Recipiente din sticlă

Introducere

Sticla a fost definită de „Societatea Americană de testare si materiale”ca “un produs anorganic amorf de fuziune, care este racit in condiţii dure fară cristalizare”. De asemenea, a fost privită ca un material sintetic care este formată din elemente naturale de pe scoarţa Pământului dinainte ca Terra să fie populetă. Materialele naturale ca obsidian (din magna sau din rocă vulcanica lichidă) şi tektites (provenite din meteoriţi) au compoziţia şi proprietăţile similare cu cele ale sticlei sintetice, piatra poce este un derivat natural al sticlei.

Originea primei sticle sintetice este pierdută în antichitate, primul vas din sticlă a fost probabil sculptat dintr-un bloc solid in jurul anului 3000 î.H. Cu circa 1000 de ani î.H. a fost descoperite tehnicile de turnare ale sticlei topite sau întinderea ei pe o formă, rezultând obiecte din sticlă folositoare dar nu foarte bine prelucrate. Adevărata revoluţie în prelucrarea sticlei a apărut in anul 200 d.H. odată cu introducerea în procesul de fabricare al sticlei a tubului de suflat la care sticla fierbinte şi maleabilă aderă. Se suflă pe la un capăt, iar la celălalt capăt lichidul văscos (sticla topită) se umflă ca un balon transparent şi apoi se prelucrează pentru obţinerea unor obiecte din sticlă.

Începând cu anul 200 d.H. articolele din sticlă erau extrem de utilizate în casele romanilor. Pe parcusul următorilor 1000 de ani, tehnicile de fabricare a sticlei au fost răspândite şi în Europa.Mecanizarea fabricării ambalajelor din sticlă a fost introdusă pe scară largă in 1892, şi câteva descoperiri importante s-au realizat câteva decenii. Acestea includ: prima maşină automată de fabricare a sticlelor, care a fost construită în 1903 de Michael J. Owens la Toledo, Ohio.

Descoperirile ulterioare au dus la producerea unei game mari de ambalaje din sticlă. Există 2 tipuri de ambalaje de sticlă utilizate în industria alimentară şi anume: sticlele şi borcanele. În general, recipientele din sticlă sunt mai uşoare si mai rezistente decât predecesoarele lor, greutatea sticlelor şi borcanelor a fost redusă cu 25-50% în ultimii 50 de ani.

Compoziţie şi structură

Materialele de bază pentru fabricarea sticlei provin din mine sau din cariere şi trebuiesc topite sau reduse chimic la oxizii lor la temperaturi mai mari de 1500˚C. Principalul element din compoziţia sticlei este siliciul derivat din nispip sau cuarţ. Oxidul de siliciu poate fi topit la temperaturi foarte ridicate (1723˚C) pentru a forma sticla silicată şi din acest motiv este folosită pentru aplicaţii specializate incluzând unele sticlării de laborator.

Pentru majoritatea sticlăriei oxidul de siliciu este combinat cu alte materii prime in proporţii variate Carbonatul de sodiu şi potasiu fuzionează la temperaturi mai joase şi au o vâscozitate mai mică decât siliciul. Carbonatul de calciu şi magneziu acţionează ca stabilizatori şi împiedică sticla să se dizolve în apă. Alte ingrediente sunt adăugate sticlei pentru ai da unele proprietăţi fizice. De exemplu, plumbul îi dă sticlei claritate şi strălucire, iar aluminiul îi creşte reistenţa şi durabilitatea.

Prin adăugarea de bor (6%) se formează sticla borosilicată care împiedică leşierea sodiului din sticlă. Ca urmare a acestui fenomen suprafaţa sticlei este afectată de coroziune. Această coroziune rezultă în urma atacului alcalin (distruge matricea oxidului de siliciu eliberând şi alte componente ale sticlei) şi a atacului acid (în care inonii de hidrogen schimbă ioni mobili cu ionii de metale alcaline). Ca urmare a atacului acid rezultă zone sărăcite in sodiu,care apoi împiedică difuzia ionică.

Materii prime Cantitate Oxid de siliciu Oxid de aluminiu Oxid de calciu Oxid de sodiu Oxid feros

Kg

Nisip 300 299,3 0,2 0,3

Carbonat de sodiu 100 58,3

Carbonat de calciu 90 49,0 0,02

SiO3∙Al2O3 40 26,4 7,6 0,4 1,3 0,03

Clorura de sodiu 4 2,1

Cioburi de sticlă 460 333,7 9,2 48,8 67,2 1,03

Total 991 659,4 17,0 98,2 128,9 19,5

% oxizi 72,6 19,0 10,8 14,2 0,1

În practică, cantităţile de materii prime variază în limite mici, de exemplu:

- oxidul de siliciu 68-73%,

- oxidul de calciu 10-13%,

- oxidul de sodiu 12-15%,

- oxidul de aluminiu 1,5-2%,

- oxid feros 0,05-0,25% si depind de procesul de fabricaţie şi de materiile prime utilizate.

Dacă se inlocuiesc oxizii metalici cu oxizii de bor se obţine sticla borosilicată, care este mult mai rezistentă la temperaturi ridicate decât sticla normală.

Sticla nu este nici solidă, nici lichidă dar există într-o stare sticloasă in care moleculele se găsesc într-un aranjament dezorganizat, dar suficient de legat pentru a produce rigiditatea mecanică.

Din punct de vedere fizic, sticla are o structură atomică haotică, în care atomii sunt capabili să se aranjeze singuri în diferite configuraţii. Structura de bază este reprezentată de un tetraedru, în care atomul de siliciu este aranjat tetraedric de către 4 atomi de oxigen. Această structură amorfă este cea care dă friabilitatea şi fragilitatea sticlei.