardziej znanych na świecie. Rozkwit produkcji szkła w Europie rozpoczął się w XIII wieku.

Badania archeologiczne zaświadczają o istnieniu w Polsce pracowni produkujących szkło już w X wieku. W XV i XVI wieku szczególnie dużo hut powstało w Małopolsce. Rozkwit produkcji szkła na terenie Polski miał miejsce dużo później - w XVIII i XIX wieku. Pod koniec XIX rozwinęła się na ziemiach polskich produkcja na skalę przemysłową.

W średniowieczu wyprodukowano pierwsze okulary. Później powstawały coraz bardziej skomplikowane urządzenia - teleskopy, mikroskopy, żarówki, telewizory i inne kluczowe dla naszej cywilizacji przedmioty, które bez szkła nigdy by nie powstały.

Już w 1810 roku rozpoczęto w Anglii wytłaczanie wyrobów szklanych za pomocą urządzeń mechanicznych. Na przełomie XIX i XX wieku Amerykanin Michael J. Owens zautomatyzował produkcje szklanych butelek. Dzięki wynalazkom jego i jego następców butelki i słoje szklane zaczęły robić zawrotną karierę.

W 1918 roku w Polsce działało 35 hut szkła, a pod koniec okresu międzywojennego liczba ta była już dwa razy większa. Po II wojnie światowej w Polsce powstał nowoczesny przemysł szklarski.

Współczesną cywilizację trudno wyobrazić sobie bez szkła. We współczesnych hutach szkła dominuje produkcja zautomatyzowana, ale duża część przedmiotów ze szkła artystycznego wytwarzana jest wciąż ręcznie.

Szkło ma nie tylko piękną i długą historię, również w przyszłości należy spodziewać się wielu nowych jego zastosowań, między innymi w elektronice, medycynie, czy budownictwie.

Dawna metoda wytwarzania szyb okiennych
Kto i kiedy wpadł jednak na pomysł, żeby zmienić piasek kwarcowy w szkło, dokładnie nie wiadomo. Archeolodzy ustalili, że zaczęto je produkować najpierw w Mezopotamii, a najstarsze ślady jego użytkowania pochodzą sprzed 3,5 tys. lat. "Science" dowodzi w publikacji - Thilo Rehren z University College w Londynie i Edgar Pusch z Pelizaeus-Museum w Hildesheim w Niemczech o odkryciu w północnym Egipcie pozostałości fabryki szkła z roku 1250 p.n.e

Technika wytwarzania cienkich, płaskich szyb okiennych została udoskonalona w XIV wieku we francuskiej Normandii. Rzemieślnicy wydmuchiwali wówczas pojedyncze szyby, zwane gomółkami szklanymi. Wytrawny szklarz był w stanie wydmuchać ok. tuzina szyb dziennie i dlatego w średniowieczu szklane okna były kosztownym luksusem.

Stopione szkło przeznaczone na jedna szybkę wydmuchuje się w dużą bańkę za pomocą piszczeli szklarskiej. Następnie bańkę się spłaszcza i przyczepia do końcówki żelaznego pręta, o nazwie przylepiak, który robotnik obraca najszybciej, jak potrafi.

Spłaszczona bańka szkła rozkłada się jak wachlarz i tworzy koło o średnicy od 1 do 2 m. Z okrągłych, płaskich tafli szkła, odpowiednio przyciętych, wyrabiano małe okienka, przeznaczone głównie dla kościołów. "Wole oko" w środku koła było najmniej przezroczyste, ale wykorzystywano i te fragmenty, ponieważ szyby były bardzo drogie.

Klasyfikacja szkła

  • Szkło budowlane: płaskie walcowane i ciągnione, zespolone, hartowane, barwne nieprzejrzyste, piankowe, szkła budowlane są zazwyczaj szkłami sodowo-wapniowo-potasowo-krzemianowymi.
  • Szkło jenajskie zwane też szkłem boro-krzemianowym - po raz pierwszy wynalezionym w Jenie, które cechuje stosunkowo niską temperaturą topnienia (ok. 400 °C), łatwością formowania i jednocześnie wysoką odpornością na nagłe zmiany temperatury. Jest ono stosowane w sprzęcie laboratoryjnym i kuchennym. Jego odmianą jest szkło pyrex, które posiada skład znacznie ulepszony w stosunku do szkła jenajskiego.
  • Szkło ołowiowe (kryształowe) - przepuszczalne dla ultrafioletu, o bardzo wysokim współczynniku załamania światła. Jest bezbarwne lub o odcieniu żółtym lub fioletowym. Gęstość 3,4 - 4,6 g/cm3. Używane do produkcji wyrobów dekoracyjnych, soczewek optycznych, przezroczystych osłon przed promieniowaniem rentgenowskim (o grubości równoważnej zwykle 2 lub 5 mm ołowiu) i promieniowaniem gamma.

Niektóre rodzaje szkła budowlanego

  • Szkło okienne - jest to szkło płaskie, najczęściej produkowane metodą float (szkło płynie w postaci wstęgi na powierzchni ciekłej cyny). Inną wykorzystywaną jeszcze metodą jest metoda szkła ciągnionego (metoda Furcault'a). Jednak tą metodą szkło produkowane jest coraz rzadziej. Szkło float może być produkowane w grubościach od 2 do 19 mm. Szkło do stosowania w budownictwie dostępne jest standardowo w grubościach od 3 do 12 mm. Przepuszczalność światła zależy od grubości oraz zawartości tlenku żelaza w masie szklanej. Szkło o niskiej zawartości tlenku żelaza nazywane jest szkłem odbarwianym lub ekstrabiałym.
  • Szkło płaskie walcowane - produkowane najczęściej jako szkło ornamentowe (wzorzyste) w grubościach od 3 do 8 mm.
  • Szkło płaskie zbrojone - z wtopioną metalową siatką zbrojeniową, w taflach o grubości od 5 do 8 mm.
  • Szkło płaskie barwione w masie (często stosowana jest nazwa handlowa – Antisol) - szkło takie posiada cechę pochłaniania energii promieniowania słonecznego, dlatego nazywane jest też szkłem przeciwsłonecznym. Ze względu na własności absorpcji promieniowania słonecznego szkło takie w budownictwie poddawane jest procesowi hartowania, aby zwiększyć jego odporność na powierzchniową różnicę temperatur.
  • Szyby zespolone – zestawy szyb złożone z dwóch, trzech lub więcej pojedynczych szyb przedzielonych ramką dystansową, które produkuje się z dwustopniowym uszczelnieniem krawędzi zespolenia.
  • Szkło hartowane – o większej wytrzymałości mechanicznej i większej odporności na powierzchniową różnicę temperatur. Otrzymywane przez poddanie szkła zwykłego odpowiedniej obróbce termicznej polegającej na podgrzaniu do temperatury 620 - 680°C i bardzo szybkim schłodzeniu sprężonym powietrzem – co powoduje zmianę jego mikrostruktury - tworzy się bardzo regularna sieć drobnych kryształków krzemionki poprzedzielana niewielkimi domenami fazy amorficznej. Na skutek takiej wysoce krystalicznej struktury, przy rozbiciu szkło to rozpada się na małe kawałeczki o nieostrych krawędziach. Używane w budownictwie i do produkcji szyb samochodowych.
  • Szkło refleksyjne - szkło płaskie, które w procesie on-line (metoda pyrolityczna) lub off-line (metoda magnetronowa), poddawane jest obróbce polegającej na napyleniu specjalnej selektywnej powłoki, która przepuszcza światło, ale posiada duży współczynnik odbicia promieniowania podczerwonego. Zastosowanie takiego szkła latem zabezpiecza pomieszczenia przed nagrzaniem, zimą ogranicza wypromieniowanie ciepła z wnętrza pomieszczenia. Przez możliwość naniesienia warstwy refleksyjnej o różnej barwie - daje ciekawe efekty architektoniczne na elewacjach budynków.
  • Szkło elektroprzewodzące - z naniesioną powłoką z materiału elektroprzewodzącego.
  • Szkło nieprzezroczyste (marblit) - w postaci płyt i płytek używanych do dekoracji ścian.
  • Ponadto ze szkła produkowane są wyroby takie, jak np. pustaki szklane, wełna szklana.

Szczególnym zastosowaniem szkła jest produkcja tzw. włókna szklanego. Powstaje ono przez przeciskanie stopionej masy szklanej przez otwory o bardzo małej średnicy. W zależności od średnicy i składu włókno takie ma dwa główne zastosowania:Światłowód dzięki wewnętrznemu odbiciu impulsy świetlne w odpowiednio przygotowanym włóknie szklanym mogą bez znaczącego osłabienia pokonywać ogromne odległości. Dodatkowo jedno włókno światłowodowe może przekazywać jednocześnie wiele takich impulsów o różnych częstotliwościach, dzięki czemu przepustowość informacyjna światłowodu jest gigantyczna w porównaniu z tradycyjnymi miedzianymi przewodami. Światłowody mają ogromne i wciąż rosnące zastosowanie w teleinformatyce.Tkaniny i maty szklane służące do zbrojenia sztucznych żywic czyli produkcji tzw. laminatów. W połączeniu z żywicami poliestrowymi (tańszymi) lub epoksydowymi (droższymi, ale wytrzymalszymi i odporniejszymi) tworzą lekki, wytrzymały i odporny materiał konstrukcyjny powszechnie stosowany w lotnictwie, szkutnictwie, przemyśle samochodowym itp. W wypadku droższych i bardziej wymagających konstrukcji włókna szklane bywają uzupełniane lub zastępowane węglowymi lub aramidowymi, jednak jako podstawowy składnik laminatów długo pozostaną dominujące, zwłaszcza ze względu na stosunkowo niską cenę.

Przypisy i materiały źródłowe:

https://www.polish-glass.pl/?menubok=oszkle&page=oszkle_historia

https://www.sciaga.pl/tekst/
29908-30-szklo_historia_powstania_zastosowanie_szkla_w_gastronomii_rodzaje

https://pl.wikipedia.org/wiki/Szk%C5%82o#Dawna_metoda_wytwarzania_szyb_okiennych

#

Zainteresowany? Poproś o ofertę!