Danijela Kadijević
Stakla su anorganska, amorfna, uglavnom prozirna tvar koja se dobiva taljenjem sirovina i brzim hlađenjem taline do velike viskoznosti, tj. do očvršćivanja u uvjetima u kojima ne nastaje kristalizacija, nego se zadržava zatečena struktura tekućine.
Sastav:
Staklo je smjesa silikata te alkalijskih i zemnoalkalijskih oksida. Najčešće je građeno od tetraedara silicijeva dioksida kao nosnosvnih jedinica, u kojima se silicijev atom nalazi u središtu, a kisikovi atomi na uglovima. Tetraedri su međusobno povezani preko kisikovih mostova, pa tako čine trodimenzijsku mrežu. Raspored tetraedara nije simetričan, periodičan i pravilan kao u tvarima s kristalnom strukturom, nego je potpuno slučajan i nepravilan.
Vrste stakla:
Prema kemijskom sastavu razlikuje se više vrsta stakla. Natrijsko staklo približnoga je sastava Na2O ∙ CaO ∙ 6SiO2, ali obično sadrži i manje udjele drugih oksida, kao što su magnezijev i aluminijev. Od njega se proizvodi prozorsko staklo te boce za pakiranje vina, piva, mineralne vode, sokova itd. Olovno staklo sadrži okside kalija i olova(II) te SiO2 u različitim omjerima. Lako se tali i mekše je od natrijskoga stakla. Najvažnije mu je svojstvo velik indeks loma, pa se rabi kao optičko staklo za izradbu leća. Neke vrste olovnoga stakla jako rasipaju svjetlost i koriste se za izradbu kristalnoga stakla. Alumosilikatno staklo vrlo je tvrdo i teško se tali. Osim oksida natrija i kalcija te SiO2, sadrži i do 10% aluminijeva oksida, što mu daje veliku otpornost prema vodi i kiselinama. Borosilikatno staklo sadrži nekoliko postotaka borova oksida. Odlikuje se malim temperaturnim koeficijentom linearnoga rastezanja i vrlo je postojano prema naglim promjenama temperature, pa se rabi za proizvodnju laboratorijskoga posuđa. Kremeno staklo sastoji se samo od SiO2. Talište mu je izvanredno visoko (više od 1700 ºC), vrlo je otporno prema naglim promjenama temperature i prema kemikalijama, dobro propušta vidljivo i ultraljubičasto zračenje.
Svojstva stakla:
Glavna je odlika stakla njegova prozirnost za vidljivi dio spektra elektromagnetskoga zračenja, dok je za ostali dio spektra uglavnom nepropusno. Povećanjem debljine stakla smanjuje se udjel propuštene svjetlosti.
Većina mehaničkih svojstava u velikoj mjeri ovisi o režimu i uvjetima hlađenja staklene taline. Kako se tek oblikovani stakleni proizvod radi izbjegavanja kristalizacije treba brzo hladiti, njegovi površinski slojevi prvi očvrsnu. Daljnjim hlađenjem hladi se i unutrašnjost, uz tendenciju skupljanja, kojemu se protivi vanjski, očvrsnuli sloj. Zbog toga nastaju unutarnja naprezanja, pa staklo ima veliku čvrstoću i tvrdoću, ali je vrlo krto i podložno lomu. Naprezanja se izbjegavaju naknadnim sporim hlađenjem (kaljenjem) već oblikovanih proizvoda. Prema Mohsovoj skali, tvrdoća je stakla između 5 i 7. Staklo je loš vodič topline i električne struje.
Staklo pripada skupini kemijski vrlo postojanih i inertnih materijala. Otporno je na djelovanje vode, kiselina (izuzev fluorovodičnu), soli, alkohola i drugih organskih otapala. Posebno visokom postojanošću odlikuje se borosilikatno staklo. Ipak, vruće alkalne otopine polagano razaraju staklo.
Proizvodnja stakla:
Proizvodnja stakla sastoji se od pripreme sirovina, taljenja u staklarskoj peći, hlađenja taline do temperature i viskoznosti pogodnih za oblikovanje, oblikovanja proizvoda, hlađenja, obradbe površine i kontrole kvalitete. Sirovine se melju, miješaju i ulažu u staklarsku peć za taljenje. Obično su to peći s loncima i kadne peći, koje se lože plinom, a opskrbljene su toplinskim regeneratorima. Za taljenje tvrdoga stakla s visokim talištem primjenjuje se i električno zagrijavanje. Lonci su od vatrostalne gline, promjera 0,5 do 1,5 m, visine do 0,8 m i s kapacitetom od 400 do 800 kg taline. Za masovnu proizvodnju stakla upotrebljavaju se velike kadne peći, gdje je cijelo ognjište izrađeno kao kada, s mogućnošću taljenja i do 800 t dnevno i s kontinuiranim protokom taline kroz zonu taljenja, bistrenja i oblikovanja proizvoda. Taljenje počinje na temperaturi od 600 do 800 °C, kada se tale sve komponente osim SiO2. Povećanjem temperature na približno 1000 ºC odvija se reakcija između rastaljene mase i SiO2. Na temperaturi od 1300 do 1500 °C rastale se sve sirovine, kemijske se reakcije formiranja stakla završe i dobiva se žitka i viskozna masa. Tijekom taljenja i neposredno nakon taljenja staklena se talina boji (ili obezboji) i bistri. Raspadanjem sredstava za bistrenje oslobađaju se plinovi (SO2, CO2), koji na putu prema površini taline povlače sa sobom mjehure plinova zaostalih nakon taljenja, pa talina postaje homogena i bistra. Talina se hladi na 800 do 1000 °C, tj. do temperature na kojoj je viskoznost smjese prikladna za izradbu i oblikovanje proizvoda. Hlađenje treba provesti tako da ne nastupi kristalizacija stakla, ali i da se smanje i ravnomjerno rasporede unutarnja naprezanja. To se postiže tzv. popuštanjem, tj. hlađenjem uz kontroliranu brzinu (od približno 500 °C do sobne temperature).