Вплив сировинних матеріалів на споживні властивості скляних побутових товарів

Сировинні матеріали скловиробництва поділяють на основні та допоміжні. До основних матеріалів належать речовини, необхідні для введення в скломасу кислотних, лужних та лужноземельних оксидів, які забезпечують отримання виробів з необхідними фізичними і хімічними властивостями. Допоміжні матеріали вводять для зміни властивостей скла: одержання різного кольору скла, забезпечення необхідних умов для одержання високоякісних виробів, а також прискорення процесів варіння і просвітлювання скломаси.

До основних матеріалів належать кварцовий пісок, борна кислота чи бура, польовий шпат, каолін, сода і сульфат натрію, поташ , вапняки і крейда, доломіт, сурик, оксиди цинку, алюмінію, кальцію, магнію і барію, нефелін, скляний бій та ін.

Кварцовий пісок є основною сировиною для введення до складу скла кремнезему, який міститься в ньому від 60 до 75%. Від вмісту Si0₂ залежать властивості скла: підвищується хімічна стійкість, знижується крихкість. Високоякісні піски повинні мати вміст кремнезему не менше 99%. Найшкідливіші домішки —сполуки заліза, які надають склу жовтувато-зелене забарвлення, що погіршує зовнішній вигляд готових виробів.

Борна кислота чи бура використовується для введення в скло борного ангідриду — В₂0₃, який плавиться при температурі 600°С, а при охолодженні перетворюється в прозору скловидну масу. Борний ангідрид позитивно впливає на хімічну, термічну і механічну стійкість, а також підвищує показник заломлення світла. Таке скло використовують для отримання високоякісних та спеціальних виробів, які виробляють механізованим способом.

Польовий шпат, каолін, пегматит, обсидіан, чистий глинозем використовують для введення в скло глинозему — АІ₂0₃. З цією метою також застосовують нефелінові сієніти, які, крім глинозему містять близько 20% лугів, завдяки чому економиться сода і поташ, що значно дорожчі. Глинозем має температуру плавлення 2050°С, а густину — 3,85 г/см³. Навіть в невеликих кількостях глинозем підвищує термостійкість та механічну міцність, твердість, знижує кристалізаційну здатність скла. Використовують глиноземи при виготовленні сортового, жаростійкого і хімічного посуду та віконного й пляшкового скла.

Сода і поташ — це самі дорогі сировинні матеріали, завдяки яким в склад скла вводяться оксиди натрію та калію (Na₂0 та К 0).

Соду отримують обезводненням кальцинованої соди (Na₂CO ); плавиться вона при температурі 855°С. В скляній промисловості віддають перевагу сульфату (Na₂S0₄) як більш дешевій сировині і менш дефіцитній порівняно з содою. Поташ (К₂С0₃) застосовують у виробництві найбільш цінного скла — кришталевого та оптичного. Оксид калію надає виробам такі властивості: прозорість, блиск, зменшує кристалізацію скла. Температура плавлення поташу 88 ГС.

Вапняк і крейда (СаС0₃) використовуються для введення оксиду кальцію, який сприяє освітленню та прискоренню варіння скломаси і надає склу хімічну стійкість. При температурі понад 600°С вапняки розпадаються з виділенням оксиду кальцію.

Доломіт (СаС0₃-МдС0₃) розпадається при нагріванні з виділенням СаО і MgО. Оксид магнію знижує термічне розширення скла та здатність його до кристалізації, а також підвищує в'язкість, міцність та хімічну стійкість скловиробів.

Цинкові білила (ZnO) вводять до лабораторного, технічного та деяких інших спеціальних видів скла. Оксид цинку підвищує хімічну і термічну стійкість скла, а також його міцність. Крім того, скляні вироби, які містять ZnO, відрізняються підвищеним блиском і прозорістю, грою світла.

Сурик (РЬ0₄) використовують для виробництва кришталю та оптичного скла з високою густиною, характерним блиском та грою світла. Температура плавлення сурику 880°С. Вироби з вмістом оксидів свинцю легко піддаються грануванню, шліфуванню, поліруванню. Особливістю кришталевих виробів є їх мелодійний та трива­лий звук при постукуванні. Недоліком кришталю є його висока чутливість до окислювально-відновних умов варіння. Цього недоліку позбавлений баритовий кришталь, для отримання якого в скломасу вводять ВаО, застосовуючи мінерал вітерит (ВаС0₃).

Скляний бій вводять до складу шихти від 15 до 30%, що прискоренню варіння я скломаси. Важливою вимогою є відповідність хімічного складу скляного бою і основної шихти.

Допоміжні матеріали згідно з призначенням — це барвники, глушники, знебарвники, освітлювачі, окисники, відновники і прискорювачі варіння скла.

Барвники скла, в залежності від того, чи в процесі варіння вони розчиняються і утворюють з кремнеземом забарвлені силікати, чи зберігаються у вигляді колоїдно-дисперсних частинок, мають відповідно назву молекулярні та колоїдно-дисперсні,.

Молекулярні барвники — це оксиди металів (CO, Ni, Mn, Cr, Cu), які надають склу певний колір без додаткової теплової обробки. Колір скла залежить від виду і кількості барвника, хімічного складу скломаси, середовища та умов варіння. В якості молекулярних барвників в останні десятиліття широко використовують оксиди рідкоземельних елементів: діоксид церію, оксид неодиму і празеодиму, оксид ербію, комбінацію оксидів неодиму та празедиму (дидим). Ці барвники надають склу такі споживні властивості: високий показник світлозаломлення, світлопроникнення, стійке і рівномірне забарвлення. Так, скло, яке містить діоксид церію в присутності оксиду титану, має лимонно-жовтий колір з незначним червоним відтінком, а оксид неодиму надає склу фіолетово-бузкового кольору. Красивий колір скла -фіолетово-червоний — одержуєм при введенні оксиду празеодиму дидим забарвлює скло в синьо-блакитний колір, а оксид ербію – в рожевий.

Колоїдно-дисперсні барвники надають склу певного кольору після теплової обробки (наводка), в результаті якої мікрочастинки барвника збільшуються до необхідного розміру (10—55 мкм). До таких барвників належать золото, срібло, мідь, селен, сурма, а також сульфіди свинцю, заліза, міді, кадмію, селену тощо. Так, для одержання скла рубінового кольору використовують 0,02% хлорного золота і діоксиду олова. В результаті реакції золото відновлюється до металевого і при наводці кристали його збільшуються, надаючи склу червоний (розмір кристалів золота 10—13мкм), рожевий (5—10 мкм) або коричневий (більше 13 мкм) колір. Таким методом наводиться мідний і селеновий рубіни, авантюрин та сульфідне скло, що містить сполуки сірки, які здатні утворювати широку гаму кольорів — від світло-жовтого до чорного. Особливе місце серед кольорового скла належить сульфідно-цинковому, в якому роль барвника виконує сульфід цинку (ZnS), що утворюється при взаємодії оксиду цинку і сірки, які спеціально вводять в шихту.

Співвідношення барвників, склад шихти, режим часу, температури і характеру реакції в процесі скловаріння обумовлюють різнокольорову гаму сульфідно-цинкового скла.

Глушники додаються для одержання молочно-білого непрозорого, напівпрозорого (опалового) чи ледь заглушеного скла, в якості яких використовують фосфорнокислі солі (солі амонію і кальцію), сполуки фтору (кріоліт, кремнефтористий натрій) оксид олова, тальк та ін.

Глушники в процесі варіння скла або не розчиняються в ньому, або розчиняються, при подальшому охолодженні виділяються у вигляді дрібних кристалів. Коефіцієнт світлозаломлення їх різко вирізняється від коефіцієнта інших компонентів шихти, що і створює ефект заглушеного скла, який обумовлений розсіюванням світла частинками глушника.

Знебарвники застосовуються для усунення небажаних зеленуватих чи жовтуватих відтінків, причиною яких є домішки оксидів заліза в скломасі. Існує два основних методи знебарвлення скломаси: фізичний і хімічний.

При фізичному знебарвленні в скло вводять речовини, які забарвлюють його в колір, додатковий до зеленого (селен, оксид нікелю, оксид неодиму й ін.), що створює ефект безбарвного скла.

Ступінь застосування хімічних знебарвників (селітра, триоксид миш'яку, триоксид сурми й ін.) зводиться до того, що ці речовини при розпаданні виділяють велику кількість атомарного кисню, який сприяє переходу закису заліза в оксид. При цьому інтенсивність забарвлення скла знижується в десятки разів і зеленуватий колір переходить в жовтуватий.

Освітлювачі сприяють видаленню із скломаси видимих різних газових та повітряних включень, які понижують якість готових виробів. Це триоксид миш'яку і селітра, амонійні солі, іноді сира деревина та інші паро- і газоутворюючі речовини, які через товщу скломаси рухаються наверх у вигляді великих бульбашок. При цьому скломаса активно переміщується (кипить) і дрібні бульбашки газу збираються в більш круглі, які легше видаляються з скломаси.

Прискорювачі варіння скломаси, окисники, відновники вводять в склад для одержання відповідного ефекту. Так, прискорювачі (фтористоамонійні й інші сполуки) інтенсифікують процес скловаріння; окисники, наприклад селітра, миш'яковий ангідрид тощо, необхідні для варіння кольорового скла, забарвленого молекулярними барвниками, і для обезбарвлення скла. Відновники (тирса, вугілля, сполуки олова й ін.) необхідні при варінні скла, колір якого одержаний завдяки колоїдним барвникам.