5.1. Σύσταση και μέθοδος παραγωγής γυαλιού
Το γυαλί παράγεται με την ανάμειξη άμμου, οξειδίων νατρίου, καλίου και ασβεστίου, και με τη θέρμανση του μείγματος έως ότου λιώσει (θερμοκρασία (1000°C). Στη συνέχεια, όσο είναι ακόμα πολύ ζεστό, μορφοποιείται στο σχήμα του σκεύους που θέλουμε.
Το γυαλί δεν έχει κρυσταλλική δομή, είναι άμορφο (δεν έχει συγκεκριμένη δομή) και υαλώδες. Με τη θέρμανση του γυαλιού καταστρέφονται οι κρυσταλλικές δομές της άμμου, του νατρίου και του ασβεστίου, ενώνονται και έτσι χάνουν τη δομή τους. Όσο είναι ζεστό το γυαλί, είναι μαλακό, όπως το λουκούμι, και είναι ελατό, όλκιμο και πλαστικό, ώστε να μπορεί να χυτευθεί, να φυσηθεί, να τραβηχτεί και να πιεστεί. Όταν είναι κρύο, το γυαλί είναι εύθραυστο. Μπορεί να είναι διαφανές, ημιδιαφανές ή αδιαφανές. Η φύση και το χρώμα του γυαλιού εξαρτώνται από τη σύστασή του. Το γυαλί αποτελείται:
- από υλικά που σχηματίζουν το δίκτυό του,
- από υλικά που τροποποιούν το δίκτυό του και
- από χρωστικές.
Το βασικό συστατικό που σχηματίζει το δίκτυο του γυαλιού είναι το οξείδιο του πυριτίου (SiO2), που υπάρχει στην άμμο και σε θρυμματισμένο πυριτόλιθο. Το οξείδιο του πυριτίου λιώνει σε θερμοκρασία 1726°C και σχηματίζει γυαλί πυριτίου με ισχυρούς δεσμούς, που αποτελεί το σκελετό του γυαλιού. Μια τέτοια όμως θερμοκρασία ήταν αδύνατο να επιτευχθεί στους κλιβάνους που χρησιμοποιούσαν σε παλαιότερες εποχές, και σε χαμηλότερες θερμοκρασίες το γυαλί θα ήταν πολύ παχύρρευστο για να μπορεί να δουλευτεί. Έτσι, προστέθηκαν άλλα μεταλλικά οξείδια ή συλλιπάσματα, όπως οξείδια νατρίου, καλίου, ασβεστίου και μολύβδου, για να τροποποιήσουν τις ιδιότητες του γυαλιού. Αυτά τα υλικά διασπούν το δίκτυο του πυριτίου του γυαλιού και μεταβάλλουν τις ιδιότητες του γυαλιού, όπως την αντοχή, τη ρευστότητα, κυρίως μειώνουν πολύ το σημείο τήξης. Για παράδειγμα, η προσθήκη μολύβδου κάνει το γυαλί δυσδιάλυτο στο νερό και του δίνει μοναδική ποιότητα. Το ασβέστιο λόγω της αντίστασής του στην απορρόφηση νερού, προστίθεται στο γυαλί με τη μορφή οξειδίου.
Χρωστικές με τη μορφή μεταλλικών οξειδίων μπορούν να μεταβάλουν το χρώμα του γυαλιού.
- Αν το γυαλί αποτελείται μόνο από άμμο, νάτριο και ασβέστιο, έχει μπλε-πράσινο χρώμα, που ήταν συνηθισμένο στα γυαλιά των αρχαίων χρόνων.
- Με την πρόσθεση μεταλλικών οξειδίων, όπως χαλκού, σιδήρου, κοβαλτίου και μαγγανίου, και με τη μεταβολή των συνθηκών του κλιβάνου το χρώμα του γυαλιού μεταβάλλεται:
- Για παράδειγμα, στην αρχαιότητα, ο χαλκός χρησιμοποιούνταν για την παραγωγή σκούρου πράσινου, ανοιχτού μπλε ή ρουμπινί κόκκινου γυαλιού.
- Το κοβάλτιο δίνει γυαλί με βαθύ μπλε χρώμα.
- Το μαγγάνιο προστίθεται, για να δώσει κιτρινωπό ή μοβ γυαλί.
- Οι Ρωμαίοι κατασκεύαζαν άχρωμο γυαλί, όπως το σημερινό, χρησιμοποιώντας λεπτή καθαρή άμμο, που δεν περιείχε σίδηρο, και προσθέτοντας μαγγάνιο και αντιμόνιο ως αποχρωματιστές.
| άμμος, νάτριο και ασβέστιο | μπλε-πράσινο |
| χαλκός | σκούρο πράσινο, ανοιχτό μπλε ή ρουμπινί κόκκινου |
| κοβάλτιο | βαθύ μπλε |
| μαγγάνιο | κιτρινωπό ή μοβ |
| άμμος (χωρίς σίδηρο) + μαγγάνιο + αντιμόνιο | άχρωμο |
Τέλος, στην παραγωγή γυαλιού συνηθίζεται η προσθήκη θρυμματισμένου γυαλιού. Το παλαιό γυαλί λειτουργεί ως πυρήνας γύρω από τον οποίο σχηματίζεται νέο γυαλί και επίσης βοηθά στο να χαμηλώνει το σημείο τήξης. [2ος παράγοντας με τον οποίο μπορεί να μειωθεί η θερμοκρασία τήξης]
Για την παραγωγή γυαλιού είναι απαραίτητα:
- ένας κλίβανος ανθεκτικός στις απαιτούμενες υψηλές θερμοκρασίες και
- ένα πήλινο χωνευτήριο που θα περιέχει το υλικό.