sklo - cvut.czmech.fd.cvut.cz/members/malinovsky/materialy/08 Sklo.pdf · specialistů z Benátek utavena také sklovina pro mozaiku kaple Poslední soud ve svatovítské katedrále

sklo

SKLO

Obecné pojmy Historie výroby skla na našem území Suroviny pro výrobu skla Základní druhy skla Technologie výroby skla Použitá a doporučená literatura Vybrané internetové odkazy

Kliknutím na obrázek ho zobrazíte v úplné velikosti.

Obecné pojmy

Sklo patří k velmi významným materiálům s širokým uplatněním v průmyslu, stavebnictví, architektuře i umění. Ve stavebnictví se nejčastěji používá k zasklívání okenních a dveřních otvorů. Významně se uplatňuje také jako architektonický prvek, kdy hraje výraznou úlohu při vytváření interiérů a exteriérů.

Sklo je anorganický amorfní (nekrystalický) materiál, vyrobený tavením

http://geologie.vsb.cz/loziska/suroviny/sklo.html[20. 11. 2017 0:02:56]

sklo

vhodných surovin a následným řízeným ochlazením vzniklé skloviny bez krystalizace. Skelný stav vzniká plynulým přechodem ze stavu kapalného do stavu pevného, při ochlazování skla dochází k plynulému růstu viskozity až na tak vysokou hodnotu, že se materiál navenek jeví jako pevná látka. Na rozdíl od krystalických látek postrádá struktura skla pravidelné, symetrické a periodické uspořádání základních stavebních jednotek na delší vzdálenosti (viz obr. 1).

Obr. 1 Plošné znázornění rozdílů mezi: a - strukturou křemene, tj. krystalického SiO2, b - skelného SiO2, c - sodnokřemičitého skla. Podle Hlaváče (1988).

Sklo může vytvářet celá řada anorganických látek. Nejběžnější jsou skla oxidická a z nich, podle převažující složky, skla křemičitá a boritokřemičitá. Pro speciální účely se používají skla fluoridová, fosforečná nebo chalkogenidová (tj. na bázi S – Se – Te). Nejrozšířenějším sklem používaným ve stavebnictví je sklo soustavy SiO2 – CaO – Na2O (obr. 2).

Z chemického hlediska jsou běžná skla tuhým roztokem různých křemičitanů sodných, draselných, vápenatých, případně olovnatých nebo barnatých, které jsou doprovázeny dalšími sloučeninami, zejména oxidy kovů.

http://geologie.vsb.cz/loziska/suroviny/sklo.html[20. 11. 2017 0:02:56]

sklo

Obr. 2 Tetraedrická struktura křemičitého sodnovápenatého skla (Svoboda et al. 2004).

Sklo se vyznačuje zejména relativně vysokou propustností světla v části viditelného spektra, tuhostí homogenitou, odolností vůči pevností v tlaku, relativně

a tvrdostí při běžných teplotách, křehkostí, povětrnostním a chemickým vlivům, vysokou nízkou měrnou tepelnou a elektrickou

vodivostí a vysokou nepropustností a odolností vůči vodě, vzduchu a jiným látkám (Gregerová 1996, Adámek et al. 1997, Svoboda et al. 2004).

Historie výroby skla na našem území

Sklo bylo objeveno v polovině 3. tisíciletí př. n. l. v Mezopotámii. Zpočátku bylo velmi nečisté a používalo se především na výrobu ozdob (tyčinky, kuličky). Obsahovalo oxid křemičitý, vápník a sodík, jednalo se tedy o křemičité sodnovápenaté sklo (Vondruška 2002).

Významné místo v historii výroby skla zaujímají Čechy a čeští skláři. Sklo je v Čechách trvale přítomné od druhého tisíciletí před n. l., kdy ho sem v rámci výměnného obchodu přinesli obchodníci ze syrské oblasti a z Egypta, bylo ale vyráběno také na našem území. Nejde o čiré sklo, jak je známe ze současnosti, ale o drobnější různě zbarvený, často nedokonale protavený sklovitý materiál (resp. fajáns), ze kterého byly vyráběny drobné skleněné perly a korálky - obr. 3 (Leontjevová 1971, Drahotová et al. 2005). Větší objem tavení a zpracování skla na našem území souvisí s rozvojem civilizace Keltů zhruba v období 400 př. n. l. - 0. První písemná zmínka o skle na našem území pochází až z roku 1162. První

sklárny vznikaly ve druhé polovině 13. a v první polovině 14. století v do té doby nedotčených příhraničních pralesích Krušných, Lužických a hor, Krkonoš, Šumavy, ale také na Moravě. Od poloviny 14. nejstarší české sklárny tavily téměř čiré, jen slabě do žluta nebo

Jizerských století již do zelena

http://geologie.vsb.cz/loziska/suroviny/sklo.html[20. 11. 2017 0:02:56]

sklo

nabíhající draselnovápenaté sklo a zhotovovaly z něj malovaná kostelní okna, číše a poháry. V dnes neznámé sklárně byla roku 1370-1371 za pomoci specialistů z Benátek utavena také sklovina pro mozaiku kaple Poslední soud ve svatovítské katedrále na Pražském hradě (Vondruška 2002).

Obr. 3 Skleněný korálek. Jaroměř, slezsko-platěnická kultura (6. - 5. století př. n. l.). Archeologické oddělení Muzea východních Čech v Hradci Králové. Foto J. Jirásek, 2005.

České gotické sklo bylo poměrně pestré. Mezi tehdejší skleněné výrobky patří kromě nápojového a stolního skla také korálky pro růžence, skleněné imitace drahokamů, technické sklo pro lékaře, mastičkáře a alchymisty. Za doby vlády Karla IV. došlo rovněž k výrazné inovaci ve stavebnictví – začalo se používat, i když ne zcela běžně, okenní sklo. Čeští skláři prosluli v té době technologií zvanou „procédé de Bohéme“, čili tzv. český způsob. Jednalo se o foukání skla do válců, následné rozstřihnutí, rozvinutí zchlazené skloviny do roviny a vyhlazení. Touto technikou se vyráběla především barevná chrámová okna.

V 16. století se vyrábělo sklo nejméně ve 34 českých hutích. Na území severně od Alp se běžně vyrábělo „lesní“ sklo z nazelenalé skloviny. Na rozdíl od německých zemí, kde bylo toto sklo sytě zelené, se v českých zemích odbarvovalo a blížilo se pozdějšímu křišťálu. V té době se v Čechách usazuje řada huťmistrů ze sousedního Saska, kteří se usadili především v Lužických a Jizerských horách a v Krkonoších. Poháry a číše zdobili vypalovanými pestrobarevnými smalty a nabízeli je i v sousedních zemích. O jejich výrobky se zajímal arcivévoda Ferdinand Tyrolský i císař Rudolf II., který dvě dynastie sklářských huťmistrů - Schürery a Wandery - povýšil do šlechtického stavu. V renesanci je hojně produkováno také sklo užitkové, především nápojové, zastoupené lahvemi, číšemi, poháry a holbami.

Na přelomu 16. a 17. století pozval Rudolf II. do Prahy věhlasné učence a umělce, mezi nimiž byli také řezači drahokamů a znamenitý rytec skla Caspar Lehmann. Z nejvýznamnějších přínosů českých sklářů v tomto období lze zmínit tavbu modrého kobaltového skla rodinou Schürerů v severních Čechách

http://geologie.vsb.cz/loziska/suroviny/sklo.html[20. 11. 2017 0:02:56]

sklo

v 16. století či objev českého křišťálu v Müllerově sklárně na Šumavě v 17. století. Na přelomu 17. a 18. století zastínili čeští skláři kvalitou svých výrobků do

té doby bezkonkurenční benátské sklo. V Čechách se vyráběly číšky, konvice i rozměrné poháry, ale také v renesanci oblíbené malované sklo, z něhož se největší oblibě těšilo černou barvou (švarclotem) malované sklo z dílny rodu Preisslerů z Kunštátu. Především ale čeští skláři zdobili křišťálové sklo rytými figurálními nebo ornamentálními dekory. Od dvacátých let 18. století zhotovovali a do královských paláců dodávali i lustry s broušenými skleněnými ověsky. K popularitě českého skla přispěli také obchodníci sklem. Z nich dodnes nejznámější je G. F. Kreybich z Kamenického Šenova, který podnikl přes třicet obchodních cest a navštívil téměř všechny evropské země včetně Ruska, Švédska a Anglie. V polovině 18. století se jednotliví obchodníci sklem, převážně soustředění kolem Kamenického Šenova a Nového Boru (Haidy), sdružovali v obchodních společnostech (kompaniích) se stálým zastoupením v největších evropských městech a přístavech i v Americe. V šedesátých letech začali čeští skláři vyrábět porcelán připomínající mléčné, tzv. koštěnkové sklo a zdobit je malovanými rokokovými dekory.

Na konkurenci anglického skla odpověděli čeští skláři křišťálovými a zejména barevnými, malbou, brusem a rytinami, později také zatavenými pastami zdobenými předměty ve stylu biedermeieru. Skláři v Čechách patřili k nejlepším v Evropě a k technologickému vývoji skla přispěli několika vynálezy. V Novém Boru žil technolog-experimentátor Friedrich Egermann, vynálezce opakních barevných sklovin (žluté a červené lazury, opálu, lithyalinu). Na Šumavě vynalezl hrabě Buquoy černý a červený hyalit. Mezi rytci skla vynikal portrétista Dominik Bimann. Na Sázavě utavil František Kavalír ve třicátých letech 19. století první chemicky odolné sklo na světě. Sklo vyráběné ve druhé polovině 19. století bylo ve znamení historizujících slohů, především neorenesance. Až do sedmdesátých let se sklářské pece vytápěly dřevem. Potom začaly využívat generátorového plynu vyráběného spalováním dřeva nebo hnědého uhlí. Sklárny se tak stěhovaly z lesů do blízkosti hnědouhelných dolů nebo alespoň železničních stanic.

Začátkem 20. století ovládla evropský životní styl secese. Čeští skláři se jí brzy přizpůsobili. Roku 1900 byli početně zastoupeni na Světové výstavě v Paříži, kde sklárna z Klášterského Mlýna získala nejvyšší ocenění - Velkou cenu (Grand prix). Úctyhodnou úroveň měly také výrobky z Harrachovy sklárny v Novém Světě, Moserovy sklárny v Karlových Varech i odjinud. V Čechách byly nainstalovány první Owensovy automaty na výrobu lahví a vyřešit se podařilo také strojní výrobu plochého skla. Průmyslového využití se revoluční způsob strojní výroby plochého skla z hladiny sklářské vany, navržený Belgičanem Fourcaultem, nejdříve dočkal roku 1919 v Mühligově sklárně v Hostomicích.

Po vzniku Československé republiky se na Uměleckoprůmyslové škole v

http://geologie.vsb.cz/loziska/suroviny/sklo.html[20. 11. 2017 0:02:56]

sklo

Praze věnoval výchově prvních českých sklářských umělců sochař a glyptik prof. Josef Drahoňovský. K odborným sklářským školám v Kamenickém Šenově a Novém Boru, založeným v roce 1856, resp. 1870, přibyla v roce 1920 první česká sklářská škola v Železném Brodě. Ta se zasloužila o vznik dalšího významného střediska výtvarného vývoje a výroby dekorativního i užitkového skla v Čechách. Lustry z Kamenického Šenova ozářily ve dvacátých a třicátých letech interiéry operních budov v Římě, Miláně, Bruselu a luxusních století byla stavebního

hotelů ve Spojených státech aj. Dvacátá a třicátá léta 20. obdobím prvního rozkvětu výroby a praktického využití plochého skla a skleněných tvárnic, a to především v moderní

funkcionalistické architektuře. Vznikala také vynikající monumentální umělecká díla ze skla - vitráže a první mozaiky z české mozaikové skloviny do historické (katedrála svatého Víta na

i Pražském hradě) i současné

architektury. Nové české umělecké stavební sklo bylo úspěšné na mezinárodní výstavě dekorativních umění v Paříži (1925) i na světových výstavách v Bruselu (1935) a v Paříži (1937).

Od 2. světové války vychovává sklářské odborníky Vysoká škola uměleckoprůmyslová a Vysoká škola chemicko-technologická v Praze, střední průmyslové školy sklářské v Kamenickém Šenově, Novém Boru a Železném Brodě a odborná učiliště. Čeští sklářští výtvarníci byli úspěšní na světových výstavách v Bruselu, Montrealu, Ósace i jinde. Čeští sklářští výtvarníci věnovali také velkou pozornost výtvarné úrovni průmyslově vyráběného užitkového skla. V padesátých a šedesátých letech 20. století se rozvíjel sklářský vývoj a výzkum. Jeho výsledkem bylo například praktické využití nových technologií při výrobě taveného křemene a čediče, nekonečného skleněného vlákna, pěnového skla (použito bylo např. při stavbě československého pavilonu na Světové výstavě v Bruselu roku 1958), netradičních optických skel, chemicky i tepelně odolného skla SIMAX aj. V roce 1969 byla, podle anglické licence, zahájena výroba plaveného skla Float ve sklárně Sklo Unionu Teplice v Řetenicích (Vondruška 2002).

Suroviny používané pro výrobu skla

Základní surovinou pro výrobu skla jsou sklářské (tavné) písky. Jsou to zrnité, většinou světle zbarvené až bílé horniny (křemenné písky nebo málo zpevněné pískovce) s primárním obsahem SiO2 zpravidla v rozmezí 60 až 80

%. Sklářské písky obsahují, vedle naprosto dominantního křemene, také zrna (klasty) jiných minerálů – nejčastěji živců, slíd (biotitu, muskovitu) a tzv. těžkých minerálů (např. granátů, zirkonu, turmalínu, rutilu, ilmenitu, magnetitu). Jako pojivo se zpravidla uplatňují jílové minerály (např. kaolinit), karbonáty a oxihydroxidy železa.

http://geologie.vsb.cz/loziska/suroviny/sklo.html[20. 11. 2017 0:02:56]

sklo

Sklářské písky se těží povrchovým způsobem v lomech. Způsob rozpojování horniny závisí na stupni jejího zpevnění (diageneze), u silněji zpevněných písků a pískovců se pro rozpojování používají trhací práce.

Požadavky na kvalitu sklářských písků (zrnitostní, minerální a chemické složení) se mění podle druhu vyráběného skla. Písky v požadované kvalitě se většinou v přírodě nevyskytují, proto je nutno je upravovat drcením, praním (odstranění odplavitelných, jílovitých částic) a tříděním (docílení požadované zrnitosti). Při výrobě skla vyšších jakostí je navíc náročnějšími způsoby úpravy (elektromagnetická separace, flotace aj.) obsahy barvicích oxidů (Fe2O3, TiO2); požadován je také limitní

nutné snížit obsah

SiO2.

Požadavky na maximální obsahy Fe2O3 ve sklářském písku pro některé

základní typy skla uvádí tab. 1. V tab. 3 jsou pak uvedeny požadavky na obsahy základních oxidů u jednotlivých jakostních tříd sklářských písků.

Tab. 1 Hodnoty maximálního obsahu Fe2O3 ve sklářských píscích pro různé typy skel (Gregerová 1996).

Kromě obsahu barvících oxidů je dalším důležitým parametrem sklářských písků jejich granulometrie (zrnitostní skladba), kdy by se maximální zrn měl pohybovat v rozpětí 0,1 – 0,6 mm (viz tab. 2).

podíl

Tab. 2 Požadavky na zrnitost sklářských tavných písků (podle Gregerové 1996).

http://geologie.vsb.cz/loziska/suroviny/sklo.html[20. 11. 2017 0:02:56]

oxid TS 40 TS 25 TS 21 TS 20 TS 15

jakostní třída TS 40 TS 25 TS 21 TS 20 TS 15

frakce (mm) obsah frakce (%) pod 0,1 < 1,5 < 1,5 < 1

< 5 < 1

0,1 - 0,315 > 90

> 93

> 94

> 84 0,315 - 0,5

> 85

< 14 0,5 - 0,63 < 1 0,63 - 0,8

< 8 < 5 < 5 0

0,8 - 1,0 < 10 0 1,0 - 1,25 < 0,2 < 0,2 0 < 0,2 0

druh skla max. obsah Fe2O3 (%)

baktericidní a uviolová skla 0,001 optická skla 0,010 křišťálová skla - užitková skla 0,015 lisovaná skla - křišťál 0,021 obalová skla - konzervní 0,025 tabulová skla 0,040 opakní tavený křemen 0,020 lahvová skla zelená a hnědá 0,100

sklo

Tab. 3 Požadavky na chemické složení pro jednotlivé jakostní třídy sklářských písků (Gregerová 1996).

Největší a nejvýznamnější ložiska sklářských písků jsou v České republice soustředěna v české křídové pánvi, menší pak v pánvi chebské (obr. 4). Některé potenciálně ložiskově zajímavé oblasti české křídové pánve jsou však, především z důvodů ochrany přírody, neperspektivní Český ráj, Adršpašsko-teplické skály atd.).

(např. Lužické hory,

Obr. 4 Geografická pozice ložisek sklářských písků v ČR.

Nejvýznamnějším ložiskem v ČR je Střeleč (obr. 5) v jizerské faciální oblasti české křídové pánve. Těžená surovina je tvořena slabě zpevněnými křemennými pískovci coniackého stáří a její kvalita dosahuje světových parametrů (Konta 1982, Kužvart et al. 1983). V jeho jižním předpolí je vyhodnoceno rezervní ložisko Mladějov v Čechách.

Druhou nejvýznamnější oblastí je jižní okolí České Lípy v lužické faciální oblasti křídové pánve. Surovina je tvořena slabě zpevněnými křemennými pískovci středněturonského stáří. V současnosti využívaná ložiska Srní 2- Veselí a Provodín jsou dotěžována a v blízké budoucnosti budou nahrazena ložiskem Srní-Okřešice.

http://geologie.vsb.cz/loziska/suroviny/sklo.html[20. 11. 2017 0:02:56]

SiO2 (%) 98,5 99,0 99,0 99,2 99,3 Fe2O3 (%) 0,040 0,025 0,021 0,020 0,015 TiO2 (%) 0,15 0,15 0,10 0,05 0,01 Al2O3 (%) 0,4 0,3 0,2 0,2 0,2

sklo

Netradiční ložisko Velký Luh je tvořeno pliocénními štěrkopísky chebské pánve (přeplavený materiál z kaolinicky zvětralé smrčinské žuly). Surovina je využívána pro výrobu písků technických, keramických a vodárenských, většina nebilanční suroviny jako stavební písek. Výroba sklářských písků zde v současnosti není uskutečňována, protože by vyžadovala náročnou úpravu.

Současná výše těžby sklářských písků 900 kt za rok (Starý et al. 2006).

se v České republice pohybuje okolo

Obr. 5 Pohled na část Střelči, ložiska

povrchového lomu ve nejznámějšího českého sklářských písků. Foto M. Čáslavský, 2003.

Kromě oxidu křemičitého ve formě sklářského písku obsahují skla celou řadu dalších oxidů. Celkový přehled výrobě skla, uvádí tab. 4.

sklářských surovin, podle jejich funkce při

http://geologie.vsb.cz/loziska/suroviny/sklo.html[20. 11. 2017 0:02:56]

minerály, sloučeniny horniny

sklotvorné suroviny

SiO2 křemen, živce, nefelín sklářský (křemenný) písek

Al2O3 živce, nefelín, kryolit, hydroxid hlinitý kaolín, fonolit, pegmatity, aplity

B2O3 borax, sassolin, kyselina boritá

P2O5 fosfáty - apatit, kostní moučka

stabilizátory

CaO kalcit, dolomit, fluorit vápenec, dolomit MgO dolomit, magnezit dolomit, magnezit PbO oxidy Pb3O4 nebo PbO, cerusit

BaO uhličitan nebo dusičnan barnatý

ZnO zinková běloba

taviva

Na2O soda, síran a dusičnan sodný, borax, plagioklasy, nefelín, kryolit fonolit a další horniny

K2O potaš, ledek, draselné živce fonolit a další horniny Li2O sloučeniny Li

B2O3 borax, sassolin, kyselina boritá

barvící substance

sklo

Tab. 4 Přehled sklářských surovin podle jejich funkcí a chemického složení (Gregerová 1996).

Dalšími základními složkami běžných skel (tj. skel soustav SiO2 – CaO –

Na2O a SiO2 – CaO – K2O ) jsou CaO a alkálie (Na2O a K2O). CaO je do

surovinové směsi (tzv. sklářského kmene) přidáván nejčastěji ve formě jemně mletého vápence (CaCO3). Tavením kmene přechází uhličitan vápenatý

na oxid vápenatý, jehož obsah upravuje rozpustnost a chemickou odolnost skla. Oba alkalické oxidy se do kmene přidávají rovněž ve formě uhličitanů (sody – Na2CO3, resp. potaše – K2CO3). Obsah alkálií ve sklářském kmeni

ovlivňuje zejména teplotu tavení vsázky. Kromě uvedených hlavních (sklotvorných) surovin se při výrobě skla může

používat celá řada pomocných látek se specifickými účinky, např. fosforečnany a fluoridy pro dosažení zákalu, čeřící a barvící látky, oxidační a redukční činidla apod.

Čeřiva jsou látky, které se do sklářského kmene přidávají v malém množství, aby odstranily z roztavené skloviny bublinky a nečistoty a zároveň ji homogenizovaly. Často pomáhají také k urychlení tavících procesů a napomáhají k odbarvování skloviny. Jako čeřiva se používají sírany (sodný, vápenatý, barnatý) nebo dusičnany – ledky (draselný, vápenatý, barnatý).

Barviva jsou látky, které udělují sklu požadované zbarvení. Po chemické stránce se jedná nejčastěji o elementární kovy nebo oxidy a soli kovů. Mezi známá barviva skla patří např. mangan (dodává ametystové zbarvení), kobalt (modré zbarvení), měď (tyrkysové, ale i tmavě červené zbarvení), zlato (rubínově červená barva), stříbro (žlutá až oranžově červená barva).

Určitý podíl vsázky tvoří také drcené odpadní sklo (skleněné střepy). Použitím skleněných střepů dochází k materiálovému využití odpadů, úspoře primárních surovin a zároveň ke zrychlení tavícího procesu a zlepšení počáteční homogenity skloviny. Větší obsah střepů ve vsázce než 30 – 40 % by naopak způsoboval prodloužení doby čeření skloviny (Hlaváč 1988).

Složením sklářského kmene, tj. volbou jednotlivých složek a jejich poměrného zastoupení je možno ovlivňovat vlastnosti skla, a to v poměrně širokých mezích. Základní fyzikální a mechanické vlastnosti běžných typů skel uvádí tab. 5.

http://geologie.vsb.cz/loziska/suroviny/sklo.html[20. 11. 2017 0:02:56]

vlastnost jednotka rozpětí hodnot

hustota kg·m-3 2200 - 6000 pevnost v tlaku MPa 700 - 1200 pevnost v tahu MPa 30 - 90 pevnost v ohybu MPa 40 - 190 modul pružnosti GPa 50 - 90

-1 -6 -6

Fe2+, Fe3+, Cu, Co, Ni, Cr, Au atd.

sklo

Tab. 5 Fyzikální a mechanické vlastnosti skla (podle Hlaváče 1988 a Svobody et al. 2004). Pozn.: pevnost skel obecně vzrůstá s rostoucím obsahem SiO2 a klesajícím Na2O, výrazně závisí také na vlastnostech povrchu, rozměrech vzorku a vnitřních defektech.

Základní druhy skla

Sklo, resp. skelné materiály, je možno rozdělit podle celé řady hledisek, a to zejména podle původu, chemismu, způsobu výroby a použití.

Původ:

- skla přírodní – skla, která vznikla přírodními procesy, a to nejčastěji vulkanickou činností nebo v souvislosti s jiným tepelným procesem v přírodě. Typickými představiteli přírodních skel jsou horniny ze skupiny vulkanických skel (obsidián - obr. 6, pemza, perlit a smolek), které vznikají rychlým ochlazením kyselé lávy na zemském povrchu. V minulosti byl zejména obsidián využíván pro výrobu kamenné industrie, a to např. u středo- a jihoamerických indiánských kultur. Kromě vulkanických skel patří mezi k přírodním sklům také tzv. tektity. Tektity jsou skla, která vznikla v souvislosti s dopadem (impaktem) meteoritu na zemský povrch a roztavením původních sedimentárních hornin v místě dopadu. Podle místa geografického výskytu se tektity označují jako vltavíny, australity, indočínity (javanity, filipínity), irgizity aj. Mají tvar disků, kapek, tyčinek, knoflíků s vrásčitým povrchem (skulptací) a barvu od zelené přes hnědou po černou. Vltavíny (obr. 7) byly objeveny v r. 1787 jako první z tektitů a dostaly svůj název podle řeky Vltavy. Nacházejí se v České republice (jižní Čechy, jižní Morava, okolí Chebu), méně v Německu (okolí Drážďan) a Rakousku (okolí města Horn). Jejich vznik bývá vysvětlován jako důsledek dopadu meteoritu do oblasti dnešního Bavorska před asi 14,7 mil. let a s tím související vytvoření kráteru Ries. Používají se především jako šperkařská surovina (Bouška et al. 1987).

http://geologie.vsb.cz/loziska/suroviny/sklo.html[20. 11. 2017 0:02:56]

součinitel délkové teplotní roztažnosti K 6·10 - 9·10

součinitel tepelné vodivosti W·m-1·K-1 0,6 - 0,9

měrná tepelná kapacita J·kg-1·K-1 850 - 1000 Poissonův součinitel - 0,14 - 0,32 tvrdost podle Mohse - 6 - 7 index lomu - 1,5 - 2,25

sklo

Obr. 6 Obsidián - černé vulkanické sklo s typickým lasturnatým lomem. Island. Velikost vzorku 12,5×8,5 cm. Sbírky Geologického pavilonu VŠB-TU Ostrava. Foto J. Jirásek, 2008.

Obr. 7 Jihočeský vltavín s typicky skulptovaným povrchem. Chlum nad Malší, hmotnost 15,5 g. Sbírka a foto J. Jirásek, 2003.

- skla umělá – skla vznikající buď tavením sklářského kmene a přísad a následným řízeným ochlazením bez krystalizace (označovaná také jako průmyslová skla), nebo jako vedlejší produkt spalování uhlí (vysokoteplotní popílky, uhelné tavné strusky).

Chemismus průmyslových skel:

- SiO2 – křemenné sklo. Vzniká tavením čistého křišťálu nebo žilného

křemene ve vakuu při teplotě kolem 2000 oC (čistý SiO2 má teplotu tání 1727

oC – viz obr. 8). Křemenné sklo se nejčastěji používá pro výrobu osvětlovacích výbojek a různých aparatur.

- Na2O - SiO2 – tzv. rozpustné (vodní) sklo. Vodní sklo je obchodní název

tavenin alkalických křemičitanů. Vyrábí se tavením křemičitých písků se sodou

http://geologie.vsb.cz/loziska/suroviny/sklo.html[20. 11. 2017 0:02:56]

sklo

(sodná vodní skla) nebo potaší (draselná vodní skla), případně se síranem sodným a dřevěným uhlím. Prodává se nejčastěji ve formě vodných roztoků, vzniklých rozpouštěním skloviny vodou nebo vodní párou. Molární poměr SiO2

: Na2O se u komerčně prodávaných sodných skel pohybuje okolo hodnot 3,1 –

3,3, což odpovídá obsahu asi 76 hm. % SiO2. Vodní sklo se používalo nebo

používá k impregnaci papírových tkanin, ke konzervaci vajec, jako plnivo do mýdel, k ochraně a sanaci přírodního kamene, ale zejména jako pojivo kyselinovzdorných tmelů, žáruvzdorných materiálů (např. v kombinaci se šamotovou moučkou), nástřiků pro protipožární ochranu konstrukcí nebo geopolymerů.

- Na2O – CaO - SiO2 – křemičité sodnovápenaté sklo. Jedná se o

nejběžnější chemickou soustavu skla. Sklovina tohoto složení slouží pro výrobu plochého, obalového a užitkového skla. Fázový diagram soustavy Na2O – CaO - SiO2 je uveden na obr. 8. Pro průmyslová skla je v uvedeném ternárním diagramu nejdůležitější oblast primární krystalizace devitritu – Na2O . 3 CaO . 6 SiO2, wollastonitu – CaO . SiO2 a tridymitu – SiO2. Složení plochého a obalového skla se pohybuje nejčastěji v rozmezí (hm. %): 70 – 73,5 SiO2, 0,6 – 2,0 Al2O3, 6 – 11 CaO, 1,5 – 4,5 MgO a 13 – 15 Na2O.

Obdobná složení mají i barevná obalová skla, která se však liší vyšším obsahem barvících oxidů. Zelená skla mají obsah 1,5 – 2,0 Fe2O3 a 0,3 – 0,8

MnO, u hnědých skel dosahuje poměr Fe2O3 : MnO 1:2 – 1:3.

Obr. 8 Ternární diagram soustavy Na2O – CaO - SiO2 (Hlaváč 1988).

- K2O – CaO - SiO2 a K2O – PbO - SiO2 – křišťálová skla. Jako křišťálové

sklo se označuje velmi kvalitní druh čirého bezbarvého skla s vysokým leskem a vysokou světelnou propustností. Používá se pro výrobky umělecké,

http://geologie.vsb.cz/loziska/suroviny/sklo.html[20. 11. 2017 0:02:56]

sklo

dekorační, ale také užitkové (např. stolní sklo). Historickými reprezentanty této chemické soustavy byly tzv. český (draselnovápenatý) a anglický (draselnoolovnatý) křišťál. Podle současné mezinárodní konvence se pojmem křišťálové sklo omezuje pouze na olovnaté sklo s více než 24 % PbO a s indexem lomu vyšším než 1,545 (Hlaváč 1988). Kromě uvedených typů skel je PbO a K2O častou součástí skel optických nebo zátavových.

- Na2O – B2O3 - SiO2 – tepelně odolná skla. Jako tepelně odolná skla se

označují skla s lineárním koeficientem teplotní roztažnosti menším než 5.10-6

K-1. První tepelně odolné (laboratorní) sklo bylo u nás vyrobeno již v roce 1837 v Sázavě. Po roce 1945 byly představiteli této skupiny skel např. tzv. jenské sklo (75 % SiO2 a 8 % B2O3) nebo u nás sklo Simax (80 % SiO2 a

12,8 % B2O3). Z těchto typů skel se vyrábí laboratorní nádobí nebo varné

nádobí pro domácnosti. Vysoký obsah SiO2 vyžaduje tavící teploty okolo 1600

oC.

- CaO – MgO – Al2O3 - SiO2 – nízkoalkalická skla. Tyto skla obsahující

méně než 1 % K2O + Na2O mají využití v chemickém a farmaceutickém průmyslu, když je přítomnost alkálií nežádoucí.

Způsob průmyslové výroby a použití:

- ploché sklo Ploché sklo je hmoty. Používá

tažené, válcované nebo vyráběné tzv. float procesem. nejrozšířenějším typem výrobků z kompaktní skleněné se ve stavebnictví pro zasklívání oken, dveří, přepážek, stěn,

balkonů, výkladních skříní, případně i jako vnější fasádní obkladový materiál v kovových rámech. K taženým sklům patří např. skla matová a ledová, zrcadlové sklo, bezpečnostní sklo, determální skla, bezpečnostní a tvrzená skla. Příkladem válcovaných skel může být sklo s drátěnou vložkou. Float proces je zvláštní způsob tvarování skla, kdy proud skla vstupuje do komory s roztaveným cínem, na kterém se rovnoměrně roztéká a získává rovnoměrnou tloušťku a hladkou plochu. V současné době se plochá skla všech způsobů výroby používají také k výrobě izolačních skel, vytvořených ze dvou nebo více skel se vzduchovou dutinou nebo dutinou vyplněnou inertním plynem (tzv. izolační dvojskla nebo trojskla).

- tvarované sklo. Jako tvarované sklo se označují stavební prvky, vyráběné buď jako duté, plné nebo korýtkovité tvarovky, skleněné tašky a trouby. Používají se na sklobetonové konstrukce stěn, stropů nebo kleneb, kdy mohou staticky spolupůsobit spolu s betonovou výplní nebo tvořit pouze pouze

http://geologie.vsb.cz/loziska/suroviny/sklo.html[20. 11. 2017 0:02:56]

sklo

průsvitnou výplň. Příkladem dutých tvarovek jsou např. tzv. luxfery, používané pro nenosné konstrukce vnějších i vnitřních stěn a jako výplně otvorů. Skleněné tašky se používají do půdních prostorů namísto střešních okýnek a vyrábějí se ve velikostech a tvarech totožných s keramickými pálenými taškami (bobrovkami, drážkovými taškami).

- foukané sklo se tvaruje pomocí sklářské píšťaly. Tímto způsobem se vyrábí zejména umělecké a dekorativního skla, ale také skla technické a užitkové (stolní).

- pěnové sklo je anorganický pórovitý materiál s tepelněizolačními vlastnostmi, který má, na rozdíl od ostatních tepelněizolačních materiálů, vysokou pevnost v tlaku. Vyrábí se z nízkotavitelné skloviny, která se při

oC teplotě asi 1000 ve formách napěňuje vhodnými zpěňovaly (např. sazemi nebo uhlím, které v žáru hoří a napěňují sklovinu až na dvacetinásobek původního objemu). Výroba pěnového skla se datuje od 40. let 20. století, kdy se začalo používat jako náhrada korku při stavbě lodí. U nás se začalo pěnové sklo vyrábět v 50. letech minulého století pod názvem Spumavit. Bylo např. použito při výstavbě československého pavilonu na výstavě EXPO 1958 v Bruselu. V současné době se u nás nevyrábí. Vlastnosti pěnového skla uvádí tab. 6.

Tab. 6 Orientační rozsahy vybraných vlastností pěnového skla (Svoboda et al. 2004).

- skleněná vlákna jsou materiál, který má v současnosti velmi široké nebo uplatnění ve stavebnictví. Vyrábějí se taháním, odstřeďováním

rozfukováním roztavené skloviny. Používají se zejména jako tepelně a zvukově izolační materiál (např. výrobky Isover nebo Rotaflex). Skleněná vlákna mohou mít uplatnění také jako rozptýlená výztuž v betonech. Patent na rozptýlenou výztuž pochází již z roku 1874, k podstatnějšímu uplatnění skleněných vláken v betonech však dochází až od 90. let 20. století.

http://geologie.vsb.cz/loziska/suroviny/sklo.html[20. 11. 2017 0:02:56]

vlastnost jednotka rozpětí hodnot

objemová hmotnost kg·m-3 120 - 175 pevnost v tlaku MPa 0,7 - 1,6 pevnost v ohybu MPa 0,3 - 0,6 modul pružnosti MPa 800 - 1500 součinitel délkové teplotní roztažnosti K-1 8,3·10-6 - 9,0·10-6

měrná tepelná kapacita kJ·kg-1·K-1 0,84

měrná tepelná vodivost při 0 °C W·m-1·K-1 0,038 - 0,049

měrná tepelná vodivost při 10 °C W·m-1·K-1 0,040 - 0,050 faktor difuzního odporu - ∞ maximální teploty použití °C - 260 až + 430 hořlavost (podle ČN 73 0823) stupeň hořlavosti A

sklo

Vláknitá výztuž především omezuje vznik trhlin při smršťování betonu a zlepšuje pevnostní vlastnosti ztvrdlého betonu. Používá se jak v monolitickém, tak v prefabrikovaném betonu. Skleněná vlákna v betonech musejí především odolávat silně alkalickému prostředí cementového tmelu a kamene, čehož se dosahuje buď speciálním složením sklářského kmene (Na2O – SiO2 – ZrO2)

nebo povrchovou lubrikací.

Technologie výroby skla

Při výrobě skla se uplatňují čtyři dílčí technologické procesy:

- příprava vsázky (tj. sklářského vysušené v mísících

kmene a přísad) a její dávkování Upravené, pomleté a suroviny se mísí a homogenizují v požadovaném poměru zařízeních. Míšení je dnes prováděno nejčastěji strojně pomocí uzavřených mísidel tak, aby bylo zabráněno prášení surovin.

- tavení skla se provádí ve sklářských tavících pecích, nejčastěji pánvových nebo vanových. Tavící proces se rozděluje na tři hlavní fáze: vlastní tavení, čeření a homogenizace a chlazení (sejití skloviny) pro tvarování. Při tavicím

procesu se dosahuje nejčastěji teplot v rozmezí 1400 - 1600 oC. Palivem je nejčastěji generátorový nebo zemní plyn.

- tvarování skla. Při tvarování se využívá viskózní deformace a silné závislosti viskozity skloviny na teplotě. Během tvarování nesmí dojít ke krystalizaci skloviny. Tvarování se provádí od ručních až po plně automatizované procesy, a to foukáním, tažením, válcováním, litím nebo lisováním.

- chlazení skla se provádí ve speciálních chladících pecích, zpravidla

v teplotním intervalu 700 - 400 oC. Jedná se o řízené chlazení, kterým se z výrobku odstraní nebo se zabrání vzniku vnitřního pnutí. Chlazením se může i podstatně zvýšit pevnost skla. Po ochlazení se může sklo povrchově upravovat - brousit, leštit, pískovat, leptat.

Použitá a doporučená literatura

Bouška, V. et al.: Přírodní skla. Praha: Academia, 1987, 264 s.

Drahotová, O. et al.: Historie sklářské výroby v českých zemích. I. díl, Od

http://geologie.vsb.cz/loziska/suroviny/sklo.html[20. 11. 2017 0:02:56]

sklo

počátků do konce 19. století. Praha: Academia, 2005. 761 s.

Gregerová, M.: Petrografie technických hmot. Brno: skripta PřF Masarykovy univerzity v Brně, 1996. 139 s.

Hlaváč, J.: Základy technologie silikátů. Praha: SNTL/Alfa, 1988, 515 s.

Konta, J.: Keramické a sklářské suroviny. Praha: Univerzita Karlova, 1982, 364 s.

Kužvart, M. et al.: Ložiska nerudních surovin ČSR. Praha: Univerzita Karlova, 1983. 521 s.

Leontjevová, N.: Nálezy skleněných předmětů doby železné v Čechách. In Ars vitraria č. 3, 1971, s. 139 - 151.

Pytlík, P.: Technologie betonu. 2. vyd. Brno: VUTIUM, 2000. 390 s.

Starý, J. et al.: Surovinové zdroje České republiky. Nerostné suroviny 2005). Praha: Ministerstvo životního prostředí, 2006. 302 s.

(stav

Svoboda, L. et al.: Stavební hmoty. Bratislava: Jaga, 2004. 471 s.

Vondruška, V.: Sklářství. Praha: Grada Publishing, 2002. 273 s.

Vybrané internetové odkazy

těžaři sklářských písků LB MINERALS, a.s. Provodínské písky, a.s. Sklopísek Střeleč, a.s.

www.lb-minerals.cz www.pisky.cz www.sklopisek.cz

výrobní firmy - stavební, osvětlovací a technické sklo AGC Flat Glass Czech a.s. www.yourglass.cz

www.izolas.cz www.sklarny.cz www.saint-gobain-sklo.cz www.kavalier.cz www.veha.cz

Izolas, s.r.o. RapoSklo, s.r.o. Saint-Gobain SKLO ČR, s.r.o. Sklárny Kavalier, a.s. VEHA, s.r.o.

- ozdobné a umělecké sklo Crystalex, a.s. Moser, a.s. PRECIOSA, a.s.

www.crystalex.cz www.moser-glass.com/cz www.preciosa.com/preciosa/cz

http://geologie.vsb.cz/loziska/suroviny/sklo.html[20. 11. 2017 0:02:56]

sklo

RÜCKL CRYSTAL, a.s. Sklárny Bohemia, a.s. Železnobrodské sklo, a.s.

www.ruckl.cz www.sklarny-bohemia.cz www.zbs.cz

časopisy časopis Ceramics - Silikáty časopis Keramika a sklo

www.ceramics-silikaty.cz www.keramika-sklo.cz

střední školy Střední průmyslová škola keramická

a sklářská Karlovy Vary Střední uměleckoprůmyslová škola sklářská Kamenický Šenov

Střední uměleckoprůmyslová škola sklářská Železný Brod

Vyšší odborná škola sklářská a Střední

www.spskkv.cz

www.supss.clnet.cz

www.supss.cz

www.glassschool.cz škola Nový Bor

vysoké školy Vysoká škola chemicko-technologická v Praze, Fakulta chemické technologie, Ústav skla a keramiky

Vysoká škola uměleckoprůmyslová

www.vscht.cz/sil

www.vsup.cz v Praze

http://geologie.vsb.cz/loziska/suroviny/sklo.html[20. 11. 2017 0:02:56]