IL VETRO

vaso egizio in pasta di vetro (XVIII dinastia)

OBIETTIVI DI QUESTA LEZIONE

Conoscere il vetro
Conoscere il ciclo di produzione del vetro e le sue diverse lavorazioni
Imparare nuove parole e nuovi termini specifici


COSA DEVI RICORDARE?

La differenza tra risorsa, materia prima e materiale

La differenza tra materiali naturali e materiali artificiali
Cosa è il ciclo produttivo
La differenza tra prodotto e semilavorato

INDICE
1.COSA E' IL VETRO
2.LE MATERIE PRIME
3.LE PROPRIETA' DEL VETRO
4.LA PRODUZIONE DEL VETRO
5.RICICLARE IL VETRO


Probabilmente il vetro è noto all'uomo sin dalla preistoria, ma è solo intorno al 4.000 a.c. che i Fenici fanno diventare la fabbricazione del vetro una vera e propria tecnica aggiungendo alla sabbia silicea altre sostanze per facilitare la fusione e migliorare la resistenza del vetro. 
Il vetro venne commerciato dai Fenici in tutto il Mediterraneo e uno dei primi popoli che riuscirono a produrlo furono gli Antichi Egizi nel 1500 a.C.
In seguito, la tecnica della soffiatura in età augustea, rivoluzionò profondamente la produzione del vetro, permettendo di ottenere forme per soffiatura libera o in stampi che riproducevano la forma da modellare. Questa nuova tecnologia, ancora oggi utilizzata, e l’evoluzione degli stampi, perfezionano l’arte vetraria l’evoluzione degli stampi, consentendo la produzione di oggetti rivolti ad una fascia sociale più ampia. 

1.COSA E' IL VETRO?

Il vetro
Il vetro è un materiale artificiale solido, amorfo, rigido e trasparente che si ottiene dal lento raffreddamento di un liquido viscoso ottenuto, a sua volta, dalla fusione di sabbia silicea e altri componenti.
Andiamo ora a capire cosa significano queste parole strane.:
La sabbia silicea è una sabbia che contiene al suo interno dei finissimi cristalli di quarzo (un minerale della silice). Quando questa sabbia viene riscaldata ad altre temperature essa non passa allo stato liquido ma assume la consistenza tipica del miele caldo; tale stato si definisce viscoso perché è caratterizzato dalla viscosità cioè dalla difficoltà delle particelle che formano il materiale di scorrere le une rispetto alle altre come invece accade nei liquidi.
Quando questo liquido viscoso si raffredda e passa allo stato solido le particelle che lo formano non hanno il tempo di disporsi in maniera ordinata (cioè di cristallizzare) e la sua struttura interna resta quindi disordinata. Per questa ragione Il solido ottenuto si definisce amorfo che vuol dire proprio “senza una forma” e questa condizione definisce, come vedremo, molte delle sue proprietà.
In chimica il vetro è definito come un liquido ad alta viscosità, cioè un liquido che non è completamente cristallizzato, ma la cui viscosità è così alta da farlo apparire solido.

L’unico vetro di origine naturale è l’ossidiana, una roccia che si ottiene per vetrificazione del magma (formato di silicati, cioè di minerali contenenti silice) il quale, fuoriuscendo dal vulcano, si raffredda rapidamente al contatto con l’aria esterna e non ha il tempo sufficiente per creare delle strutture cristalline.
Affioramento di ossidiana nell'isola di Lipari. E' possibile notare l'andamento fluido delle rocce solidificate
L'ossidiana era molto ricercata nell'antichità per realizzare oggetti taglienti (come coltelli o punte di freccia) attraverso la scheggiatura.
roccia di ossidiana

punta di freccia in ossidiana,ottenuta per scheggiatura


2.LE MATERIE PRIME



Le materie prime, usate nella fabbricazione del vetro, si dividono in quattro gruppi: vetrificanti, fondenti, stabilizzanti e affinanti.
1. Vetrificanti: sono gli elementi base, le sostanze che si trasformano, per semplice azione del calore, dalla forma cristallina alla forma vetrosa amorfa. Sono rappresentati dalla sabbia silicea e dai rottami di vetro
2.Fondenti: per poter fondere la silice ci vuole una temperatura che si aggira attorno ai 1700 °C, un valore estremamente, quindi per poter produrre si utilizzano sostanze che abbassano il punto di fusione da 1700 C° a 1550 C° circa. Il fondente tipico è la soda (carbonato id sodio); 
3.Stabilizzanti: sono le sostanze che impediscono la cristallizzazione del vetro (mantenendolo trasparente) e lo rendono inalterabile e resistente agli agenti atmosferici e chimici. Lo stabilizzante tipico è la calce. 
4.Affinanti: facilitano l’affinaggio del vetro, aiutano cioè a eliminare le bolle d’aria che si sono formate durante la fusione rendendo la massa di vetro fuso trasparente e omogenea. Un tipico affinante è l'arsenico.

Per produrre vetri particolari vengono aggiunti, caso per caso, altri materiali nell'impasto: ad esempio, per ottenere i vetri colorati si usano sostanze coloranti:il ferro per ottenere il colore verde o il rame per ottenere il colore rosso

Esistono migliaia di composizioni diverse di vetro, ma è comunque possibile classificare i tipi di vetro in relazione all’uso:
a. Vetro cavo: bottiglie, bicchieri, flaconi
b. Vetri piani: sono largamente diffusi in edilizia, ad esempio come lastre per finestre.
c. Vetri artistici: le grandi e multicolori vetrate gotiche, ma anche i mosaici bizantini sono di vetro.
d. Vetro per ottica: destinato alle lenti di occhiali, microscopi e cannocchiali, agli obiettivi delle macchine fotografiche e delle telecamere: deve essere particolarmente raffinato.
e. Vetro per fibre: le fibre di vetro (fiberglass, in inglese) sono usate, per la loro leggerezza e resistenza, in pannelli di rivestimento, carrozzerie, tessuti speciali. Un tipo particolare di fibre di vetro è rappresentato dalle fibre ottiche, usate nelle telecomunicazioni e nell’illuminotecnica. Queste sono costituite da un gran numero di fibre molto sottili (il diametro è di circa 0,13 mm) che formano un cavo che conduce la luce.
f. Vetro di quarzo: è costituito da pura silice, per cui possiede importanti caratteristiche chimico-fisiche, ma necessita di elevata temperatura di fusione e la sua lavorazione è molto costosa.
g. Vetri di sicurezza e per l’edilizia
  Vetro temprato, sottoposto a tempra, è più resistente e si frantuma in piccolissimi frammenti poco taglienti;
  Vetro stratificato è ottenuto accoppiando due lastre con interposizione di un foglio di materiale termoplastico, cui aderiscono i frammenti in caso di rottura (ad esempio nel parabrezza dell’auto);
   Vetro retinato ha una rete metallica all’interno della lastra, inserita al momento dell’uscita dal forno di fusione: è molto utile come tagliafuoco negli incendi.


classificazione dei diversi tipi di vetro

3.LE PROPRIETA' DEL VETRO

Il vetro possiede particolari qualità ottiche, la più evidente delle quali è certo la trasparenza, ma è anche leggero, impermeabile, resistente e fragile allo stesso tempo, facile da colorare e decorare. La sua struttura gli consente di assumere una grande varietà di forme, come oggetto d’uso, contenitore, elemento architettonico.
Vediamo, quindi, quali sono le sue principali caratteristiche e proprietà.

PROPRIETA' FISICHE
Trasparenza: la trasparenza, cioè la capacità di lasciarsi attraversare dalla luce è una delle proprietà caratterizzanti del vetro e tra quelle che lo hanno reso un materiale insostituibile nell’industria e nell’edilizia.
Bassa conduttività termica ed elettrica: il vetro è un ottimo isolante e questa sua proprietà viene utilizzata in molti campi
Impermeabile: il vetro non assorbe acqua o altri liquidi, quindi è un materiale che può essere pulito moto facilmente e, altrettanto facilmente, sterilizzato il che ne spiega l’uso come contenitore per alimenti o in campo sanitario
Inalterabile: il vetro è resistente all’azione degli acidi e degli agenti chimici (inerzia chimica)il che ne spiega l’uso in campo scientifico come contenitore

PROPRIETA’ MECCANICHE
Ottima resistenza a compressione
Buona resistenza a trazione: soprattutto quando il vetro è lavorato in fibre
Buona resistenza all’usura e all’abrasione
Fragilità: il vetro non resiste agli urti improvvisi e tende a rompersi in frammenti taglienti
Scarsa elasticità: in conseguenza della sua fragilità il vetro non è ne elastico ne deformabile

PROPRIETA’ TECNOLOGICHE
Tutte le lavorazioni avvengono a caldo cioè quando il vetro, per effetto del riscaldamento, assume un comportamento plastico
Fusibilità: il vetro fonde a circa 1500°C e può essere fuso infinite volte
Malleabilità: il vetro può essere lavorato in lastre
Duttilità: il vetro può essere lavorato sino a ridurlo in fili sottili
Temprabilità

LE LAVORAZIONI DEL VETRO
Le lavorazioni più comuni cui può essere sottoposto il vetro sono:

Foratura
Il vetro può essere forato al trapano con apposite punte diamantate che, durante l’uso, sono raffreddate con un getto continuo d’acqua. Nuovi macchinari permettono di forare sostituendo le punte con un particolare tipo di sabbia miscelata ad acqua. I fori non devono essere troppo vicini al bordo  per evitare rotture dovute alle tensioni interne del pezzo.
Taglio
Il taglio di piccoli pezzi può essere eseguito a mano con strumenti appositi, ma in generale viene eseguito da un banco di taglio. Il banco di taglio è un macchinario controllo da un computer che presenta un piano fisso, che viene chiamato anche pantografo, sul quale vi è un ponte mobile che tramite un tagliavetro pratica incisioni sul vetro a seconda della programmazione eseguita. I programmi utilizzati per programmare il taglio del vetro sono detti ottimizzatori in quanto sono impostati per ridurre al minimo lo spreco di materiale.
Osserva in questo VIDEO come lavora un banco da taglio


Curvatura
Il vetro curvo è un vetro che viene riscaldato lentamente fino ad una temperatura tra i 500 e i 750 °C circa, diventando abbastanza plastico da aderire ad uno stampo concavo o convesso, disposto all’interno del forno di curvatura. Non è possibile ottenere un vetro curvo che si adagi sullo stampo esclusivamente sotto l’azione della sua forza peso senza che il vetro stesso non venga segnato dalla tesatura dello stampo, compromettendone la trasparenza e l’uniformità di spessore della lastra. In genere, per evitare che il vetro possa segnarsi a causa della deformazione, l’azione di curvatura della lastra viene facilitata da dispositivi meccanici o pneumatici, che aiutano il processo “spingendo la lastra”. Il vetro viene poi raffreddato molto lentamente (“ricottura” del vetro), per evitare eventuali rotture spontanee.
Osserva in questo VIDEO come si curva una lastra di vetro.



Per il vetro impiegato nell’arredamento si utilizza un raffreddamento istantaneo, in modo da ottenere un vetro curvo temprato.

poltrona in vetro curvato
Smerigliatura
La smerigliatura è un’operazione di finitura della superficie del vetro che serve a renderla levigata e traslucida.
Esistono tre modi per smerigliare il vetro:
sabbiatura: è un processo meccanico che viene eseguita con uno strumento molto particolare che “spara” la sabbia ad alta velocità, scalfendo il vetro. È un lavoro che richiede tecnici esperti e, per questo, ha un costo piuttosto alto;
acidatura: è un processo chimico che viene realizzato spennellando una pasta molto acida sulla superficie del vetro e lasciandola agire per almeno 24 ore. Dopo il periodo di asciugatura, la pasta ha attaccato la superficie del vetro, rendendolo vellutato e morbido al tatto, e viene eliminata con una lama.
smerigliatura, è un processo meccanico nel quale si adopera un piccolo smerigliatore per unghie usandolo come una penna per eseguire un disegno.

parete di una sala riunioni in vetro smerigliato
Molatura
Il vetro viene sottoposto a una operazione di molatura quando si smussa il bordo di una lastra, cioè quando si rende uniforme il bordo eliminando le irregolarità e ogni spigolo vivo che potrebbe rendere il bordo tagliente. La molatura può avvenire in diversi modi: a filo lucido e tondo, dove il bordo viene lucidato con cura e arrotondato con alto grado di lavorazione, a filo lucido e piatto, dove il bordo viene lucidato e risulta perpendicolare alla superficie, a filo grezzo, dove si ottiene una rugosità maggiore della superficie.

esempi di molatura di una lastra di vetro
Tempra
La tempra è il raffreddamento termico che avviene per aumentare la durezza del vetro. Il vetro, tagliato in modo adeguato, viene riscaldato su un tavolo a rulli a 640° e subito dopo viene raffreddato da un getto d’aria fredda in modo da raffreddarne solo l’esterno e lasciare l’interno caldo e malleabile.


4.LA PRODUZIONE DEL VETRO

4.1.LA PRODUZIONE ARTIGIANALE DEL VETRO

Uno dei centri più importanti al mondo per la produzione artigianale del vetro è l’isola di Murano, vicino Venezia, dove i mastri vetrai utilizzano tecniche antiche di secoli. La scelta di questa isola, nel 1291, per realizzare i vetri non fu affatto casuale: innanzitutto Murano era fuori dal centro cittadino, quindi eventuali incendi non avrebbero arrecato grandi danni (i forni all’epoca erano realizzati in legno), inoltre, trovandosi di tramontana rispetto a Venezia, i fumi della produzione non avrebbero raggiunto la città.
Esistono diverse tecniche con le quali i mastri vetrai, ancora oggi, producono i loro preziosissimi oggetti: vetro di Murrina, vetro in piastra, vetro a lume, vetro soffiato.

Tra tutte le tecniche, la più lunga e complessa è senza dubbio quella del vetro di Murrina. Si inizia con il tagliare in tanti piccoli delle canne di vetro colorato (le murrine). Quindi, questi piccoli pezzi sono adagiati all’interno di formine di rame per creare dei disegni sempre diversi. Durante la notte, questo “puzzle” viene tenuto in forno, in maniera che il vetro si solidifichi in un pezzo unico che potrà essere lavorato e levigato per adattarlo a orologi, tappi, cornici, lampade, lampadari e quant’altro.

canne in vetro di Murrina
lavorazione di una Murrina
La lavorazione del vetro in piastra è la tecnica più recente. Su una lastra di vetro vengono sparsi diversi oggetti, come foglie di oro e argento e pezzi di Murrina a formare un grande disegno sul quale viene posta un’altra lastra di vetro. L’oggetto viene quindi tenuto in forno per una notte, in maniera da divenire un pezzo unico e venire successivamente tagliato.

piatto decorativo ottenuto con la tecnica del vetro in piastra
La lavorazione del vetro a lume è la più antica fra tutte. Il mastro vetraio, con una fiamma a gas che raggiunge temperature molto alte, fonde e mescola insieme diversi tipi di vetro e foglie di oro e argento, per creare delle forme e dei colori sempre differenti. I vetri ottenuti da questa tecnica vengono usati per abbellire lampade, lampadari, collane, pendenti e bijoux.

lavorazione con la tecnica del vetro a lume
La lavorazione del vetro soffiato è una tecnica di alto livello, con la quale il vetro viene modellato a caldo e, tramite delle filigrane, creano il famoso e tanto apprezzato effetto merletto all’interno del vetro stesso.

soffiatura del vetro

4.2.LA PRODUZIONE INDUSTRIALE DEL VETRO

La fabbricazione e la lavorazione industriale del vetro si articolano in tre fasi:

Fusione: è la fase iniziale, durante la quale le materie prime vengono macinate, miscelate e portate a fusione in particolari forni. Per la sua particolare struttura il vetro non passa direttamente dallo stato solido allo stato liquido, ma con il calore diventa viscoso cioè pastoso e appiccicoso e della consistenza del miele, al punto da conservare la forma che gli viene data. La fusione si conclude con la fase di riposo o di condizionamento, durante la quale la massa fusa viene raffreddata gradualmente fino alla temperatura di formatura.

Formatura: la formatura dipende dai prodotti che si vogliono ottenere e viene eseguita in diverse modalità quando il vetro è ancora viscoso.

Ricottura: consiste in un nuovo riscaldamento del vetro fino alla temperatura di ricottura e serve a ridurre le possibilità che il prodotto finale si rompa a causa di irregolarità nelle fasi di riscaldamento o raffreddamento.


4.3.LA PRODUZIONE INDUSTRIALE DI LASTRE DI VETRO PIANO 

Il metodo attualmente più usato per ottenere il vetro piano è quello ideato negli anni Cinquanta e noto come processo Pilkington; Il prodotto che si ottiene (detto float glass) ha sostituito le lastre ottenute per tiratura del vetro fuso.
Nel processo Pilkington, la pasta vitrea, dopo esse stata fusa in un crogiolo alla temperatura di 1100 °C, viene versato in una vasca piena di stagno fuso; il vetro si allarga e galleggia sulla superficie del metallo, per questo si parla di float glass (in inglese to float vuol dire galleggiare) andando a formare una lastra perfettamente piana e uniforme.

Osserva questo VIDEO che illustra la produzione del float glass (il video ha le didascalie in inglese, ma lo potrete seguire senza troppo sforzo)


Così realizzato, il vetro non ha più bisogno essere levigato o di una ulteriore ricottura, come accadeva nella tiratura, ed è in grado di subire eventuali trattamenti che gli conferiscano le prestazioni volute.
Tra questi trattamenti possiamo ricordare:
-la modifica della composizione della pasta di vetro, per la produzione di vetricolorati e vetri speciali;
-la trasformazione della superficie, come la molatura o la smerigliatura;
 -il deposito sulla superficie del vetro di strati sottili di altri materiali per la fabbricazione di specchi, di vetri smaltati, o di vetri che permettono il risparmio energetico;
-l’indurimento ottenuto con la tempra per la produzione di vetri di sicurezza.


la linea di fabbricazione del float glass
Il vetro piano viene poi consegnato ai trasformatori sotto forma di lastre di grandi dimensioni, pronte per essere tagliate, manualmente o mediante impianti a programmazione computerizzata, nelle misure desiderate

4.4.LA PRODUZIONE INDUSTRIALE DEL VETRO CAVO


Il grande successo del vetro come materiale per contenitori alimentari inizia verso la fine del 1600 quando, nella regione francese dello Champagne, si notò che il vino si conservava meglio in bottiglie di vetro anziché in altri tipi di contenitori. Da allora si diffuse il suo impiego anche per tutti gli altri prodotti alimentari in generale. Le ragioni di una tale scelta sono da ricercare nelle qualità che offre il vetro: trasparenza, lavabilità, inalterabilità e totale riciclabilità.
Originariamente i contenitori in vetro cavo, rappresentati da bottiglie, vasi, flaconi, bicchieri e calici, era prodotti artigianalmente per soffiatura; oggi invece, a parte le produzioni artistiche di grande pregio, si ottengono da un procedimento di soffiatura del materiale fuso in stampi.


la produzione del vetro fuso

Le fasi di produzione si possono così sintetizzare:
-Fusione.
-Formatura.
-Ricottura.
-Controllo qualità.

Dal forno di fusione il vetro fuso cola in gocce in uno stampo, detto stampo abbozzatore (posto in posizione capovolta rispetto al prodotto finale). Il prodotto così ottenuto, detto abbozzo viene soffiato e trasferito nello stampo finitore, dove un forte getto d’aria lo fa aderire alle pareti dello stampo determinando la cavità interna. Dopo il lento raffreddamento, che serve a garantire superfici di buona qualità si procede alla ricottura che consente di eliminare le tensioni del vetro.

Osserva questo VIDEO sulla produzione delle bottiglie in vetro


5.RICICLARE IL VETRO




Il riciclo del vetro

Il ciclo chiuso del vetro


Il vetro è l’unico materiale a possedere una dote preziosa: la riciclabilità totale. Il riciclaggio del vetro consente di risparmiare tutte le materie prime (minerali, sabbia) necessarie per la sua produzione. Il vetro è il materiale “ecologico” per eccellenza. Non è inquinante ed è riutilizzabile per un numero illimitato di volte.

Se abbandonata, una bottiglia di questo materiale si decompone solo dopo 4.000 anni. Per questo, è fondamentale separare accuratamente il vetro. Ovviamente, il cosiddetto “rottame di vetro” non può essere riciclato così com’è, deve essere sottoposto a numerose verifiche per eliminare le numerose “impurità” che contiene.