Stiklas: apibrėžimas, sudėtis, rūšys, gamyba ir perdirbimas

Stiklas yra kieta, amorfinė (nekristalinė) medžiaga, kurią galima pagaminti įvairių formų. Daugeliu atvejų jis būna skaidrus, tačiau gali būti ir spalvotas. Pagrindinė žaliava daugeliui stiklo rūšių yra silicio dioksidas; stiklas, pagamintas praktiškai tik iš silicio dioksido, vadinamas kvarciniu stiklu ir turi ypač aukštą temperatūros bei cheminių poveikių atsparumą.

Sudėtis ir priedai

Dažniausiai pramonėje naudojamas natrio‑kalkių stiklas (soda‑lime glass), kuris langams ir buteliams gaminti sudarytas iš maždaug 75 % silicio dioksido (SiO2), natrio oksido (Na2O) gaunamo iš natrio karbonato (Na2CO3), kalcio oksido, dar vadinamo kalkėmis (CaO), ir kelių smulkių priedų. Keičiant šių komponentų proporcijas arba pridedant specialius oksidus, gaunamos įvairios stiklo savybės:

• Spalvotam stiklui pridedami metalų oksidai — pavyzdžiui, mėlynai spalvai suteikia kobalto oksidas.
• Krištolinis stiklas dažnai gaunamas pridedant švino ir cinko oksidų, jis pasižymi didesniu lūžimo rodikliu ir blizgesiu.
• Boro turintys priedai (boroksidas) naudojami termiškai atspariam borosilikatinį stiklui (laboratorinis ir virtuvinis indai).

Stiklo rūšys ir savybės

• Natrio‑kalkių stiklas – labiausiai paplitusi rūšis, naudojama langams ir talpykloms.
• Borosilikatinis stiklas – atsparus šilumos šokams ir cheminiam poveikiui (pvz., laboratorinei įrangai).
• Krištolinis (lead) stiklas – dekoratyvus, geresnės optinės savybės dėl didesnio lūžio kampo.
• Stiklas saugai – grūdintas (tempered) ir laminuotas (saugumo) stiklas, naudojami automobiliuose ir pastatuose.
• Optinis stiklas – specialiai kruopščiai formuotas ir grūdintas optiniams prietaisams, lęšiams (žr. lęšiams).
• Stiklo pluoštas (fiberglass) – naudojamas izoliacijai ir kompozitams.

Gamybos procesas (apžvalga)

Paprastai stiklo gamyba apima kelis pagrindinius etapus:

• Žaliavų paruošimas (mišinys) – į maišą įeinantis smėlis (SiO2), natrio karbonatas, kalkės, priedai ir, esant poreikiui, perdirbtas stiklų trupinys (cullet).
• Kaitinimas / lydymas – mišinio lydimas didelėje krosnyje iki skysto būvio. Daugumai soda‑lime stiklų temperatūros intervalas yra maždaug 1 400–1 600 °C.
• Formavimas – išlydytas stiklas formuojamas įvairiais metodais: float (plokščių langų stiklas), pūtimas (buteliams ir meniniams gaminiams), presavimas, traukimas pluoštams ar stiklui gaminti, liejimas į formas.
• Temperavimas ir atsaldinimas – stiklas palaipsniui atvėsinamas (ankeinamas), kad sumažinti įtampas; grūdintas stiklas papildomai šaldomas greitai, kad padidinti mechaninį tvirtumą.

Float procesas (lėkštinio stiklo gamyba ant lydyto metalo paviršiaus) leido gaminti itin plokščius langų stiklo lakštus ir tapo standartu stiklo pramonėje.

Krištolinis šlifavimas ir amatininkystė

Krištolinis stiklas, nors vadinamas „krištolu“, iš tikrųjų nėra kristalinė medžiaga — jis yra amorfinis. Terminas dažnai naudojamas apibūdinti stiklą, kuriame yra švino oksidų, suteikiančių švytėjimą ir lūžio savybes. Kai toks stiklas dekoruojamas rankiniu būdu, jis vadinamas šlifuotu stiklu:

"Šlifuotas stiklas - tai stiklas, kuris buvo dekoruotas tik rankomis, naudojant besisukančius ratukus. Darbininkai, laikydami ir judindami stiklo gabalą prie įvairaus dydžio metalinių ar akmeninių ratukų, daro pjūvius visiškai lygiame stiklo paviršiuje".

Istorija ir mitai

Stiklo gamyba turi ilgą istoriją — nuo Romos laikų egzistavo stiklainių ir taurų gamyba, kaip iliustruoja IV a. po Kr. romėnų stiklinė taurė.

Dažnai minimas mitas, kad stiklas iš tikrųjų yra labai lėtai tekantis skystis, kilo pastebėjus senų namų ir bažnyčių langus (200–300 metų ar senesni), kurie kartais atrodo storesni apačioje negu viršuje. Tai nėra dėl stiklo „tekėjimo“ kambario temperatūroje — tokia medžiaga yra efektoriai stabili. Istorinė priežastis ta, kad senoviniai gamybos metodai duodavo lakštus, kurių storis nebuvo vienodas, todėl montuodami praktikuodavo statyti storesniu kraštu žemyn. Retkarčiais randamas langas su storesniu kraštu viršuje rodo, kad montavimo praktikos skyrėsi.

Panaudojimas

• Statyboje: fasadai, langai, vitrinos, izoliacinis stiklas.
• Indai ir pakuotės: buteliai, stiklainiai, talpyklos.
• Optika: lęšiai, prizmės, teleskopai, mikroskopai (žr. lęšiams).
• Pramonėje: cheminiai reaktoriai, vamzdeliai, šilumos izoliacija (stiklo vata).
• Menas ir dekoracijos: vitražai (pvz., krikščionių bažnyčioje), meniniai pūsti gaminiai.
• Transportas: stiklai automobiliams, saugos stiklas.

Perdirbimas ir ekologija

Stiklas gali būti perdirbamas vėl ir vėl be kokybės praradimo pagrindinei medžiagai — tai viena iš jo didelių pranašybių. Perdirbimo procesas apima surinkimą, rūšiavimą, valymą ir smulkinimą į cullet (stiklo trupinius), kurie sumaišomi su žaliavomis ir lydomi. Perdirbtas stiklas taupo žaliavas ir sumažina energijos poreikį lydyme, taip pat mažina sąvartynų apkrovą. Iš perdirbto stiklo gaminami nauji buteliai, stiklainių dangteliai, statybinės užpildinės medžiagos ar smulkus smėlio pakaitalas.

Perdirbimo efektyvumas priklauso nuo surinkimo sistemos ir užterštumo (pvz., keramikos ar metalų priemaišos gali trukdyti). Stiklo perdirbimas prisideda prie tvaresnės ekonomikos ir mažesnio CO2 pėdsako, ypač kai naudojama vietinė surinkimo ir perdirbimo infrastruktūra.

Saugumas ir priežiūra

• Grūdintas stiklas sudūžta į smulkias, mažiau pavojingas daleles — tai sumažina sužalojimų riziką.
• Laminuotas stiklas išlaiko atskilus fragmentus ant vidinio sluoksnio, todėl jis nepavojingai nebyra.
• Valant stiklą, geriausia naudoti neutralius valiklius ir minkštą servetėlę, vengiant abrazyvinių priemonių, ypač optiniam ir specialiam stiklui.

Fizinės savybės (apibendrintai)

• Amorfinė struktūra — neturi reguliarios kristalinės gardelės.
• Optinės savybės: skaidrumas, lankstumas pritaikyti lūžio rodiklį priedais.
• Trapumas — stiklas linkęs skilti, jei veikia smūgiai ar stresas, nebent jis specialiai termiškai apdorotas.
• Atsparumas cheminėms medžiagoms — dauguma stiklų yra cheminiai inertiški, nors kai kurie šarmams ar rūgštims labiau jautrūs.

Klausimai ir atsakymai

K: Iš ko pagamintas stiklas?

K: Kaip į stiklą galima pridėti įvairių spalvų?

K: Ką reiškia terminas "šlifuotas stiklas"?

K: Iš kur kilo mitas, kad stiklas yra skystis?

K: Kam dažnai naudojami stiklai?

K: Ar krištolas iš tikrųjų yra kristalas?

Paieška pagal raidę