Structura si compozitia chimica a sticlei si influenta materiilor prime in formarea proprietatilor sticlei.

Sticla este un corp solid, amorf, obtinut prin subracirea unei topituri cu compozitii chimice variabile ce devin rapid rigide la intervale diferite de temperatura datorita cresterii treptate a vascozitatii. i4t5to
In compozitia chimica se cuprind:
-oxizi acizi (R-O2) (R=radical): SiO2; peroxid de fosfor (P2O3), anhidrida borica(B2O3);
-oxizi alcalini (R2-O): Na2O; K2O;
-oxizi ai metalelor alcalino-pamantoase si ai metalelor grele (R-O): CaO, MgO, BaO, PbO, ZnO;
-substante complexe ce contin 2 sau mai multi oxizi: alumino-silicati.
Compozitia chimica a sticlei se poate scrie astfel:
X R O2 • Y R2 O • Z R O
Materiile prime pentru obtinerea sticlei se impart in 2 grupe:
1.Materii prime principale: a.Vitrifianti; b.Stabilizanti; c.Fondanti; d.Cioburi.
2.Materii prime secundare a.Afananti; b.Decoloranti; c.Coloranti; d.Opacizanti.
1.a.In aceasta grupa se cuprind oxizi-acizi. Ca materie prima este nisipul SiO2, P2O3, si B2O3.
Nisipul este constituientul de baza al sticlei, de puritatea lui depinde calitatea sticlei. Nisipul cuartos nu trebuie sa contina impuritati peste anumite limite si in special impuritati de oxizi de fier, deoarece acestia influenteaza mult culoarea. Un alt indicator de calitate a nisipului care trebuie sa fie intre 0,2 -; 0,5 mm este uniformitate granulatiei. Nisipul trebuie sa aiba minim 80% din granule de dimensiune standardizata.
B2O3 se introduce sub forma de acid boric pentru sticle speciale (sticla electrotehnica, de laborator) deoarece confera stabilitate termica si chimica si amelioreaza proprietatile mecanice si optice.
P2O3 se introduce in sticla sub forma de fosfati si se utilizeaza pentru sticla fosfatica ce prezinta proprietati electrice si chimice superioare.
1.b.Stabilizantii au rolul de a mari stabilitatea chimica, electrica si termica. CaO si MgO se introduc de regula impreuna prin calcar si dolomita si au rolul de a mari rezistenta mecanica si chimica. BaO se utilizeaza pentru sticla opaca si cristal si confera luciul puternic, mareste indicele de refractie.
PbO -; la sticla opaca si cristal conferind luciul pronuntat, densitate si sunet prelung la lovire.
ZnO -; la sticla opala, la sticla de laborator si optica si imprima proprietati tehnice superioare (micsoreaza coeficientul de dilatare termica, confera stabilitate chimica ridicata si indice de refractie mare).
Se mai utilizeaza si trioxidul de aluminiu. Are rol de a imbunatati omogenitatea sticlei si a reduce viteza de cristalizare.
Se mai utilizeaza oxidul de zirconiu care micsoreaza coeficientul de dilatare termica.
1.c.Au rolul principal de a cobora temperatura de topire a vitrifiantilor (nisipului). Se utilizeaza carbonat de sodiu si carbonat de potasiu, care confera sticlei luciu, transparenta si culoare.
Oxid de sodiu pentru sticla comuna.
Oxid de potasiu pentru sticla cristal.
2.a.Au rolul de a limpezii masa sticloasa de gazele rezultate din reactii pentru a elemina sau diminua bulele de aer din sticla. Se utilizeaza trioxid de arseniu, sulfat de sodiu, azotat de sodiu.
2.b.Se introduc cu scopul de a inlatura culorile nedorite aparute ca urmare …….
Se poate face decolorare chimica sau fizica.
Decolorarea chimica are loc prin oxidarea oxidului feros (FeO) in oxid feric (Fe2O3) care are o actiune coloranta mai slaba. Se utilizeaza ca decoloranti chimici azotat de sodiu, trioxod de arseniu, clorura de sodiu, florura de calciu, trioxid de stibiu.
Decolorarea fizica consta in folosirea unor substante care au proprietatea de a colora sticla cu nuante de violet, rosu, portocaliu, ce reprezinta culori complementare ale nuantelor de verde, albastru, galben. Se utilizeaza bioxid de mangan, saruri de seleniu, oxizi de cobalt, de nichel. Ex: MnO2 - are o culoare violeta care impreuna cu nuanta de verde data de impuritatile de FeO da culoarea incolora.
2.c.Au rolul de a da anumite culori dorite: oxizii de cobalt coloreaza in albastru-violet, sarurile de seleniu dau culoarea rosu-rubiniu, oxizii de crom dau culoarea verde.
2.d.Au rolul de a conferi sticlei aspect translucid sau opalescent. Se utilizeaza oxid de zinc, faina de oase, fosfati.

Influenta obtinerii sticlei asupra calitatii

Dozarea amestecului de materii prime care se face conform retetelor de fabricatie prin cantarire. In prealabil se face si o receptie a materiei prime cand prin analize de laborator se verifica compozitia chimica, granulatia, culoarea, umiditatea.
Topirea amestecului se face in cuptoare speciale la temperaturi de 1200-1500?C si cuprinde 3 faze:
1.Afanarea sau limpezirea care consta in eliminarea complecta a gazelor si depinde de continutul de afananti, de temperatura la care se face si durata. Defectele rezultate se numesc bule sau incluziuni.
2.Omogenizarea masei topite prin agitare mecanica pentru a omogeniza stratul de sticla.
3.Conditionarea termica - mentinerea temperaturii de topire in vederea fasonarii.
Fasonarea sticlei consta in realizarea formei dorite. Se poate realiza prin mai multe metode:
-fasonarea prin suflare care consta in introducerea unui jet de aer sub presiune intr-o picatura de sticla. Obiectele suflate au peretii subtiri, forme complexe, iar cavitatea interioara poate avea forme complicate.
-presarea se realizeaza cu ajutorul unei matrite in care sticla este presata astfel incat forma interioara a matritei va da forma exterioara a obiectului. Produsele presate au peretii grosi, cu cavitatea superioara simpla si suprafata exterioara cu reliefuri. Toate obiectele de cristal sunt presate.
-presare-suflare -; un procedeu automat care se aplica pentru obiecte de ambalaje ce au gura larga, dar si pahare se pot realiza.
-tragerea se aplica pentru geamuri, tevi si placi si sunt produse de calitate superioara.
-laminarea se aplica tot la geamuri, placi, dar metoda confera multe defecte si geamul este de calitate inferioara.
La comercializarea geamurilor se mentioneaza metoda de fasonare alaturi de grosime.
Recoacerea este operatia de racire lenta si este aplicata in scopul eliminarii tensiunilor interne aparute in interiorul sticlei. Din cauza conductibilitatii termice reduse a sticlei, straturile exterioare dupa fasonare se racesc mai repede si isi micsoreaza volumul si exercita forte de compresiune asupra straturilor interioare neracite. Cu timpul si straturile interioare se racesc si isi micsoreaza si ele volumul si exercita si ele forte de intindere asupra straturilor deja racite. Aceste forte creaza un echilibru instabil si la cel mai mic soc termic sau mecanic se sparge obiectul. Din aceste considerente recoacerea se face in tunele de racire care la intrarea in tunel temperatura este de 800?C. Temperatura scade treptat permitand racirea in toata masa obiectului si la iesire temperatura este de 40?C.