Ricerca sul vetro

RICERCA SUL VETRO

STORIA

Il vetro è un prodotto antichissimo: ha più di 3500 anni. La patria del vetro e della sua lavorazione è il Medio-Oriente. Mesopotamia, Siria ed Egitto furono le regioni che videro la nascita dei primi oggetti di vetro.
Plinio il Vecchio, storico e naturalista del I sec d.C., riferisce che la scoperta del vetro si deve ad alcuni mercanti fenici che, presso le foci del fiume Belos in Siria, accesero un fuoco utilizzando dei blocchi di soda naturale che, fondendosi, si mescolarono alla sabbia.
Il vetro ha una grande diffusione in epoca romana, quando inizia a diffondersi l’uso delle prime bottiglie, ampolle, fiale per unguenti, piatti e sottocoppe. Non solo, i reperti storici rinvenuti dimostrano che i Romani furono i primi a raccogliere il vetro per riciclarlo, sottoponendolo a nuova lavorazione. Infatti i frammenti ritrovati a bordo della Julia Felix, imbarcazione romana riemersa a nord dell’Adriatico, testimoniano che in quell’epoca si raccoglieva il vetro per riciclarlo.

Nei secoli successivi, e più precisamente nel Medioevo, l’arte vetraria diventa molto fiorente in Francia, Germania, Spagna e Inghilterra dove si incominciarono a produrre i tipici oggetti da tavola in vetro, come coppe e bottiglie. In questo periodo vennero realizzati i primi vetri a smalto colorati che furono utilizzati nella costruzione delle vetrate delle cattedrali gotiche.
Nel secolo XIII l’arte vetraria cominciò a svilupparsi a Venezia, in particolar modo a Murano, grazie ai contatti che i mercanti della Serenissima intrattenevano con l’Oriente. I maestri vetrai veneziani si specializzarono nella produzione di specchi che ottennero apponendo alle lastre di vetro un sottilissimo strato di piombo, che poi venne sostituito con lo stagno per ottenere specchi più riflettenti. Da questo momento in avanti Venezia diventa il punto di riferimento per la produzione di vetro.
Nel XV secolo vengono creati i primi oggetti in cristallo. Questo materiale, rispetto al vetro, è molto più puro e sottile.
Nel 1903 venne messa a punto la prima macchina completamente automatica per produrre oggetti di vetro cavo. Ha così inizio una vera e propria industria, sempre più specializzata e raffinata, per la produzione di oggetti in vetro.

Il vetro oggi

Il vetro è il prodotto della solidificazione di un miscuglio omogeneo composto principalmente di:
- Silice
- Soda
- Calce
Diventa lavorabile a una temperatura di circa 1500° C.

Composizione

Le sostanze fondamentali per la produzione del vetro sono:
- I vetrificanti, che sono sostanze che sotto l’azione del calore assumono struttura vetrosa. Il vetrificante più comune è la silice, che viene impiegato sotto forma di sabbia naturale. Altri vetrificanti sono l’anidride borica e l’anidride fosforica.
- I fondenti, che hanno la funzione di abbassare la temperatura di fusione del vetrificante. I più comuni sono la soda, la potassa, il solfato di sodio e di potassio.
- Gli stabilizzanti, che servono ad aumentare la resistenza agli agenti atmosferici e all’azione dell’acqua.
- Gli affinanti, che sono sostanze che hanno la funzione di affinare e rendere omogenea la pasta di vetro. I più usati sono: i rottami di vetro, l’anidride arseniosa e vari nitrati.
- Gli additivi coloranti, che sono composti metallici che conferiscono al vetro determinate colorazioni.
Se tutti i componenti della miscela fossero puri il vetro sarebbe incolore e trasparente, ma normalmente alcuni di essi, specialmente gli ossidi, contengono impurità, costituite spesso da ossidi di ferro, che conferiscono un caratteristico colore verde più o meno intenso; per attenuarlo si aggiunge alla miscela un decolorante (fra i più usati, il biossido di manganese). L'aggiunta di quantità minime di talune sostanze conferisce un colore omogeneo a tutta la massa vetrosa.

Produzione

La produzione della massa vetrosa avviene attraverso delle fasi fondamentali che sono:
- La preparazione della miscela e riscaldamento, le materie prime vengono finemente triturate, dosate nelle proporzioni richieste dal tipo di prodotto e mescolate fino ad ottenere l’omogeneità desiderata. La miscela viene poi gradualmente riscaldata per un periodo di 6 ore, fino alla temperatura di circa 1500° C.
- La fusione, attraverso la fusione, che dura oltre 6 ore, si ottiene una massa fluida e omogenea. La fusione avviene a 1500° C grazie all’impiego di fondenti. I forni più usati sono quelli a canale, a bacino e a crogiolo.
- L’ affinazione, consente di migliorare le qualità dei prodotti attraverso l’eliminazione dei gas e delle impurità contenute nella massa vetrosa, che viene lasciata gradualmente raffreddare fino a 1200° C su un arco di tempo di 12 ore.
- Il raffreddamento, la massa vetrosa viene raffreddata fino alla temperatura di lavorazione, che varia dai 1200° C ai 950° C. il raffreddamento deve essere molto lento, perché un abbassamento di temperatura eccessivamente rapido provocherebbe tensioni interne che alterano le caratteristiche del materiale.

Lavorazione

I prodotti vetrari vengono formati per:

Modellazione, che è una tecnica che consente di tagliare, incidere, curvare e stirare il vetro fino a renderlo filiforme.

Soffiatura, che consente di formare ampolle, vasi, bottiglie, ecc…, insufflando aria nella pasta vetrosa mediante cannule metalliche. Dopo la soffiatura si può procedere all'aggiunta di altri elementi (manici, piedi, beccucci ecc.), utilizzando piccoli boli che, appoggiati allo stato pastoso sulla superficie solidificata, vi si saldano e possono essere sagomati prima che solidifichino anch'essi.

Stampaggio, che consiste nel versare la massa vetrosa in apposite forme con il fondo modellato con la forma voluta.

Laminazione, che consiste nel ridurre la pasta vetrosa in lastre dello spessore voluto.

Filatura, che consente di ottenere prodotti come la seta di vetro e la lana di vetro.

LA DECORAZIONE

Il vetro può essere decorato in molti modi: i metodi più diffusi sono l'incisione, l'uso di acidi e la pittura. L'incisione può avvenire secondo varie tecniche: ad esempio, con la molatura si avvicina la superficie a dischi rotanti e abrasivi di dimensioni differenti, capaci della massima precisione, mentre per ottenere effetti diversi i disegni vengono tracciati a mano con l'ausilio di una punta di diamante. L'incisione a retino, in cui il vetro viene bucherellato con minuscoli puntini, permette di creare i motivi delicati che furono tipici della produzione olandese del Seicento. L'azione degli acidi e la sabbiatura danno luogo a un effetto smerigliato e si rivelano adatte soprattutto per oggetti di grandi dimensioni quali i vetri per finestre.
È infine possibile dipingere sul vetro servendosi di smalti, che vengono poi fusi con il vetro in un forno a bassa temperatura. Il vetro dorato si ottiene applicando alla superficie foglie, vernici o polvere d'oro, che vengono poi sottoposte a cottura.

TIPI DI VETRO

Secondo l'aspetto, le proprietà e l'uso, si possono distinguere tantissimi tipi di vetro. Alcuni sono:

Vetro allegato: ottenuto sovrapponendo uno strato di vetro comune al vetro di Jena, è resistente alle alte temperature e si usa per le caldaie.
Vetro antico: è un tipo di vetro soffiato in cui si determinano appositamente dei difetti per dare l'impressione di materiale antico.

Vetro antiriflesso: sottoposto a trattamento antiriflettente, è usato in ottica.

Vetro antirumore: è composto da due cristalli di spessore diverso, uniti tra loro da un foglio di polivinilbutirrale e poi sottoposti a elevate condizioni di temperatura e di pressione in autoclave.

Vetro armato o retinato: si ottiene per colata e laminazione continua di vetro fuso nel quale è immersa una rete di acciaio.

Vetro artistico: é tipico dei mosaici e degli smalti adoperati per la decorazione e la protezione di prodotti ceramici. E'caratterizzato da temperatura di rammollimento inferiore rispetto al vetro, a causa dalla presenza di fluoruri e di ossido di piombo. I vetri vengono macinati e la sospensione formatasi, con l'aggiunta di additivi, viene applicata sull'oggetto tramite immersione o spruzzo e riscaldata fino a costituire uno strato uniformemente disteso.

Vetro atermico: è prevalentemente di composizione fosfatica (70% P2O5) con l'aggiunta di ossidi di ferro che assorbono le radiazioni infrarosse. Usato in edilizia per vetrate capaci di limitare il passaggio di calore ma non quello di luce, questo tipo di vetro è capace di intercettare gran parte delle radiazioni infrarosse dello spettro solare, senza ostacolare le radiazioni visibili. La riduzione della trasparenza alle radiazioni infrarosse si ottiene con un tipo di lavorazione consistente nell'introduzione di ossidi colorati nel vetro. Questi provocano un assorbimento selettivo. Utilizzando un altro metodo, è possibile creare, sulla superficie del vetro destinata all'esterno, dei sottili rivestimenti di metalli, riflettenti il calore ma non la luce.

Vetro di Boemia: calcico-potassico e fabbricato con materie pure, è duro, poco fusibile, trasparente e rifrangente. E' utilizzato per cristallerie, tubi e oggetti da laboratorio che devono essere esposti ad alte temperature, alle quali il vetro comune non resisterebbe.

Vetri colorati: si ottengono con aggiunte di sostanze coloranti al vetro fuso. E' possibile utilizzare vari tipi di coloranti, quali:
Elementi come oro, argento e rame che si disperdono colloidalmente nel vetro. In questo caso, l'intensità della colorazione dipende dalla concentrazione e dalla grandezza delle particelle disperse.
Ossidi metallici, principalmente ferro, cobalto, cromo, vanadio e rame, che si sciolgono nel vetro, impartendo a questo il proprio colore. Quest'ultimo dipende dalla natura dell'ossido, dalla composizione del vetro e dallo stato di ossidazione del metallo dell'ossido.
Composti colorati o incolori, sotto forma di particelle che, disperse nella massa del vetro, gli conferiscono una particolare colorazione.

Vetro in fibre: è costituito da filamenti sottili suddivisi tra fibre lunghe o continue e corte o fiocco. Le prime si ottengono con una tiratura mediante tamburo, le seconde con una filatura per forza centrifuga. In quest'ultimo metodo, il vetro fuso cola al centro di un disco circolare che ruota alla velocità di 400 giri al minuto, e che è dotato di un bordo radialmente scanalato. In seguito il vetro è proiettato all'esterno in forma di fibre.

Nella tiratura mediante tamburo, il forno ed il dispositivo di filatura consistono in una filiera di platino-radio riscaldata elettricamente e provvista di ugelli di diametro ristretto. I filamenti, che da qui fuoriescono, sono tirati da un tamburo di avvolgimento.
Le fibre di vetro sono impiegate nella preparazione di plastici rinforzati e nell'isolamento termico e acustico. Le fibre continue si usano per preparare tessuti tingibili che trovano largo impiego nella fabbricazione di tendaggi e di tessuti di arredamento.
Le fibre ottiche sono un tipo particolare di fibre, usate come guida di luce.

Vetro di Jena: comprende diverse varietà di vetro, generalmente utilizzate per apparecchi di laboratorio ed ottica.

Vetri refrattari: hanno temperatura di ricottura superiore a quella dei vetri comuni e non inferiore ai 700 °C. Comprendono i vetri di quarzo e quelli di silice. Presentano notevole resistenza agli sbalzi di temperatura, grazie alla presenza di ossido di Boro.

Vetro di sicurezza: ha una elevata resistenza alla rottura per urto e, quando si spezza, non dà origine a spigoli vivi. Questi tipi di vetri possono essere stratificati, oppure temperati. I primi si ottengono intercalando un foglio di butinale polivinico tra due lastre, in modo da incollarle stabilmente, a caldo e sotto pressione. Un esempio è costituito dai vetri per auto, in cui lo strato inserito tra due lastre è di tre millimetri. I secondi si ricavano da lastre riscaldate al di sotto della temperatura di rammollimento e raffreddate con getti d'aria sulle due facce.
Sono vetri di sicurezza anche quelli infrangibili, armati, retinati, antinfortunio, antivandalismo ed antiproiettile. Quest'ultimo si ottiene combinando strati alternati di vetro e di policarbonato. Tale combinazione permette di unire alle caratteristiche positive del vetro, come l'elevata resistenza termica, quelle del policarbonato, come l'elevata tenacità. La stratificazione avviene mediante fogli di resina poliuretanica, che assorbono le differenze di dilatazione termica dei due materiali. Questo tipo di vetro presenta un'ulteriore distinzione tra vetro antiproiettile semplice e antiproiettile-antischegge.

Vetro sonoro: vetro al piombo.

Vetri per specchi: si ricavano da lastre di vetro che devono essere sottoposte ai seguenti processi.
Pulitura
Trattamento di argentatura: consiste nella formazione di un sottile strato d'argento sulla superficie di una lastra di vetro, immersa in una soluzione di nitrato d'argento, in ambiente riducente.
Ramatura galvanica: protezione strato d'argento e applicazione di vernici.
Protezione specchio: si realizza con vernice ed essiccazione della stessa tramite impiego di forni a raggi infrarossi.
Pulitura e lucidatura finale. La vernice protettiva, a base di una miscela di resine alchidiche-melamminiche, può essere di due tipi: termoindurente con pigmenti di piombo o senza.

I difetti del vetro I difetti del vetro possono essere originati da varie cause: insufficiente omogeneizzazione delle materie prime, temperatura di fusione troppo bassa, presenza di impurezze o insufficiente permanenza della massa nelle fasi di fusione e di omogeneizzazione. Tali difetti possono essere distinti in tre gruppi.
· Soffiature: sono dovute a bollicine gassose non eliminate dalla massa fusa.
· Corde: sono zone di differente composizione o che hanno subito un diverso trattamento termico.
· Cristalli: derivano da insufficiente miscelazione delle materie prime o dalla presenza di sostanze che agiscono da germi di cristallizzazione.

RACCOLTA DIFFERENZIATA DEL VETRO

Il vetro può essere riciclato molte volte, senza subire alcun degrado quantitativo o qualitativo. Il processo di riciclo è dunque integrato con il processo di produzione e la materia prima è costituita di una percentuale importante di vetro recuperato.
Grazie alla natura del materiale, i contenitori usati possono essere riciclati varie volte dando vita, ogni volta, ad una nuova bottiglia, un vaso o flacone con le stesse caratteristiche del nuovo prodotto.
Oggi, in Italia, il 60% delle bottiglie prodotte sono fatte con vetro riciclato.
Nel nostro paese si raccoglie vetro di colore diverso (vetro misto) con cui si producono contenitori in vetro giallo o verde. Il rottame di vetro misto non è quindi utilizzabile per la produzione di vetro bianco, per cui la produzione di vetro riciclato non può andare oltre certi quantitativi, salvo che non si faccia una raccolta differenziata di vetro bianco e colorato.

COSA DIFFERENZIARE

E’ molto importante, quando in casa si divide il vetro dagli altri rifiuti, fare attenzione che non ci siano oggetti di materiali diversi, specie di ceramica. Un piattino di ceramica, se inserito in un contenitore per la raccolta differenziata del vetro, potrebbe "rovinare" l’intera quantità di vetro in esso contenuto.
Pertanto è necessario raccogliere in modo differenziato solo ed esclusivamente gli oggetti di vetro, quali:
· contenitori;
· bottiglie e bicchieri;
· vasi e vasetti;
· flaconi e barattoli.

Risparmio di Risorse

Il vetro è un materiale riciclabile al 100% e per innumerevoli volte. La raccolta differenziata di questo materiale e il suo riciclo comportano vantaggi e risparmi notevolissimi per la collettività. In primo luogo si risparmiano risorse, necessarie alla produzione del vetro, perché si limita l’estrazione delle materie prime dalle cave e dalle miniere.
Infatti, utilizzando 100 kg. di rottame di vetro, ovvero di frammenti vetrosi, si ricavano ben 100 kg. di prodotto nuovo, mentre occorrono 120 kg. di materie prime vergini per avere 100 kg. di prodotto nuovo.

Risparmio di Energia

A tali vantaggi vanno aggiunti anche i benefici ambientali ed economici derivanti dalla minore quantità di energia utilizzata nella fusione. Infatti, riciclare vetro significa anche risparmiare materie prime ed energia.
E’ importante sapere che per produrre nuovo vetro, utilizzando il 10% di rottame di vetro, si registra una riduzione del 2,5% di combustibile impiegato. Non solo, con l’inserimento dei cocci di vetro nella pasta di vetro, si riducono anche le emissioni in atmosfera connesse all’attività produttiva. Infatti le minori temperature di fusione del rottame vitreo implicano la riduzione del volume dei fumi di combustione, delle emissioni di ossidi di azoto, polveri e anidride carbonica.
Per concludere, un impiego dell’80% di frammenti vetrosi porta a un’economia energetica del 20%.