Консервация вместо реставрации

Михаил Сафронов

Index

Консервация

Стекло

Стекло

Обычно, стекло производят выплавкой. Термодинамически - стекло, замороженная охлаждённая жидкость. Эта дифинация относится ко всем веществам, которые были расплавлены, а затем относительно быстро охлаждены. Это значит, что при плавлении и последующем охлаждении появляются зачатки кристаллов, но не хватает времени на появление самих кристаллов. Переход из жидкого в твёрдое состояние у большинства видов стекла происходит при температуре 600 �C.

По сравнению с керамикой, человек научился производить и использовать стекло не так уж и давно. Стекло известно людям около 55 веков. Как и когда точно стали изготавливать стекло, к сожалению, не известно. Самые древние образцы обнаружены в Египте. В Индии, Корее, Японии найдены стеклянные изделия, возраст которых относится к 2000 году до нашей эры. Раскопки свидетельствуют, что на Руси знали секреты производства стекла более тысячи лет назад. А первое упоминание о русском стекольном заводе (он был построен под Москвой возле деревни Духанино) относится к 1634 году. Несмотря на столь древнюю историю, массовый характер производство стекла приобрело лишь в конце прошлого столетия благодаря изобретению печи Сименса-Мартина и заводскому производству соды.

Одним из первых источников, в котором описывается технология производства стекла является труд римского естествоиспытателя Плиний-старший (79 - 23 гг. до н.э.). Плиниус не называет не время и не мастеров, но в его работе указанны самые главные материалы - песок, сода которые так необходимые для производства стекла.

Смесь, или шихта, из которой изготавливается стекло, содержит некоторые главные материалы: кремнезем (кварцевый песок), соду (но не всегда). В средневековье, из за отсутствия или дороговизны, в стекло добавляли часто поташ (карбонат калия) или золу.

Чистый кварцевый песок, являющейся основным компонентом для изготовления стекла, плавится при температуре выше 1700 �C. Для понижения температуры плавления к нему добавляли соду или золу. Эти вещества не только понижают температуру, но и понижают устойчивость стекла. То есть, стекло с наибольшем количеством примесей подвержено наибольшему риску коррозии.

Смесь песка с содой или другими �понизителями� температуры (флюсы), плавится уже при 850 �С. Но, это стекло растворяется в воде. Для стабилизации нужен третий компонент. В очень старые времена, этот третий элемент - известь, мрамор или мел уже находились в неочищенном песке. Поэтому, в старых рецептах эти компоненты часто отсутствуют.

Для окраски стекла использовали оксиды металлов.

Первые изделия из стекла, такие как бусы и вставки, изготовляли путём разбивания крицы и последующего вытачивания предмета из осколков. Чуть позже научились вдавливать полурасплавленную массу в каменную или глиняную форму, тем самым создавая очертания объекта.

Ещё поздней, научились изготавливать стеклянные сосуды. Первые сосуды изготавливали, нанося расплавленные нити стекла на глиняный керн. После заглаживания и остывания глиняный керн удаляли. Самый старый, дошедший до наших времён сосуд, был изготовлен в Египте около 1500-ых годов до н.э. именно в этой технике.

Выдувать стекло при помощи стеклодувных труб научились около 2000 лет назад.

В средние века, после развала Римской империи, перемещение технологий и секретов мастерства стеклодувов сильно замедлилось, поэтому восточная и западная стеклянная посуда постепенно приобретали все больше и больше индивидуальных отличий. Александрия так и оставалась центром производства стекла на Востоке, где делалась изящная стеклянная посуда.

К концу первого тысячелетия, существенно изменились методы производства стекла в Европе. В первую очередь это коснулось состава сырья для производства. Учитывая трудности с доставкой такого компонента смеси как сода, его заменили на поташ, полученный в следствии сжигания дерева. Поэтому стекло, сделанное к северу от Альпийских гор, стало отличаться не только формой от изделий, произведенных в средиземноморских странах, например в Италии, но и стало уступать в качестве. Практически всё средневековое стекло, произведённое в северной Германии доходит до нас в сильно корродированной форме.

В XI веке немецкие мастера, а в XIII веке - итальянские, освоили производство листового стекла. Они сперва выдували полый цилиндр, затем обрезали его дно, разрезали его и раскатывали в прямоугольный лист. Качество такого листа было не высоким, но практически полностью повторяло химический состав современных оконных стекол. Этими стеклами стеклили окна церквей и замков знатных вельмож. На этот же период приходится и расцвет изготовления витражных окон, в которых использовались кусочки цветного стекла.

В конце Средневековья, центром европейского стекловарения становится Венеция. В тот исторический период венецианский торговый флот бороздил воды всего Средиземноморья, что способствовало быстрому перенесению новейших технологий (особенно с Востока) на благодатную венецианскую землю. Производство стеклянных изделий было важнейшим ремеслом в Венеции, о чем свидетельствует количество стеклодувов в этом городе - более 8000 человек. В 1271 году вышел специальный указ, которым узаконивались некоторые протекционистские меры по защите интересов стекловарения, запрещался импорт иностранного стекла, прием на работу иностранных мастеров и вывоз за границу сырья для изготовления стекла.

В конце XIII века в Венеции насчитывалось уже более тысячи стекловаренных печей. Однако, частые пожары, вызываемые их круглосуточной работой, вынудили городские власти перенести производство на расположенный поблизости остров Мурано.

Эта мера также давала некоторые гарантии в вопросе нераспространения технологии и сохранения тайны производства венецианского стекла, так как мастера не имели права покидать территорию острова.

В XVII веке лидерство в развитии технологии производства стекла постепенно перешло к английским мастерам, в частности благодаря изобретению Джорджем Равенкрофтом в 1674 г. нового способа производства хрусталя. Он сумел получить более качественный состав стекломассы, чем итальянские мастера. Равенкрофт заменил поташ оксидом свинца высокой концентрации и получил стекло с высокими светоотражающими свойствами, которое очень хорошо поддавалось глубокой резке и гравировке.

Но только в конце XIX века стеклоделие из ремесленного стало перерастать в массовое промышленное производство. Одним из �отцов� современного стекольного производства можно назвать немецкого ученого Отто Шотта (1851 - 1935), который активно использовал научные методы для изучения влияния различных химических элементов на оптические и термальные свойства стекла. В области изучения оптических свойств стекла Шотт объединился с Эрнстом Эбби (1840 - 1905), профессором в Университете Йены и совладельцем фирмы Карла Цейса. Другой значительной фигурой, внесшей вклад в массовое производство стекла был Фридрих Симменс. Он изобрел новую печь, которая позволяла непрерывно производить намногобольшее количество стекломассы.

В конце XIX века, американский инженер Майкл Оуэнс (1859 -1923) изобрел автоматическую машину для производства бутылки. К 1920 году в Соединенных Штатах уже работало примерно 200 машин Оуэнса. Вскоре и в Европе подобные машины получили широкое распространение. В 1905 году, бельгиец Фурко совершил еще один переворот в стекольной индустрии. Он изобрел метод вертикального вытягивания из печи стеклянного полотна постоянной ширины. В 1914 году, его метод усовершенствовал другой бельгиец - Эмиль Бишеруа, который предложил вытягивать стеклянное полотно между двух роликов, что значительно упрощало процесс дальнейшей обработки стекла.

Стекло образующий песок - это кварц, наиболее распространенная форма кремнезема. В последние время, в производстве используют чистый �песок�, без посторонних примесей. Оксид натрия Na2O обычно вводится в шихту в виде кальцинированной соды (карбоната натрия), однако иногда используется бикарбонат или нитрат натрия. Все эти соединения натрия разлагаются до Na2O при высоких температурах. Калий применяется в форме карбоната или нитрата. Известь добавляется в виде карбоната кальция (известняка, кальцита, осажденной извести) либо иногда в виде негашеной (CaO) или гашеной (Ca(OH)2) извести. Главные источники монооксида бора для производства стекла - бура и борный ангидрид. Оксид свинца обычно вводится в шихту в виде свинцового сурика или свинцового глета.

Выплавка стекла проводится в два этапа. При первой плавки, с поверхности фрита удаляются загрязнения. Далее, остывшая масса размельчается, при этом удаляются оставшиеся шлаки. Затем снова плавят.

Типы стекол.

Натриево-силикатные стекла. Натриево-силикатные стекла получают сплавлением кремнезема (песка) и соды. Смесь 1 части оксида натрия (Na2O) с 3 частями оксида кремния (SiO2) плавится при температуре, на 900 С более низкой, чем чистый кремнезем; оксид натрия действует как сильный флюс. К сожалению, такие стекла растворяются в воде, и хотя они чрезвычайно важны для промышленного применения, из них нельзя изготавливать большинство изделий.

Известковые стекла. Древние стеклоделы обнаружили, что водорастворимость натриево-силикатных стекол можно устранить добавлением извести. Анализы древних стекол показывают поразительное сходство их химического состава с составом современных стекол, хотя современные стеклоделы, в отличие от древних, знают также, что добавление небольших количеств других оксидов, например оксида магния MgO, оксида алюминия Al2O3, оксида бария BaO, дополнительно повышает качество стекла. Если главные ингредиенты шихты - оксиды Na2O, CaO и SiO2, то получаемые стекла называются натриево-известково-силикатными, натриево-известковыми или просто известковыми стеклами независимо от присутствия других составляющих. С небольшими изменениями в составе эти стекла широко используются для изготовления листового и зеркального стекла, стеклотары, колб электроламп и многих других изделий. Эти стекла относительно легко плавятся и перерабатываются в изделия, а сырьевые материалы для них недороги. Вероятно, 90% производимого сегодня стекла является известковым.

Кварцевое стекло. Стекло, состоящее из одного только кремнезема, правильно называть плавленым кварцем или кварцевым стеклом. Это простейшее стекло по своим химическим и физическим свойствам, и оно обладает многими необходимыми параметрами: не подвергается деформированию при температурах вплоть до 1000 С; его коэффициент теплового расширения очень низок, и поэтому оно обладает стойкостью к термоудару при резком изменении температуры; его объемное и поверхностное удельные электрические сопротивления весьма высоки; оно отлично пропускает как видимое, так и ультрафиолетовое излучение. К сожалению, кварцевое стекло с большим трудом плавится и перерабатывается в изделия. Высокая стоимость кварцевого стекла ограничивает его применение изделиями специального назначения, такими, как химико-лабораторная посуда, ртутные лампы и компоненты оптических систем, работающие при высоких температурах.

Свинцовые стекла. Свинцовые стекла изготавливают сплавлением оксида свинца PbO с кремнеземом, соединением натрия или калия (содой или поташем) и малыми добавками других оксидов. Эти свинцово-натриево(или калиево)-силикатные стекла дороже известковых стекол, однако они легче плавятся и проще в изготовлении. Это позволяет использовать высокие концентрации PbO и низкие - щелочного металла без ущерба для легкоплавкости. Такой состав поднимает диэлектрические свойства материала до такого уровня, что делает его одним из лучших изоляторов для использования в радиоприемниках и телевизионных трубках, в качестве изолирующих элементов электроламп и конденсаторов. Высокое содержание PbO дает высокие значения показателя преломления и дисперсии - двух параметров, весьма важных в некоторых оптических приложениях. Те же самые характеристики придают свинцовым стеклам сверкание и блеск, украшающие самые утонченные изделия столовой посуды и произведения искусства. Большинство стекол, называемых хрусталем, являются свинцовыми.

вперёд