Колко са важни газовете аргон и криптон в стъклопакета?
Днес почти не можем да си представим бита и производството без стъклото. Човекът постепенно е усъвършенствал своите познания и умения за производство и приложение на този материал през вековете.
В практиката то има природен аналог – обсидианът. Той представлява застинала вулканична лава или скален камък след като е бил нагорещяван по естествен начин. Точно обсидианите са използвани от древните хора като режещи инструменти, а също и за украшения.
Примитивното, ръчно направено стъкло, някога се е отличавало от природното. Не било нито прозрачно, нито привлекателно.
Легенди за създаването на стъклото
За появата на стъклото разказва в свои трудове античният естествоизпитател Плиний Старши. Той описва как пътешественици, готвейки си храна на пясъчния бряг в котелка, поставили късчета натурална сода отдолу. На следващия ден забелязали, че по външните стени на котелката имало стъклена коричка.
Тази хипотеза бипа отхвърлена чак през XX век, когато учени доказали, че да се излее стъкло с такива подръчни средства е невъзможно. Има данни, че още преди хилядолетия жителите на древен Египет и Месопотамия са можели да правят стъкло. Температурата в тези пещи била достатъчно висока, за да може от пясъка и содата да се образува нов материал.
Древните технологии
Преди повече от четири хиляди години древните египтяни са го произвеждали. За това свидетлстват днес рисунки и артефакти, намерени в гробниците. Първоначално стъклото било използвано като глазура за керамичните съдове. От него също се правели мъниста, медальони, украшения, флакончета. Познавали също мозаечното стъкло – съставено от разноцветни стъклени пластини. Те били загрявани до разтопяване, а след това разтягани и оформяни в издължени форми като йероглифи. Формите били изискани, но египтяните никога не се стремяли да постигнат прозрачност на стъклото. Оцветявано било с природни материали в син, жълт, виолетов, червеникав цвят. За оцветяване се използвали металургични шлаки: съединения на меда, кобалта и манган. Тъй като било скъпо, само богатите могли да си го позволят.
Горещата стъклена маса се излива в съответните форми, след като тя изстине, формата се премахва и остава продуктът. Онези изделия не били много сложни.
Античното прозоречно стъкло било още мътно и доста тънко. Римляните разнесли по териториите на своята империя този занаят на изток и на запад. Немските майстори тогава изобретили листовото стъкло.
Във времената на Римската империя бурното строителство, търговските връзки и солидната икономическа организация са способствали за процъфтяване на стъкларското дело. Именно римляните първи започнали да използват стъклото за архитектурни цели. Това станало след като то станало прозрачно чрез добавяне в стъклената маса на манганов окис. Това се случило около 100 г. преди Христа в Александрия. Този град тогава бил прочут център на стъкларството. Запазена е знаменитата Портландска ваза от двуслойно непрозрачно стъкло, истински шедьовър на александрийските майстори.
През Средновековието този занаят забавил развитието си. Тайните му се споделяли все по-трудно или не се споделяли, в резултат на което различните школи произвеждали стъклени изделия с особени, индивидуални различия.
В първото хилядолетия след н.е. стъклопроизводството се изменило. Тъй като имало трудности с доставката на някои компоненти, содата била заменена с поташ, получен чрез изгаряне на дървесина. Това се случило в страни на север от Средиземноморския пояс, например в Алпите, северна Италия.
Витражи
През XI век немските майстори, а през XIII век и италианските усвоили производството на листово стъкло. Те първо издували масата в цилиндър, след това изрязвали дъното му и го валцовали като правоъгълен лист. Тези листове не били особено качествени, но като химически състав повтаряли състава на днешното прозоречно стъкло. Тях ги поставяли в църкви и катедрали, както и в домовете на знатни хора. Разцвет придобил витражът – цветни и рисувани стъкла, чийто фрагменти били съединявани в изкусни стъклени картини.
Майсторите от Венеция отишли по-далече. Приносът на венецианските изкусни майстори е значителен. Те работили над подобрение на свойствата на материала и постигнали неговата изключителна за времето си прозрачност. Изделията от венецианско стъкло и тогава, и сега се ценят по целия свят.
Производството на стъкло било важен и основен занаят във Венеция, там имало хиляди пещи за разтапяне на стъклена маса. В този отрасъл работели над 8000 човека. Местното правителство приело протекционистки мерки за защита на отрасъла, като забрана за износ на суровини за производство на стъкло, както и забрана за внос на стъклени изделия от чужбина.
Във Венеция освен листово стъкло можели да изработват стъклени лещи за очила, огледала. За хората бил самобитен бизнес и негов център станал остров Мурано. Стъклопроизводството било изнесено на самостоятелен остров, за да се премахне големия риск от пожари от една страна, а от друга – майсторите си пазели секретите на занаята от чужди очи. В Европа чак през 17-ти век успели в Англия да повторят някои от постиженията на венецианците от Мурано.
Именно на остров Мурано през XV век разработили и нова технология за получаване на прозрачно стъкло, в което се използвала смес от кварцов пясък и поташ, направен от морски водорасли. Към края на XVI век близо половината от 7000-население на острова работело в стъкларството.
През XVII век новините в стъклопроизводството вече идвали от Англия, където благодарение на изобретението на Джордж Равенкрофт през 1674 г. се изнамерил начин за производство на кристално стъкло. Равенкрофт заменил поташа с оловен оксид и при висока концентрация получил стъкло с високи светлоотразяващи свойства, което много добре се поддавало на гравиране.
Изключителни възможности в това направление демонстрирали и занятчиите в някогашна Византия. Оттам майсторлъкът бил разпространен и в други територии, например в Русия. Шведът Ю. Койет през първата половина на 17 век построил първия стъкларски завод за производство на прозоречно стъкло и аптекарски стъклени съдове. После било въведено и цветното стъкло, също и орнаментирането му със сребро и злато.
Във Франция, в Париж, пък през XVII век започнало серийно производство на огледално стъкло. Разтопената стъкломаса се изливала върху специална маса и оформяла като плосък слитък. След това започвал многостепенен процес на полиране на тази повърхност. Отначало с груби чугунени дискове, а след това с по-фин абразивен пясък, а накрая с филцови дискове. Резултатът – получавало се огледална повърхност с невиждани до тогава оптични свойства. От именно такова стъкло, на обратната страна на което се слагало покритие от сребро, се правели и висококачествени огледала. За да развият този отрасъл там, французите примамили някои от известните венециански майстори като им предлагали различни стимули: френско гражданство след 8 години работа и почти пълно освобождаване от данъци.
Съвременното стъклопроизводство
се случва в края на 18 и началото на 19-ти век, когато идва промишлената революция. Тогава се технологизира процеса, провят се промишлени пещи, доизкусурява се технологията на производство. Стъклото вече отива за употреба не само за благородници и богаташи, но и за обикновените хора.
Едва в края на XIX век занаятчийското производство на стъкло прераснало в промишлено. Един от „бащите“ на това дело е германският учен Ото Шот, който разучавал методи за влияние на химическите елементи върху оптичните и термалните свойства на стъклото. Той обединил усилията си с Ернст Еби, професор от Йена и съдружник във фирмата на Карл Цайс и това дало още по-силен научно-производствен тласък. Друга значителна фигура с особен принос в това направление е Фридрих Сименс, който изобретил новата пещ, която позволявала да се произвежда по-голямо количество стъкломаса.
Автоматичната машина за производство на стъклени бутилки е изобретена от американския инженер Майкъл Оуенс в края на XIX век. През 1920 г. в САЩ вече работели 200 такива машини на Оуенс. После те се разпространили и в Европа.
През 1905 г. белгиецът Фурко направил нов обрат в тази индустрия. Той изобретил метод за вертикално разтягане от пещта на стъклено платно с постоянна широчина. Този негов метод после бил усъвършенстван от друг белгиец Емил Бишероа, който предложил това разтягане да става между две ролки, което значително улеснило процеса за обработка на стъклото.
Флоат-методът в САЩ бил разработен през 1959 година от фирмата „Пилкингтън“. При него стъклото постъпва от хоризонтална пещ във вид на плоска лента през вана от разтопено олово и по-нататък отива за дооформяне и охлаждане. Чрез метода се получава стабилна дебелина на стъления лист, с високо качество, не изисква допълнително полиране, няма и оптични дефекти в стъклото. Не на последно място е и високата производителност. Стъкленият лист е с големина 6 м х 3.21 м и с дебелина между 2 и 25 мм.
Изходна суровина за стъклото и днес
е кварцът – калциевият диоксид или бял кварцов пясък. Главното му преимущество е, че калциевият диоксид може да преминава от разтопено състояние в твърдо през междинната фаза на кристалообразуване. Именно това позволява да се създават различни видове стъкло. Тъй като кварцът има изключително висока температура на разтопяване, при изработката му стъклото сега съдържа 50-80% силициев двуокис.
Днес в света се произвеждат около 16 500 милиона тона листово стъкло годишно. Първо в специални огромни вани се разтапят първо веществата, които имат по-ниска температура на разтапяне, след което се добавя кварцовият пясък, на който трябват 1000 градуса. След това се извършва дегазация на получената маса, за което я нагряват в специални регенерационни пещи до 1400-1600 градуса, при което на повърхността излизат онези газове, които пречат за равномерното смесване на стъкломасата.
Пещите за производство на стъкло работят в непрекъснат режим. В тях се слагат ингредиентите за стъкломасата, после тя се разлива върху специален конвейер, на който стъклото се охлажда и разрязва на съответните листове. Когато се прави огледално стъкло, тогава в процеса на движение по конвейера стъкленият лист се покрива с тънък слой сребро, след това слой мед, а накрая – лак. За една минута при такава обработка се произвежда огледало с дължина 2.5 м, а за месец от такава пещ се изливат огледала с обща площ от 40 000 кв.м.
Така производството на стъкло е извървяло своето развитие от древността до наши дни, непрекъснато влагайки новите научни и технически постижения с цел оптимизиране на крайния продукт.
Още интересни публикации
