Blog

Sklo je stav hmoty. Je to tuhá látka, ktorá sa vyrába chladením roztaveného materiálu, takže vnútorné usporiadanie atómov alebo molekúl zostáva v náhodnom alebo neusporiadanom stave, podobne ako usporiadanie v kvapaline. Takáto tuhá látka je amorfná alebo sklovitá. Bežné pevné látky majú naopak pravidelné kryštalické štruktúry.

Pojem „sklo“ pre väčšinu ľudí predstavuje výrobok vyrobený z oxidu kremičitého (SiO2).

Bežná forma oxidu kremičitého je piesok, ale v prírode sa vyskytuje aj v kryštalickej forme známej ako kremeň.
Z čistého oxidu kremičitého môžeme vyrobiť vynikajúce sklo, ktoré však má vysoký bod tavenia (1723°C). Tavenina je extrémne viskózna a ťažko sa s ňou manipuluje. Všetky bežné sklá preto obsahujú ďalšie zložky, ktoré zjednodušujú roztavenie kremeňa a umožňujú ľahšie tvarovanie horúcej kvapaliny.

Prírodné sklo

Pravdepodobne už približne 75 000 rokov pred naším letopočtom – dávno predtým, ako sa ľudia naučili vyrábať sklo – používali prírodné sklo na výrobu nožov, šípov a iných užitočných predmetov. Najbežnejšie prírodné sklo je obsidián, ktorý vzniká rýchlym ochladením roztavenej sopečnej lávy. Medzi prírodné sklo patrí aj pemza – sklovitá pena vulkanického pôvodu; fulgurit – geologický útvar, ktorý vzniká zásahom blesku do piesku alebo piesčitej pôdy; a tektity – hrudky alebo korálky skla, ktoré pravdepodobne vznikli meteorickými vplyvmi.

Umelé (syntetické) sklo

Kedy, kde, alebo ako ľudia zistili, ako vyrábať sklo, nie je známe. Veľmi malé tmavo sfarbené sklenené guľôčky boli datované približne do roku 4000 p.n.l. Tieto by mohli byť vedľajším produktom tavenia medi alebo glazovania keramiky. V Mezopotámii sa objavili malé kúsky pravého syntetického skla okolo roku 2500 p.n.l., ale skutočný sklársky priemysel sa objavil až okolo roku 1500 p.n.l. v Egypte. V tejto dobe sa začali objavovať rôzne malé vázy, kozmetické poháre a šperky zo skla.

Všetky staroveké sklá boli založené na oxide kremičitom (piesok), modifikovanom značným množstvom rôznych oxidov kovov, hlavne sodíka (Na2O) a vápnika (CaO). Toto je stále najbežnejšie používané sklo. Je známe ako sodno-vápenaté sklo. Avšak staroveké sklo bolo zvyčajne sfarbené a nepriehľadné kvôli prítomnosti rôznych nečistôt, zatiaľ čo väčšina moderného skla má užitočnú vlastnosť transparentnosti.

Bolo objavených množstvo rôznych zložení skla s rôznymi spôsobmi využitia. Zistilo sa, ktorá kombinácia chemických látok vytvorí najlepšie sklo pre konkrétny účel. Napríklad v roku 1664 Angličan menom Ravenscroft zistil, že pridaním oxidu olovnatého (PbO) do sklenej taveniny vznikne sklo, ktoré je možné omnoho ľahšie roztaviť a tvarovať. Od tej doby sa olovnaté sklo používa na výrobu jemných krištáľových misiek a pohárov a mnohých druhov umelého skla.

Dôležitý typ skla vyvinuli na začiatku 20. storočia na vyriešenie vážneho problému – neschopnosť skla odolávať teplotnému šoku. Toto zlyhanie viedlo k tragickým nehodám v začiatkoch železničnej dopravy. Sklenené lampy, ktoré sa používali ako dopravná signalizácia, boli veľmi horúce a keď začalo pršať, rýchle ochladenie niekedy spôsobilo rozbitie skla a signalizácia zlyhala. Problém sa vyriešil nahradením veľkej časti sodíka v skle oxidom bóru (B2O3). Výsledné sklo nazývané borosilikátové sklo obsahuje asi 12 percent oxidu bóru a môže vydržať teplotnú odchýlku 200°C. Má tiež vyššiu chemickú odolnosť ako sodno-vápenaté sklo. Dnes sa borosilikátové sklo používa vo väčšine laboratórnych sklenených výrobkov (kadičky, fľaše, skúmavky atď.) a v sklenených kuchynských riadoch.

Pre ešte väčšiu odolnosť proti tepelnému šoku a chemickú odolnosť sa namiesto oxidu boritého používa oxid hlinitý (Al2O3). Výsledné hlinitokremičité sklo má takú odolnosť voči tepelnému šoku, že sa môže použiť priamo na výhrevnom prvku kuchynskej varnej dosky. Používa sa tiež na výrobu špeciálnych fliaš používaných na tekuté farmaceutické recepty a na výrobu skleneného vlákna, z ktorého sa vyrába sklolaminát.

Vyrobiť čisté kremičité sklo (96,5 – 100% oxid kremičitý) je stále zložité kvôli veľmi vysokej teplote tavenia čistého oxidu kremičitého. Napriek tomu sa vyrába na špeciálne účely, pretože má vynikajúcu trvanlivosť, vynikajúcu odolnosť voči tepelnému šoku alebo chemickému pôsobeniu a schopnosť prepustiť ultrafialové svetlo (schopnosť, ktorú obyčajné sklo nemá). Okná vesmírnych lodí, ktoré sú vyrobené z čistého oxidu kremičitého, môžu vydržať teploty až 1200°C .

Zloženie skla

Výroba skla zahŕňa tri základné typy zložiek: matricu, tavivá a stabilizátory.

Matrica je kľúčovým prvkom v štruktúre sklovitého materiálu. Matrica, ktorá sa používa pri výrobe väčšiny skiel, je oxid kremičitý (SiO2). Čistý oxid kremičitý sa ťažko taví kvôli jeho extrémne vysokej teplote tavenia (1723°C), ale na zníženie teploty tavenia sa môžu pridať tavivá. Iné sklenené matrice s oveľa nižšími teplotami tavenia (400°C-600°C) sú oxid boritý (B2O3) a oxid fosforečný (P2O5). Tieto sa ľahko roztavia, ale sklenené výrobky z nich sa rozpúšťajú vo vode, a preto majú obmedzené využitie.

Väčšina kremičitých skiel obsahuje pridané tavivo, aby sa oxid kremičitý roztavil pri oveľa nižšej teplote (800°C-900°C. Štandardné tavivá zahŕňajú oxid sodný (Na2O), potaš (K2O) a oxid lítny (Li2O). Často sa tavivo pridáva vo forme uhličitanu (napr, Na2CO3)., pričom CO2 sa odparí v priebehu zahrievania. Sklá, ktoré obsahujú len oxid kremičitý a tavivo majú však obmedzenú trvanlivosť a sú obvykle rozpustné vo vode.

Aby bolo sklo silnejšie a odolnejšie, pridávajú sa stabilizátory. Bežným stabilizátorom je oxid vápenatý (CaO), ale aj oxid horečnatý (MgO), oxid bárnatý (BaO) a oxid olovnatý (PbO). Najbežnejšie sklo, ktoré sa vyrábalo v starovekých i moderných sklárňach, je založené na oxide kremičitom ako matrici, oxide sodnom ako tavenine a oxide vápenatom ako stabilizátore. Je to sklo, ktoré sa používa na výrobu okien, fliaš, pohárov či žiaroviek.

Farebné sklo. Prírodné sklá, ktoré používali v staroveku, boli všetky tmavej farby, zvyčajne od olivovozelenej alebo hnedej až po čierne. Zafarbenie skla vznikalo v dôsledku prítomnosti významných množstiev kovových nečistôt, najmä železa. Dokonca aj dnes všadeprítomná prítomnosť železa v prírode spôsobuje, že väčšina obyčajného skla má mierne zelenkavé zafarbenie.

Mnohé bežné farbivá skla sú oxidy kovov, ako je kobalt (modrá), chróm (zelená) a mangán (fialová). Žlté sklo sa zvyčajne vyrába s obsahom síranu kadmia a červené alebo ružové sklo zvyčajne obsahuje selén, aj keď niektoré rubínovo sfarbené sklo obsahuje zlato. Farbenie skla nie je jednoduchá záležitosť. Farba skla závisí nielen od toho, ktoré prvky sa pridávajú do taveniny, ale aj od zloženia skla a od toho, či bola použitá pec v oxidačnom alebo redukčnom režime. Napríklad pridaním medi môže vzniknúť modré, zelené alebo nepriehľadné červené sklo v závislosti od podmienok tavenia.

Egypťania v roku 1500 p.n.l. vedeli, že môžu vytvoriť pestrofarebné sklo pridaním určitých kovov (alebo ich zlúčenín) do taveniny. Starí Rimania pokračovali v štúdiu výroby farebného skla a rozšírili ju. Do 4. storočia n.l. sa Rimania naučili vyrábať dichroické (dvojfarebné) sklo. Najznámejší dichroický sklenený článok, ktorý zanechali Rimania, je Lykurgov pohár (nachádza sa v Britskom múzeu). Pohár je zelený v odrazenom svetle, ale v prechádzajúcom svetle je červený. Toto neobvyklé sklo obsahuje mikroskopické častice zlata a striebra.

Tvarovanie skla

Od 19. storočia prichádza k postupnému mechanizovaniu mnohých stáročných sklárskych metód, ktoré výrazne zvyšili rýchlosť výroby sklenených predmetov a znížili ceny týchto výrobkov. Napríklad „pásový stroj“, vyvinutý v dvadsiatych rokoch 20. storočia na automatické fúkanie žiaroviek, je míľnikom mechanického tvarovania skla.

V súčasnosti, s množstvom sklenených okien na budovách a dopravných prostriedkoch, máme sklon brať ploché sklo ako samozrejmosť. Počas celej ľudskej histórie však žiadne ploché, priehľadné sklo neexistovalo. Ešte v 18. storočí neboli sklenené okná úplne bežné.

Vo veľmi obmedzenej miere sa v 3. storočí začali objavovať sklenené okná v rímskom svete, ale vo všeobecnosti to boli malé sklenené úlomky v bronzových alebo drevených rámoch. V tej dobe väčšina okien nebola zo skla, ale boli to tenké plátky priesvitnej rohoviny alebo mramoru, prípadne sľudy. Približne okolo roku 600 n.l., počas byzantského obdobia, sa vo veľkých kostoloch začali objavovať sklenené okná (zvyčajne z malých kúskov farebného skla), ale sklenené okná v domoch a iných budovách zostali do konca 18. storočia pomerne zriedkavé.

Hlavná metóda na výrobu plochého skla v priebehu 18. storočia spočívala vo vyfukovaní horúcej sklenenej bubliny, na opačnom konci ktorej sa pripevnila železná tyč. Vyfukovacia tyč sa odstrihla a horúce sklo v tvare tulipánu sa potom rýchlo otáčalo okolo osi železnej tyče. Odstredivou silou sa sklenený tulipán otvoril a vytvoril plochý disk. Tyč sa potom zo skla odstránila, čo zanechalo tmavé miesto uprostred skleného disku.

Hlavnou metódou na výrobu plochého skla v priebehu 19. storočia bola cylindrická metóda. Prvým krokom bolo vyfukovanie veľkej sklenenej bubliny (často sa používal stlačený vzduch), ktorá sa potom kmitaním dopredu a dozadu natiahla na valcovitý tvar. Nakoniec sa valec pozdĺžne rozdelil, znovu ohrial a ponechal na železnom stole, aby sa sklo vyrovnalo. Výsledná sklenená tabuľa nebola skutočne plochá a opticky skresľovala.

V 20. storočí boli tieto metódy nahradené inovačnou technikou. Belgičan Foucault vynašiel spôsob, ako vyrobiť súvislý plát z nádrže naplnenej roztaveným sklom. Aj toto sklo však malo nerovnomernú hrúbku a na povrchu malo nerovnosti. Aby sa dosiahlo vysokej kvality, muselo sa následne brúsiť a leštiť.

V roku 1959 továreň na výrobu skla Pilkington vo Veľkej Británii zaviedla proces „plavenia skla“ tzv. float. Pri tomto výrobnom procese sa roztavené sklo nechá nepretržite prúdiť na zrkadlový povrch roztaveného cínu pri 1000°C. Hrúbka skla sa upravuje štrbinou, cez ktorú sa roztavená hmota pretláča. Sklo sa nechá plaviť na horúcom kvapalnom cíne až kým nevychladne na cca 600°C . Sklenená tabuľa sa potom žíha (proces na uvoľnenie vnútorného napätia v skle) a po vychladnutí seká na požadovaný formát. Metóda plaveného skla rýchlo nahradila Foucaultov proces a dnes je to štandardná metóda na výrobu plochého skla. Veľké moderné zariadenie na výrobu skla môže vyrábať 5 000 ton sklenených tabúľ týždenne a môže sa prevádzkovať 24 hodín denne, 365 dní v roku, bez potreby vážnych opráv. Plavené sklo má rovnomernú hrúbku a lesklý povrch, ktorý nie je potrebné brúsiť ani leštiť.