Codziennie, począwszy od spojrzenia przez okno, posługujesz się wyrobami ze szkła, gdy się obudzisz. A czy potrafisz określić, ile przedmiotów w twoim domu jest wykonanych z tego materiału? Dlaczego szkło mimo upływu tylu lat nadal nas fascynuje? Dlaczego wraca się do szklanych opakowań? Czy można sobie wyobrazić współczesną cywilizację bez szkła?

Czym jest szkło?

Szkło jest materiałem bezpostaciowym, którego głównym składnikiem jest tlenek krzemu(IV). Otrzymuje się je w wyniku topienia piasku kwarcowego, węglanu wapnia i węglanu sodu w temperaturze ok. 1500°C. Szklistą masę ochładza się, bez krystalizacji. Rozmieszczenie podstawowych elementów strukturalnych szkła różni się od struktury kwarcu i przypomina raczej rozmieszczenie drobin w cieczy. W odróżnieniu jednak od cieczy drobiny te nie mają możliwości swobodnego przemieszczania się z powodu dużej lepkości tego materiału. Szkło ma strukturę bezpostaciową.

Proces produkcji szkła

Szkło jest pierwszym i najpopularniejszym tworzywem sztucznie wytworzonym przez człowieka. Szkła krzemianowego używa się do wyrobu szyb, szklanych naczyń i urządzeń optycznych. Podstawowymi surowcami do jego produkcji są: piasek kwarcowy, wapień i soda. Cennym dodatkiem jest stłuczka szklana. Do podstawowej masy szklanej dodaje się często takie tlenki, jak np. tlenek glinu (zwiększa właściwości mechaniczne, chemiczne i termiczne szkła), tlenek cynku (powoduje wzrost odporności szkła na nagłe zmiany temperatury przez obniżenie współczynnika rozszerzalności cieplnej), tlenek boru (zwiększa szybkość topienia, ułatwia klarowanie oraz zmniejsza skłonność masy szklanej do krystalizacji).

Dokładnie odważone, zmielone i wymieszane surowce ogrzewa się w piecu szklarskim (wielka wanna wyłożona ogniotrwałą gliną) do temperatury 1200‑1500°C. W tak wysokiej temperaturze węglany ulegają rozkładowi. Powstałe tlenki metali reagują z tlenkiem krzemu(IV), tworząc mieszaninę krzemianów. Gorącą masę szklaną ochładza się do temperatury ok. 1000°C, wówczas uzyskuje ona lepkość odpowiednią dla wybranej metody formowania. Gotowe wyroby ogrzewa się do temperatury około 500°C i wolno ochładza. Etap ten, nazywany odprężaniem, ma na celu usunięcie naprężeń wewnętrznych. Po odprężeniu niektóre wyroby ze szkła są zdobione. Dotyczy to np. szkła kryształowego. Zdobnicy za pomocą specjalnych urządzeń i tarczy diamentowych wykonują oryginalne żłobienia (szlify), a grawerzy ręcznie tworzą niepowtarzalne obrazy (grawery). Wychłodzone wyroby szklane poddaje się procesowi uszlachetniania na zimno, dzięki któremu stają się jeszcze bardziej błyszczące. Zanim wyrób szklany trafi na sklepową półkę, jest poddawany kontroli jakości, pakowany, foliowany, magazynowany lub od razu wysyłany do odbiorcy.

Właściwości szkła

Szyby okienne, szklanki, talerzyki i inne naczynia, szyby samochodowe czy różne ozdoby – to zaledwie kilka przykładów szkła używanego na co dzień. Specjalnego szkła używa się do produkcji wielkich luster teleskopowych i mikroskopów lub np. kabin prysznicowych. W ścianach budynków montuje się szkło budowlane i szklane cegły, a w kominkach – szkło żaroodporne. Szkło kuloodporne jest wytrzymałe na uderzenia pocisków, np. z karabinów maszynowych. O właściwościach szkła decydują różne czynniki, które można zmieniać, tworząc nowe produkty. Należą do nich: skład szkła, jego struktura, powierzchnia oraz rodzaje cienkich warstw nanoszonych na tę powierzchnię. W życiu codziennym najczęściej korzystamy ze szkła bezbarwnego. Barwne szkło można otrzymać przez dodanie do masy szklanej (w czasie jej topienia) związków metali ciężkich, tj.: żelaza, chromu, manganu, niklu, miedzi i innych.

Rodzaje szkła i jego zastosowanie

Szkło jest materiałem znanym i stosowanym od dawna, a jednocześnie nowoczesnym – z coraz większą przyszłością. Ze względu na skład chemiczny wyróżnia się szkło: sodowe, potasowe, borowo‑krzemowe, ołowiowe – kryształowe, kwarcowe. Każdy rodzaj szkła ma określone właściwości i wynikające z nich zastosowanie. Ze względu na przeznaczenie wyróżnia się szkło budowlane (szkło płaskie – szyby, zbrojone, hartowane, watę szklaną, szkło wodne), techniczne (szkło optyczne, laboratoryjne, elektrotechniczne, sanitarne, oświetleniowe), gospodarcze (kryształowe, naczynia żaroodporne, szkło stołowe) i opakowania szklane. Szkło określane jako bezpieczne to: szkło hartowane, laminowane z folią lub klejone, zbrojone i inne (wzmacniane chemicznie, foliowane, szyby ognioodporne). Dynamiczny rozwój techniki w pierwszej połowie XIX wieku wywołał konieczność dostarczenia dla przemysłu szkieł charakteryzujących się wysoką wytrzymałością mechaniczną, odpornością chemiczną i odpornością na zmiany temperatury, odpowiednią twardością powierzchniową, współczynnikiem rozszerzalności cieplnej itp. Obecne wymagania stawiane wyrobom szklanym są znacznie większe. Produkuje się m.in. szkło refleksyjne, elektroprzewodzące, ceramiczne, nieprzezroczyste, samoczyszczące. Ze szkła produkowane są wyroby takie, jak np. pustaki szklane czy wełna szklana. Włóknami ze szkła wzmacnia się tworzywa sztuczne. Powstaje wówczas materiał zwany kompozytem, stosowany do budowy karoserii samochodowych.