BADANIE WYROBÓW SZKLANYCH ZIP (TiIPO)

Transkrypt

1 BADANIE WYROBÓW SZKLANYCH ZIP (TiIPO) Szkło jest ciałem bezpostaciowym, powstałym przez stopienie w piecu szklarskim (w temperaturze C) uprzednio wymieszanych surowców szkłotwórczych i dodatków w jednolitą masę, uformowanie, a następnie ochłodzenie. Surowce do produkcji wyrobów szklanych Podstawowymi surowcami do produkcji szkła są: piasek, soda (topniki) oraz wapien (stabilizator), środki klarujące, środki barwiące, surowce mącące szkło, surowce pozostałe (np. stłuczka szklana). Piasek Wydobywany jest głównie na Dolnym Śląsku, w rejonie Tomaszowa Mazowieckiego, Tarnobrzega i Białej Góry. Piasek składa się głównie z dwutlenku krzemu (SiO2), ale zawiera także zanieczyszczenia, jak tlenki żelaza (III), glinu i tytanu. Piasek szklarski stanowi około 75% składu szkła, wiec od jego właściwości fizyko-chemicznych (uziarnienia i zawartości zanieczyszczeń) zależą właściwości szkła. Ma to szczególne znaczenie przy produkcji np. szkła laboratoryjnego. Im więcej dwutlenku krzemu w masie szklanej tym odporność chemiczna szkła jest większa. Oprócz krzemionki do wyrobu szkła stosowane są również inne tlenki szkłotwórcze np. boru, fosforu, germanu jednak nie mają one tak szerokiego zastosowania. Soda Sodę używa się jako topnika w postaci dwóch podstawowych surowców węglanu sodu lub potasu: Węglan sodu (Na 2 CO 3 ) ma wpływ na temperaturę topnienia krzemionki i dzięki temu ma wpływ na właściwości szkła. Węglan sodu powstaje z soli kamiennej (NaCl) w obecności amoniaku (NH 3 ). Podczas reakcji węglan sodu rozkłada się na ditlenek węgla (CO 2 ) i tlenek sodu (Na 2 O), który to bezpośrednio jest odpowiedzialny za obniżenie temperatury topnienia krzemionki. Węglan potasu (K 2 CO 3 ), który podobnie jak węglan sodu ulega rozkładowi Podczas reakcji tworzy ditlenek węgla (CO 2 ) i tlenek potasu (K 2 O) i podobnie jak tlenek sodu bezpośrednio wpływa na obniżenie temperatury topnienia krzemionki. Wapien Pełni rolę stabilizatora. Wapien czyli węglan wapnia (CaCO 3 ) zapobiega rozpuszczaniu szkła w wodzie. Jest za to właściwie odpowiedzialny tlenek wapnia (CaO), który wraz z ditlenkiem węgla (CO2) jest produktem rozkładu węglanu wapnia w odpowiedniej temperaturze. Przez zapobieganie rozpuszczaniu się szkła w wodzie rozumie się zwiększenie połysku i wytrzymałości oraz uodpornienie szkła na działanie czynników atmosferycznych. Często zamiennikiem węglanu wapnia, jako stabilizatora podczas procesu produkcji, jest minia ołowiana czyli inaczej podwójny tlenek ołowiu (2 PbO PbO2). Minia ołowiana ma te zaletę, że powoduje zwiększenie współczynnika załamania światła co wykorzystywane jest w produkcji kryształów. W procesie produkcji szkła stosuje się również inne surowce niż wyżej wymienione. Są one używane przy produkcji różnych odmian szkła. Maja wpływ na jego właściwości. Stosuje się: - tlenek boru (B2O3); do produkcji szkieł technicznych, ponieważ obniża temperaturę wytopu. 1

2 - ditlenek cyrkonu (ZrO2) dodawany w procesie produkcji szkieł technicznych i optycznych, ponieważ zwiększa odporność chemiczna oraz współczynnik załamania światła. - tlenek litu (Li2O); przy produkcji szkła technicznego. Jego obecność wpływa na obniżenie temperatury topnienia zestawu szklarskiego oraz zwiększa odporność szkła na zmiany temperatury. Środki klarujące Środki klarujące są stosowane podczas produkcji szkła z kilku powodów. Przede wszystkim powodują usunięcie pęcherzyków gazów nagromadzonych podczas produkcji. Pęcherzyki gazów to produkty przemian chemicznych zachodzących podczas procesu technologicznego. Do środków klarujących zalicza się m.in. saletrę (azotan sodu(v) lub potasu), arszenik, siarczan sodu (VI), związki chloru i fluoru. Środki używane do barwienia szkła Po dodaniu do masy szklanej odpowiednich tlenków metali można otrzymać szkło barwne. Przykłady: szkło zielone zawiera związki żelaza(iii) i chromu(iii), szkło niebieskie zawiera związki kobaltu(ii) i miedzi(ii), szkło fioletowe zawiera związki manganu(vii), niklu szkło żółte zawiera związki kadmu i siarki, srebra szkło czerwone zawiera koloidalne cząsteczki złota. W celu uzyskania szkła nieprzezroczystego (mlecznego) podczas produkcji dodaje się surowce mącące szkło, którymi są związki fluoru. Surowce pozostałe Do surowców pozostałych należy zaliczyć stłuczkę szklana, która jest pozyskiwana podczas procesu produkcji jako materiał odpadowy oraz w wyniku recyklingu opakowań szklanych. Pozwala to na znaczne ograniczenie kosztów produkcji. Stłuczka dodana do zestawu szklarskiego przyspiesza proces topnienia surowców, a przez to znacznie zmniejsza się zużycie wody i energii. Szkło mięknie pod wpływem wysokiej temperatury dzięki czemu możliwe jest jego formowanie różnymi technikami. (dmuchanie, prasowanie, ciągnięcie, walcowanie). Cechą charakterystyczną szkła jest jego przezroczystość (zaleta) i kruchość (wada) i stosunkowo duża masa. Szkło jest nieodporne na uderzenia i nagłe zmiany temperatury i w związku z tym bardzo łatwo pęka. Szkło jest odporne na działanie kwasów (z wyjątkiem HF), pod wpływem długotrwałego działania ługów i wody mętnieje na powierzchni. Szkło materiałem obojętnym chemicznie i dlatego stanowi doskonały materiał na opakowania żywności. 2

3 1. Ocena zewnętrzna. W przypadku wyrobów ze szkła bezbarwnego dopuszczalny jest słaby odcień zielonkawy lub niebieskawy. Powierzchnia wyrobów szklanych powinna być gładka i błyszcząca, na zewnątrz może być zdobiona. Obrzeża muszą być zatopione, bez zgrubień, nierówności, ostrych krawędzi i szwów. W przypadku naczyń cienkościennych dopuszczalne są równomierne zgrubienia, nie większe niż półtorakrotna grubość ścianki. Dna lub nóżki muszą gwarantować stabilność naczyń na płaskiej powierzchni (stół, szafka, taca), ich krawędzie nie mogą by ostre. Oprócz tego należy sprawdzić czy sama masa szklana nie wykazuje wad tj. obecności np. nici, smug, pęcherzy, rys, mikrospękań, plam, falistości, wtrąceń, zmatowień itp. Szczegółowy opis wad i podział na gatunki szkła stołowego produkowanego mechanicznie zawarty jest w normie PN-91/A Sprawdzenie wymiarów. Zasada metody. Sprawdzenie wymiarów polega na zmierzeniu wymiarów wyrobu szklanego w określonych miejscach za pomocą suwmiarki a następnie porównanie ich ze specyfikacją producenta. Sprzęt. Suwmiarka. Zasad metody. Badane naczynie należy zmierzyć w miejscach charakterystycznych określonych w specyfikacji za pomocą suwmiarki noniuszowej. W przypadku określania średnic należy dokonać co najmniej 2 pomiarów w dwóch prostopadłych kierunkach. Uzyskane wymiary należy porównać ze specyfikacją badanego produktu i określić ewentualne odchyłki od normy. 3

4 3. Określenie pojemności naczynia szklanego. Zasada metody. Oznaczenie pojemności polega na wypełnieniu badanego naczynia wodą a następnie określenie objętości wody w naczyniu za pomocą cylindra miarowego. Sprzęt i odczynniki: Woda, cylinder miarowy. Wykonanie oznaczenia. Badane naczynie wypełnić wodą do pełna. Następnie ostrożnie przelać wodę do cylindra miarowego i odczytać objętość wody, a tym samym pojemność badanego naczynia. Wykonać 3 pomiary dla każdego rodzaju naczynia. 4. Oznaczenie gęstości. Zasada metody. Polega na określeniu gęstości kawałka szkła za pomocą wagi hydrostatycznej wyznaczającej gęstość szkła na podstawie porównania względnej masy szkła na powietrzu i wodzie. Odczynniki, sprzęt Woda destylowana, waga hydrostatyczna 4

5 Wykonanie oznaczenia Próbkę szkła (kawałek) należy umieścić na górnej szalce wagi hydrostatycznej i zatwierdzić uzyskaną masę zgodnie z instrukcją wagi. Następnie należy przełożyć kawałek szkła zważony w powietrzu na szalkę do pomiaru masy w cieczy i ponownie zatwierdzić uzyskany wynik. Waga automatycznie wyliczy gęstość badanego szkła. Dla każdego rodzaju szkła pomiar powtórzyć co najmniej 3 krotnie i wyliczyć średnią gęstość. 5. Sprawdzenie równomierności rozłożenia szkła w ściankach naczynia szklanego Zasada metody Polega na pomiarze grubości szkła za pomocą śruby mikrometrycznej Sprzęt Śruba mikrometryczna 5

6 Wykonanie oznaczenia Badane naczynie należy delikatnie stłuc poprzez uderzenie metalowym narzędziem np. młotkiem, pamiętając o uprzednim założeniu okularów ochronnych. Następnie pęknięte naczynie rozłożyć na kawałki, po czym zmierzyć grubość szkła przynajmniej w 30 punktach. Określić rozrzut grubości szkła a następnie otrzymane wyniki porównać z odpowiednią normą przedmiotową i na tej podstawie zakwalifikować wyrób jako spełniający lub nie spełniający wymaganie. 6. Oznaczanie odporności hydrolitycznej powierzchni wewnętrznej pojemników szklanych. Zasada metody polega na ekstrakcji ewentualnych substancji z powierzchni wewnętrznej pojemnika szklanego a następnie oznaczenia ich ilości za pomocą miareczkowania zgodnie z normą PN-ISO :1994. Odczynniki i sprzęt. Woda destylowana., kwas solny 0,01mol/l, roztwór czerwieni metylowej (25mg/100ml), łaźnia wodna, kolby stożkowe, biurety, pipety Wykonanie oznaczenia Badane naczynie należy wypełnić wodą destylowaną do objętości napełnienia deklarowanej przez producenta, po czym naczynie wstawić do łaźni wodnej o temperaturze 100ºC i ogrzewać przez okres 60 minut. Po upływie wspomnianego czasu naczynie wraz z jego zawartością wyciągnąć z łaźni wodnej i ostrożnie, stopniowo ochładzać pod strumieniem wody do uzyskania temperatury otoczenia. Następnie pobrać z naczynia 100 cm 3 roztworu, przenieść do kolby stożkowej i dodać 8 kropli roztworu czerwienie metylowej. W przypadku pojemników o objętości napełnienia mniejszej od 100cm 3 ekstrakcję należy prowadzić równolegle z kilku pojemników tak by było możliwe pobranie co najmniej 100cm 3 roztworu do miareczkowania. Analogicznie przygotować próbę odniesienia z wykorzystaniem wody destylowanej. Próbkę badaną miareczkować roztworem kwasu solnego aż do osiągnięcia koloru roztworu odniesienia. Określić odporność hydrolityczną na podstawie poniższej tabeli. Tabela 1. Maksymalne wartości odporności hydrolitycznej powierzchni pojemników (metoda miareczkowa) Pojemność pojemnika (objętość odpowiadająca Maksymalne wartości kwasu solnego zużytego do miareczkowania na 100ml roztworu ekstrakcyjnego, [ml/100ml] objętości napełnienia) Klasy Klasa H3 Klasa HC B Klasa HC D [ml] HC i HC2 Do 1 włącznie Od 1 do 2 włącznie Od 2 do 5 włącznie Od 5 do 10 włącznie Od 10 do 20 włącznie Od 20 do 50 włącznie Od 50 do 100 włącznie Od 100 do 200 włącznie Od 200 do 500 włącznie Powyżej 500 2,0 1,8 1,3 1,0 0,8 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 20,0 17,6 13,2 10,2 8,1 6,1 4,8 3,8 2,9 2,2 4,0 3,6 2,6 2,0 1,6 1,2 1,0 0,80 0,60 0,40 32,0 28,0 21,0 17,0 13,5 9,8 7,8 6,2 4,6 3,6 6

7 7. Oznaczanie odporności wyrobów szklanych na nagłe zmiany temperatury. Zasada pomiaru Oznaczenie polega na ogrzaniu naczynia wypełnionego wodą do określonej temperatury, a następnie gwałtownym ochłodzeniu poprzez zanurzenie w wodzie o temperaturze pokojowej. Sprzęt i odczynniki Woda, łaźnia wodna. Wykonanie oznaczenia Badanie naczynie należy zanurzyć w łaźni wodnej o temperaturze około 100ºC tak, by jego krawędzie znajdowały się co najmniej 5 cm poniżej poziomu wody. Czas zanurzenia nie może być krótszy niż 10 minut. Następnie wyrób należy przenieść z łaźni wodnej do zbiornika z zimną wodą. Po około 40 sekundach badane naczynie należy ostrożnie wyjąć z kąpieli chłodzącej i ocenić wizualnie czy powstały jakieś uszkodzenia (pęknięcia, odpryski itp.). Do wyrobów uszkodzonych zalicza się również te, które uległy pęknięciu podczas ogrzewania. 7