De term 'glas' wordt vaak gebruikt voor amorfe materialen die worden gevormd als gevolg van snelle afkoeling van een vloeistof, waarbij de kristallisatiefase wordt omzeild. Vanuit structureel oogpunt is glas een vaste stof met een niet-periodiek rooster van atomen. Silicium-, boor- en fosforoxiden, dwz SiO 2 , B 2 O 3 en P 4 O 10 , en hun legeringen met andere oxiden, bijv. alkalimetalen en aardalkalimetalen, hebben het vermogen om glas te vormen (door stolling tot een amorfe massa) . Als primair element hebben selenium, zwavel, koolstof, silicium, tellurium, arseen, germanium, boor en fosfor glasvormende eigenschappen. Naast de eerder genoemde stoffen worden dezelfde eigenschappen waargenomen in enkele sterk gepolymeriseerde organische stoffen, zoals polystyreen en verbindingen met een hydroxylgroep, zoals glycerine.
De eigenschappen van glas
In tegenstelling tot anisotrope kristallijne lichamen hebben glazen isotrope eigenschappen. Naarmate het materiaal wordt verwarmd, wordt het geleidelijk zachter en gaat het continu over van een vaste toestand naar een toestand waarin het kan worden beschreven als een onderkoelde, zeer stroperige vloeistof. Het temperatuurbereik waarin deze transformatie wordt waargenomen is relatief smal en staat bekend als het glastransformatiebereik. Er kunnen verschillende significante veranderingen worden waargenomen – er is een snelle verandering in soortelijke warmte, de brekingsindex, de thermische uitzettingscoëfficiënt en diëlektrische constante. Bij temperaturen onder het transformatiebereik is glas hard en broos. Naarmate de temperatuur stijgt, wordt het steeds plastischer totdat het verandert in een mobielere vloeistof. Het transformatiebereik van kwartsglas ligt rond de 1500 K, terwijl voor silicaatglas de temperaturen iets lager liggen, rond de 800-1000 K, afhankelijk van de exacte materiaalsamenstelling.
De eigenschappen van glas
Zowel kwarts- als silicaatglas hebben een structuur die lijkt op kristallijne silicaten. Het is samengesteld uit tetraëdrische SiO 4- groepen die met elkaar verbonden zijn om een rigide driedimensionale structuur te vormen. Het verschil is echter hun opstelling, want in tegenstelling tot kristallijne lichamen met een geordend kristalrooster, zijn de in glas aanwezige groepen op een ongeordende manier met elkaar verbonden. Het glassysteem wordt beschreven als ogenschijnlijk stabiel, wat betekent dat het geen evenwicht bereikt, maar neigt naar de kristallijne toestand. Onder normale omstandigheden is dit proces zo langzaam dat het niet waarneembaar is. Het kan alleen worden waargenomen op zeer oude glazen. De snelheid van het proces kan echter worden verhoogd door hogere temperaturen van 1200-1400 K, afhankelijk van de kwaliteit van het glas. Een merkbare verandering na kristallisatie is een karakteristieke troebelheid en een verhoogde brosheid van glas. De plasticiteit van de glasmassa kan vrij worden gewijzigd met behulp van de juiste verwerkingstemperatuur en kan worden gevormd door blazen, persen, enz.
Voorbeelden van glasmaterialen
- Natronkalkglas 12,9%Na 2 O (soda), 11,6%CaO (kalk, calciumcarbonaat), 75,5%SiO 2 (glaszand).
- Kalium-calciumglas, waarbij Na 2 O is vervangen door K 2
- Soda-kalium-kalkglas, dat zowel natrium- als kaliumoxiden bevat.
- Jena-glas 74,5%SiO 2 , 8,5 %Al 2 O 3 , 4,6 %B 2 O 3 , 7,7 %Na 2 O, 3,9 %BaO, 0,8 %CaO, 0,1 %MgO.
Silicaat glas
Silicaatglas is de meest gebruikte glassoort en wordt geproduceerd door kwartszand te versmelten met soda Na 2 CO 3 en kalksteen CaCO 3 bij een temperatuur van ca. 1800 K. Dankzij dergelijke omstandigheden is het mogelijk om silicium-, natrium- en calciumoxiden (SiO 2 , Na 2 O i CaO) in de massa te brengen. Het basische glasvormende oxide in zijn samenstelling is SiO 2 , en zijn rooster is de zogenaamde silicium-zuurstofbinding die intermediaire ionsubstituties bevat met tussenliggende modificerende ionen. Ze zijn afkomstig van extra geïntroduceerde oxiden, wat de eigenschappen van het glas moet veranderen.
Glaskleuring
Overgangsmetaaloxide-additieven worden gebruikt om het glas te kleuren. Kobaltoxiden geven een violetblauwe kleur, dichroomtrioxide geeft een groene kleur en ijzeroxiden geven, afhankelijk van de omstandigheden in de oven, een groene kleur in een reducerende atmosfeer en een bruine kleur in een oxiderende atmosfeer. Het kleuren van het glas tot een robijnrode kleur wordt gedaan door colloïdaal gedispergeerd goud te gebruiken – de glasmassa wordt gesmolten en tijdens ontbinding komt goud in atomaire fragmentatie vrij. Het is aanvankelijk kleurloos, maar na opwarmen tot een temperatuur van ca. 800-900 K en langzaam afkoelen, wordt het robijnrood. Een soortgelijk mechanisme wordt gebruikt om geel glas te produceren, maar in plaats van goud wordt colloïdaal zilver gebruikt. 
Glasversterking
Het is mogelijk om de kwaliteit van het glasoppervlak te verbeteren en aan te passen zodat er geen barsten of verplaatsingen zijn. Er zijn drie hoofdtypen glasversterkingsprocessen:
- Afschrikken , waarbij het materiaal wordt verwarmd tot hoge temperaturen en vervolgens wordt afgekoeld in lucht of olie. Omdat het oppervlak sneller afkoelt dan de binnenlaag, kunnen de afmetingen niet overeenkomen. Het interieur wordt uitgerekt door het oppervlak en het oppervlak wordt samengedrukt door het interieur.
- Chemische verharding maakt het mogelijk vergelijkbare effecten te bereiken als afschrikken. Het glas wordt geplaatst in een gesmolten zout dat kaliumkationen bevat, bijv. in KNO 3 dat gedurende 12 uur op 500 o C wordt verwarmd. Diffusie veroorzaakt de uitwisseling van ionen van Na + naar K + terwijl ze het buitenoppervlak uitrekken.
- Glaslaminering is een methode waarbij een laag polymeer tussen minimaal twee glaslagen wordt geplaatst. Dit kan op twee manieren: het glas kan worden geperst met een polymeer, of een vloeibaar polymeer kan op glaslagen worden gegoten.
Grondstoffen
De meeste stoffen die nodig zijn bij de glasproductie zijn van minerale oorsprong. Deze omvatten: zand, kalksteen, dolomiet, anhydriet. Er worden echter ook stoffen gebruikt die producten zijn van de chemische industrie , zoals soda . Tegenwoordig wordt ook steeds meer belang gehecht aan secundaire grondstoffen, namelijk glasafval . Glasafval wordt ingedeeld in twee categorieën: glasafval dat tijdens het productieproces wordt gevormd en dat na het malen. geschikt is voor opwerking, en buitenlands glasscherven, dwz post-consumer materiaal dat gereinigd en verfijnd moet worden om hergebruikt te kunnen worden.
Recycling van glas
Het belangrijkste aspect is begrijpen dat niet al het glas recyclebaar is. Glasafval is een zeer belangrijke secundaire grondstof, maar materialen als permanent verbonden met andere grondstoffen, keramiek, lenzen van brillen, hittebestendige glazen, gloeilampen, spuiten etc. zijn niet geschikt voor herverwerking. Glasrecycling is een proces dat uit meerdere fasen bestaat en de eerste fase is een goede afvalscheiding . Op het recyclingbedrijf wordt het afval gewogen en gecontroleerd op geschiktheid voor herverwerking. De volgende fase is het pletten en verwijderen van labels en klein vuil van eerder gescheiden materialen. Na de eerste reiniging wordt het afval op kleur gesorteerd en naar de glasfabriek getransporteerd. In dergelijke installaties wordt glasafval bij 1200 o C gesmolten tot een glasmassa, waaruit nieuwe producten worden gevormd. Het is interessant dat de verwerking van glas, in tegenstelling tot papier of plastic, praktisch eindeloos is. Na het omsmelten veranderen de eigenschappen van glas niet.
