Il Vetro

Secondo l’aspetto, le proprietà e l’uso, si possono distinguere i seguenti tipi di vetro.
  • 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 all’avventurina: più duro del vetro comune, è utilizzato per la fabbricazione di oggetti ornamentali. Ha colore giallo-rosa scuro, oppure giallo-verdastro.
  • Vetro bianco: incolore, è utilizzato per oggetti domestici ed ornamentali come servizi da tavola e bottiglie per farmacia.
  • Vetro biologicamente attivo o biovetro: è costituito da silice (45%), ossido di calcio (24,5%), ossido di sodio (24,5%), anidride fosforica (6%). Caratterizzato da biocompatibilità con il tessuto cellulare e dalla predisposizione alla formazione di un legame biologico tra vetro e tessuto osseo, questo tipo di vetro è utilizzato per le protesi dentarie e in ortopedia come ossa artificiali.
  • 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.
  • Vetro breve o corto: è caratterizzato da ristretto intervallo di lavorabilità.
  • Vetro cellulare: dotato di caratteristiche isolanti, di bassa densità, di elevata stabilità chimica e di buone prestazioni meccaniche, contiene una quantità di piccoli pori non comunicanti tra loro e, per questo, è adatto come isolante termico ed acustico. Si prepara insufflando un gas in una massa di vetro fuso in via di raffreddamento, oppure introducendo nel vetro fuso in via di solidificazione composti capaci di decomporsi, sviluppando gas. Il processo di lavorazione inizia da rottami di vetro che sono frantumati, macerati e miscelati con polvere di carbone (egente riducente) e con un solfato (egente ossidante). Questa massa è poi introdotta in stampi parzialmente riempiti e quindi chiusi per essere portati a temperatura compresa tra 600 e 800 °C. In queste condizioni, la massa rigonfia occupando tutto lo stampo, in quanto i granuli incominciano a saldarsi, inglobando le particelle di carbone.
  • Vetroceramica: si ricava da vetri instabili come quelli a base di silicato di litio. In seguito alla formatura, il vetro viene riscaldato fino a ottenere una completa devetrificazione, catalizzata da agenti nucleanti (metalli) o da microliquazioni (ottenibili in vetri con biossido di titanio). Le composizioni ottenute presentano valori bassissimi di dilatazione termica (57*19alla -7°C) e ottime proprietà meccaniche (modulo di rottura 13-16*10alla-8dyn/cmquadro). Le proprietà ferroelettriche si ottengono tramite la separazione di cristalli di titanato di bario.

Tra le applicazioni di questo tipo di vetro, si possono ricordare le ogive dei missili, le finestre e le antenne per i veicoli industriali.

  • 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.
  • Vetri conduttori e semiconduttori: i primi presentano conducibilità elettrica di tipo ionico, dovuta alla presenza di ioni dotati di elevata mobilità. I secondi si preparano inglobando in vetri silicatici ossidi di metalli di transazioni a più valenze, oppure zolfo, selenio, tellurio o loro miscele con elementi quali silicio, germanio, arsenico e antimonio.
  • Vetro corrugato: stampato su una faccia a sporgenze e rientranze granulari, è dotato di notevole potere diffondente della luce. E’ utilizzato per pannelli di porte, per sportelli di armadi e librerie.
  • Vetro cristallo: è la denominazione attribuita dalla CEE ai vetri al piombo. Ogni oggetto fabbricato con questo tipo di vetro deve essere munito di etichetta indicante la categoria di appartenenza: cristallo superiore, cristallo al piombo, vetro sonoro superiore, vetro sonoro.
  • Vetro duplicato o placcato: presenta una colorazione ottenuta applicando uno o più strati di vetro incolore.
  • Vetro elettronico: è generalmente costituito da due lastre stratificate mediante elettrolita polimerico e trattate sulle superfici interne con depositi conduttori di elettricità ed altri film sottili. Questo tipo di vetro trova applicazione negli specchietti retrovisori ed in tettucci per auto.
  • Vetro di Falconnier: dotato di notevole robustezza, è adatto per aperture in opere murarie e per simili lavori di costruzione.
  • 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. Vedi http://www.bdp.it o http://www.fis.unipr.it

  • Vetro filato: usato per filtri in chimica, corrisponde alla denominazione data in passato a fibre di vetro ottenute da bacchette di vetro allo stato pastoso, stirate.
  • Vetro filogranato: utilizzato per decorazioni di vasi e simili applicazioni, è un tipo di vetro a filamenti colorati, paralleli o incrociati. Si ottiene da mazzetti di sottili filamenti vetrosi piegati a spirale, stirati e poi ricoperti con altro vetro incolore.
  • Vetri fotocromatici: possono variare il loro coefficiente di trasmissione in funzione dell’intensità della luce che li colpisce. Per azione degli alogenuri di argento in essi contenuti, questi vetri assumono colorazione grigia quando sono esposti alla luce solare: in questo modo funzionano da filtro, soprattutto per le radiazioni infrarosse. La colorazione grigia è conferita dall’argento metallico sprigionato dalle particelle di alogenuro e diminuisce con il venir meno della luce solare. I vetri fotocromatici sono utilizzati per le vetrate di edifici, per le vetrine dei negozi, per gli occhiali da sole e per le registrazioni fotografiche.
  • Vetri fotosensibili: sono capaci di dare origine ad una marcata nucleazione, in conseguenza dell’esposizione a raggi ultravioletti o a raggi X. I germi di cristallizzazione possono crescere per riscaldamento, dando origine ad una fase cristallina, per accelerare la formazione della quale, occorre aggiungere al vetro ioni argento e ioni cerio.

Dopo l’immersione in soluzioni acide, è possibile creare, in questo tipo di vetro, fori e disegni di estrema precisione, come richiesto dall’industria optoelettronica.

  • Vetro di gel: si ricava dal riscaldamento di gel ottenuti per reazioni di idrolisi e policondensazione di composti metallorganici liquidi. Questo metodo di produzione, detto metodo sol-gel, consente di ottenere: vetri iperpuri, film sottili vetrosi applicabili a diversi materiali, prodotti vetroceramici e ceramici, una vasta gamma di vetri nitrurati. Questi contengono azoto e possiedono durezza, resistenza chimica ed alle rotture, refrattarietà elevata e particolari proprietà elettriche.
  • Vetro ghiacciato o ghiaccioli: caratterizzato da disegni in rilievo simili a cristallizzazioni di ghiaccio, si ottiene facendo solidificare della colla distesa su vetro opaco. Questo tipo di lavorazione dà origine a piccole scaglie che creano disegni di effetto.
  • Vetro ghiaccio: si ottiene per brusco raffreddamento degli oggetti in vetro soffiato e poi per ricottura. La prima fase della lavorazione serve per determinare appositamente innumerevoli incrinature nella massa di vetro.
  • Vetro di Jena: comprende diverse varietà di vetro, generalmente utilizzate per apparecchi di laboratorio ed ottica.
  • Vetro lamellare: caratterizzato da resistenza alla disgregazione, è un materiale in lastre costituito da strati alternati di vetro e di materia plastica trasparente, incollati insieme con acetato di cellulosa e pressati in autoclave.
  • Vetri per laser o vetro laser: utilizzati nella trasmissione di dati, in chirurgia e nella lavorazione dei materiali, sono vetri che presentano un’emissione stimolata di radiazioni monocromatiche. Sono vetri sodico-calcici o borici, contenenti ossido di lantanio e torio e drogati con neodimio.
  • Vetro di latte o latteo o vetro opalino: è un vetro traslucido a causa della dispersione di floruri, fosfati, ossidi e in conseguenza della formazione di bollicine gassose, di estrema piccolezza. L’opalescenza dipende dalla diversità degli indici di rifrazione fra vetro e particelle eterogenee.
  • Vetro lungo: è un tipo di vetro caratterizzato da intervallo di lavorabilità piuttosto ampio.
  • Vetro madreperla: è prodotto miscelando piccole scaglie di mica alla massa vetrosa.
  • Vetri multiformi: impiegati per componenti elettronici e mezzi filtranti, sono articoli di dimensioni minute in vetro ottenuto per sinterizzazione entro stampi metallici.
  • Vetro neutro: né acido, né basico, è un vetro formato da borosilicati di alluminio, bario, sodio e zinco. E’ utilizzato per scopi chimici.
  • Vetro olofano: è usato per diffusori di luce.
  • Vetro opaco: si ottiene manipolando accuratamente il vetro in fase di lavorazione e aggiungendo alla pasta vetrosa sostanze specifiche.
  • Vetro organico o sintetico: con questo termine sono indicati dei prodotti a base di resine sintetiche metacriliche che, in alcuni usi, sostituiscono il vetro comune.
  • Vetro d’ottica o vetri ottici: molto utilizzato in ottica, questo vetro deve presentare alti valori di isotropia (medesimo indice di rifrazione), essere trasparente, inalterabile, omogeneo, capace di subire lavorazione a freddo fino al perfetto pulimento. Devono inoltre essere assenti difetti come bolle o strie e il vetro deve essere privo di tensioni interne. Le loro proprietà ottiche sono definite dall’indice di rifrazione e dalla variazione dello stesso in funzione della differente lunghezza d’onda dei raggi luminosi (dispersione). Tale indice è riferito alla riga D del sodio (nD), mentre la dispersione è rappresentata dal numero di Abbe che misura l’inverso del potere dispersivo.

Nella lavorazione è fondamentale una omogenea miscelatura iniziale. La fusione avviene in forni a crogiolo in platino a 1000 °C, con ulteriori innalzamenti di temperatura secondo il tipo di vetro trattato (fino a 1800 °C). Dopo un rimescolamento in senso verticale e orizzontale, per eliminare le bolle gassose, la temperatura viene abbassata fino a ottenere un grado di viscosità sufficiente per la successiva modellazione. La massa fusa viene lasciata raffreddare per settimane e, quando necessario, anche per mesi, in modo da impedire la devertificazione. Occorre una fase di ricottura lentissima e spesso eseguita sullo stesso crogiolo di fusione per evitare la formazione di ogni tensione, anche minima. Il vetro ottenuto viene frantumato in forme irregolari che, previa selezione, vengono sagomate in sbozzi posti entro stampi, e vengono portate a rammollimento. Gli sbozzi sono in seguito lavorati e lucidati, con smeriglio finissimo e mole diamantata.
I vetri d’ottica sono classificati in base al numero di Abbe, secondo quanto segue:

  • Crown, vetri con numero di Abbe superiore a 50. Tra questi abbiamo i crown-borosilicati, leggeri, limpidi e poco dispersivi, contenenti boro, e i crown-bario, le cui particolarità sono dovute all’aggiunta di bario alla loro composizione.
  • Flint, vetri molto dispersivi, con alto indice di rifrazione, contengono percentuali di piombo e bario.

Al 1930 risalgono i così detti vetri nuovi, di composizione varia e complessa (SiO2 e B, P, Ba, Zn); successivamente compaiono molte varietà di vetro, fra le quali è possibile ricordare:

  • Quelli in cui la sostanza base, SiO2, è stata sostituita con terre rare.
  • Quelli composti unicamente di SiO2 e con tracce di titanio. I vetri irtran, trasparenti all’infrarosso.
  • Vetro in perle: tipo di vetro composto da piccole sfere ottenute lavorando un filetto di vetro, fuso con gas caldi. Il filetto, investito da una corrente di gas, si suddivide in piccoli spezzoni che, mantenuti in ambiente turbolento ad alta temperatura, assumono forma sferoidale. Un’altra tecnica di lavorazione è quella che consiste nel far cadere il vetro fuso su di un piatto rotante ad alta velocità. Le piccole sfere di vetro, miscelate ad alcuni tipi di fluido, sono utilizzate per vernici riflettenti e catarifrangenti.
  • Vetri con proprietà meccaniche migliorate: si ottengono sottoponendo il vetro a trattamenti specifici, in modo da eliminare le microfessure superficiali. Queste possono essere migliorate con trattamenti di pulitura a fuoco, oppure mediante scambio ionico in bagni di sali fusi. E’ anche possibile modificare la composizione chimica della superficie del vetro, per favorire la creazione di una fase cristallina meno dilatabile di quella interna.
  • 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 a reticello: incolore, presenta una filigrana di vetri lattei.
  • Vetro retinato o armato: si ottiene per colata e laminazione continua di vetro fuso, al cui interno viene immersa una rete di acciaio.
  • Vetro di rubino: è caratterizzato da una colorazione rossa, ottenuta con oro allo stato colloidale disperso nella pasta.
  • Vetro satinato o vetro seta o vetro veluria: usato per riflettori, si ricava da una smerigliatura effettuata chimicamente. La superficie del vetro viene resa traslucida per la formazione di cristalli protettori, in seguito all’immersione in un bagno di fluoruri.
  • Vetro schiuma: utilizzato in edilizia per l’isolamento termico e quello acustico, ha una struttura cellulare impermeabile all’acqua. Si ottiene mescolando polvere di carbone a polvere di vetro e portando a temperatura di sinterizzazione.
  • Vetro semibianco: poco colorato, è usato per oggetti domestici ed ornamentali.
  • 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 sinterizzato: utilizzato nell’industria elettrica ed elettronica , per la sua impermeabilità ai gas e per l’elevata lavorabilità, si ottiene dalla sinterizzazione di polvere di vetro macinata, pressata e riscaldata.
  • Vetro smerigliato: è traslucido e poco trasparente, in quanto la sua superficie è stata sottoposta, durante la lavorazione, all’azione meccanica di un getto di sabbia finissimo, oppure perché esposto alla lavorazione chimica di sali corrosivi.
  • Vetro solubile: è una soluzione colloidale viscosa costituita da silicato di sodio o di potassio in acqua. Trova svariate applicazioni nelle industrie e serve a preparare il silicogel, decolorante e assorbente.
  • 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.
  • Vetri speciali: sono destinati ad usi particolari come i vetri al piombo utilizzati a protezione dei raggi X o i vetri per lampade al sodio. La presenza dell’ossido di piombo determina una diminuzione di viscosità senza modificare i valori di resistività elettrica e comporta buoni valori di densità e rifrazione.