is niet, zoals vroeger wel eens werd gedacht, een aparte aggregaatstoestand van de materie; de glasachtige toestand is namelijk niet anders dan de sterk onderkoelde vloeistof. Bij verwarming wordt het glas langzaamaan meer vervormbaar, en ten slotte vloeibaar, maar er is geen bepaald smeltpunt aan te wijzen.
Wordt een glas gedurende geruime tijd op hoge temperatuur gehouden, echter beneden het echte smeltpunt, dan vindt kristallisatie plaats (ontglazen). Dit proces vindt ook nog bij lagere temperatuur, zij het zeer langzaam, plaats, zodat oud glas zich bij verwarming moeilijk opnieuw laat bewerken. Bij gewone temperatuur onderscheidt een glas zich van een kristallijn materiaal o.a. doordat het isotroop is, d.w.z. dat de verschillende eigenschappen, zoals lichtbreking en splijtbaarheid, niet afhankelijk zijn van de richting. Dit laatste blijkt uit de schelpvormige breuk (z amorph).Een stof zal gemakkelijk een glas kunnen vormen, wanneer er reeds in de vloeibare toestand grotere onregelmatige aggregaten bestaan (Zachariasen), omdat het duidelijk is, dat het dan moeilijk is daaruit het regelmatige rooster van de kristallijne toestand te vormen. Naast kwarts (Si02), dat gemakkelijk een glas vormt, zijn vooral de talrijke silicaten glasvormers. Er zijn ook andere anorganische verbindingen, die een glas kunnen vormen, zoals phosphorzuur (z phophor), boriumoxyde (z borium), vanadiump entoxyde (z vanadium), seleniumoxyde (SeO2), maar ook een verbinding als BeF2 (z beryllium). Ook zijn er organische „glazen”, zoals gesmolten en weer afgekoelde suiker (caramel, harde nougat), alkohol en glycerine bij lage temperatuur.
Echter behoren ook de talrijke plastische kunststoffen eigenlijk tot de organische glazen, ook al zijn deze niet steeds doorzichtig. Hier wordt de kristallisatie verhinderd, doordat de hoogmoleculaire aggregaten niet de gelegenheid kunnen vinden om bij hun vorming snel genoeg een geordend rooster te vormen.
PROF. DR J. A. A.
KETELAAR
Lit.: Ullmann, Enz. techn. Chemie 5, 738 (1930); Thorpe’s Dict. Applied Chem. 5, 536 (1941); J. M.
Stevels, Progress in the theory of the physical properties of glass (Amsterdam 1948).
GESCHIEDENIS
Het oudste glas is een natuurproduct, waarschijnlijk van vulcanische oorsprong. Het komt reeds voor in het derde glaciale tijdperk. Men noemt het obsediaan, meestal zwart, soms groen of rood of bruin. In het stenen tijdperk werd dit gebruikt voor speerpunten en messen.
Later diende het voor sieraden en spiegeltjes en was een handelsproduct gedurende eeuwen. Naast dit natuurproduct komt het zeldzaam en in kleine hoeveelheden gevormde glas voor als gevolg van hoge temperatuur van brand of blikseminslag.
Egypte is het land waar het tot nu toe oudste glas is gevonden, vervaardigd door de mens. Daartoe behoort een groen glas van reeds 12 000 v. Chr. Toch kan eerst van een glaskunst worden gesproken tijdens de 18de dynastie, ca 1500 v.
Chr. De vondsten van El Amarna van stenen, ringen, pullen en figuren tonen aan dat zij de kleurwerking van wit, groen, blauw en rood, van tin, ijzer en koper kenden. Zij kenden evenwel de techniek van het blazen niet en hun holle glazen pullen werden gevormd rond een kern van zand. Hun prachtige decoratie door middel van zeer dunne gekleurde glasdraden getuigt van een voortreffelijk vakmanschap.
Het is later Alexandrië dat ook deze traditie overbrengt naar het Westen.
Assyrië. Opgravingen uit de laatste tijd in het land van de Euphraat en de Tigris grijpen tot 4000 v. Chr. terug, terwijl de stenentafelbibliotheek van Sardanapalus (600 v. Chr.) uitgebreide recepten voor glasbereiding bevat.
Van hen stamt het met goud verkregen robijnglas. De Phoeniciërs en de Joden verkregen waarschijnlijk van hen hun kennis.
Phoenicië. Een gebeurtenis van zeer bijzondere betekenis was de uitvinding van de blaaspijp en de techniek van het blazen, die waarschijnlijk in het begin onzer jaartelling te Sidon werd gevonden. Hierdoor wordt zij geheel vrij van de aardewerkkunst en verbreidde zich snel over Rome en Gallië.
Rome. Het Romeinse glas onderscheidt zich van het Alexandrijnse door zijn zwaardere vorm en de groenere kleur, welke laatste waarschijnlijk een gevolg was van de minder zuivere grondstoffen, die de Romeinen ter beschikking stonden. Tijdens Nero was het glas een algemeen gebruiksvoorwerp geworden, terwijl tijdens Caligula als grote zeldzaamheid vensters en tafels van glas werden vervaardigd. Tijdens Marcus Aurelius was de glaskunst blijkbaar reeds van zoveel belang, dat uitgebreide wettelijke bepalingen nodig bleken om deze te beschermen.
Prachtige voorbeelden van de Romeinse kunst zijn o.m. de zgn. „Portland Vaas”, een vaas van overvangen glas, opaak wit op blauw, waarbij het wit als bij de camee-kunst is weggeslepen en verder het zgn. „millefiori”, een product gemaakt uit schijven, welke wederom waren gesneden uit staven, gemaakt van een bundel verschillende gekleurde glasdraden. Van Rome uit ontstonden vele „glashutten” in het Rijnland (Trier, Worms, Keulen) en in Gallië (Boulogne, Amiens, Namen), alsook in Spanje en Engeland. Met de ondergang van het Romeinse Imperium en de volksverhuizing ging veel van dit alles verloren.
Het Oosten. In het Oosten bloeiden een Islamietische en een Perzische kunst, welke laatste evenwel met de inval van Timoer Lenk verloren ging. Byzantium bleef lange tijd een veilige haard voor het smelten van glas. De mozaïeken van de Aja Sophia te Istanboel en die uit Noord-Italië uit de tijd der Goten toveren ons nog heden een schone, ontroerende bladzijde geschiedenis voor, gesmolten in glas.
Kerkkunst. De kunst in het Westen werd, voor zover mogelijk, bewaard in de kloosters, en van hieruit ontstond een zeldzame kunst in het gebrande kerkvenster, de eerste uiting op het vlakke glas (z glasschilderkunst).
Venetië. Het contact der Venetianen met Byzantium, Antiochië en Phoenicië gaf gelegenheid glasscherven en modellen over te brengen naar deze bloeiende Dogenrepubliek en aldaar werd dan ook, met behulp eerst van uitheemse meesters, het ambacht tot een ongekende hoogte opgevoerd. En ofschoon ook vele andere plaatsen in Noord-Italië de glaskunst gingen beoefenen, als Padua, Mantua, Ravenna, Altare, e.a., wist Venetië in korte tijd een uitzonderlijke plaats in te nemen, en was het reeds spoedig nodig deze industrie, ter bescherming van verraad harer geheimen en ook uit veiligheidsen gezondheidsredenen over te plaatsen naar het kleine eiland Murano. Hier kende dit ambacht een wereldberoemde bloei van eeuwen en wordt aldaar nog tot op heden, alhoewel op bescheidener wijze, uitgeoefend.
Middeleeuwen. Behalve de kerkelijke vlakglaskunst was uit deze tijd weinig meer bekend dan de spiegelglasfabricage, die ook in Venetië een grote plaats innam. Vooral Frankrijk kenmerkte zich door behoud van een oude traditie.
Renaissance. In de 16de eeuw ontstonden overal verscheidene glasblazerijen naar het voorbeeld van Venetië, die haar kennis ontleenden aan uitgeweken Muranezen, alsook aan de Noorditaliaanse stad Altare, waar in tegenstelling met Venetië een openbare glaskunst bestond en vrijwillig werd verbreid. Amsterdam o.a. kwam in het bezit van haar glasblazerijen en van daaruit verbreidde de kunde zich over Duitsland. In deze tijd ontstond in Bohemen een glas van zeer bijzondere reinheid, dat aanleiding gaf tot het zware Boheemse kristal. Engeland wist, gebruik makend van zijn uitstekend vuurvast materiaal, de prima Stourbridge klei, een smeltvat te construeren, dat het glas onttrekt aan de reducerende en zwavelhoudende stookgassen.
Hier ontstond het eerst het stoken met kolen in plaats van hout, werd de plaats van de „glashut” vrij van de noodzakelijkheid van het nabije woud en werd het mogelijk een loodglas te smelten, het kristal of Hint, dat de zeer bijzondere eigenschappen van grote zwaarte, hoge glans en sonore klank bezit. In Frankrijk werd de bakermat gelegd van het spiegelglas in grote afmetingen door het aldaar uitgevonden gietprocédé.
Zwarte eeuw. Met het verval der grote stijlen ging ook een verval van de glasstijl gepaard. De mechanisatie en de rationalisatie op eenzijdig economische grondslag, maakten ook de glasindustrie tot haar veld van operatie en de kunst van het glas ging voor lange tijd roemloos te gronde.
Moderne tijd. De moderne tijd wordt gekenmerkt door drie verschijnselen:
1. de machinale glasbereiding;
2. het wetenschappelijk onderzoek;
3. de opbloei van een nieuwe kunst, die de zuivere grondprincipes weer erkent.
De machinale glasbewerking vond als zoveel andere werkwijzen haar pioniers in Engeland. In het einde der 19de eeuw werden aldaar de eerste halfautomatische glasmachines uitgevonden en toegepast. Toch heeft Amerika met zijn dure werkkrachten en betrekkelijk goedkope grondstoffen daaraan de grootste stimulans gegeven. De glasmachine van Owens, die voor het eerst in Nederland in 1913 draaide, was een machine, waarbij voor het eerst het glas, geheel machinaal, tot een fles werd gevormd.
Met deze machinale massaproductie is een geheel nieuwe phase in de glasindustrie ingetreden van nog onbekende draagkracht. De architectuur maakt als nooit te voren gebruik van dit onmisbare element voor de moderne beschaving.
TECHNIEK
De typerende bewerkingen van het glasbereidingsproces kunnen worden onderscheiden achtereenvolgens in: de bewerking der grondstoffen, het mengen, het smelten, het vormen en het koelen, terwijl als nabewerking kan optreden: het afspringen, het slijpen, het inbranden, het polijsten, het etsen en het beschilderen.
Grondstoffen
De in massa voorkomende grondstoffen zijn: zand, kalk, soda, sulfaat, potas en menie. Het zand komt in verschillende plaatsen (voor Nederland in België en Limburg) zo zuiver voor dat het zonder meer kan worden gebruikt. In de laatste jaren komt een reinigingsproces door wassen met water en/of zuren meer en meer voor, zodat men minder afhankelijk is, transportkosten spaart en een zuiverder product verkrijgt. De kalk uit kalksteen moet worden gemalen of kan als kalkmergel zonder meer worden gebruikt.
Het natrium verstrekt de chemische industrie in de vorm van zuivere soda (Solvay) of als minder zuiver natriumsulfaat, terwijl het loodoxyde als menie of loodwit door de chemische industrie wordt geleverd of door de glasfabriek zelf bereid. Als noodzakelijke grondstof zijn verder nodig de gebroken scherven van vroegere bewerkingen, terwijl eindelijk oxyderende, louterende, ontkleurende en kleurende reagentia voor een goed glas onontbeerlijk zijn. Was het aantal grondelementen vroeger beperkt tot ca zes, zo is dit sinds het moderne wetenschappelijk onderzoek uitgebreid tot dertig en meer.
Het mengen
De zuiver afgewogen hoeveelheden grondstoffen worden gestort in de mengtrommel. Deze is een draaiende trommel, berustend op het principe van vrije val, een schroefmenger of een menger berustend op het tegenstroomprincipe (Erich), terwijl in de speciaalglasfabricage nog het handmengen voorkomt. De hoofdopgave van de menging is homogeniteit en de oude ervaringsregel: „goed gemengd is half gesmolten” geldt nog steeds.
Het smelten
Het hart van de glasbereiding vormt het smelten, hetgeen bestaat in het eigenlijk smelten, het louteren en het tot rust komen of homogenisatie. Het smelten verloopt eutectisch, een normaal glas is gesmolten bij ca 1100 gr. C. doch oventemperaturen zijn nodig van 1400-1600 gr. C.
De gesmolten massa is nog zeer onhomogeen en vol van gasbellen afkomstig van de ontlede carbonaten of sulfaten. Het opvolgend louteren geschiedt door louteringsmiddelen, als o.a. met arsenicum, dat door intense gasontwikkeling roerend en reinigend werkt, of zoals met mechanische roermiddelen (in zeldzame gevallen bij de fabricage van optisch glas). Na deze loutering is het nodig, dat het glas rust krijgt, waarbij door een belangrijke temperatuurdaling die homogeniteit en stabiliteit verkregen wordt, nodig voor de vormgeving.
Het smelten geschiedt in twee typen ovens. De pottenoven en de bassinoven, wan of tank; de eerste werkend met een aantal cylindervormige potten met een inhoud van enige honderden kg glas, de tweede vormend een groot bassin, van ca 1 m diep met een inhoud van één tot meer dan duizend ton glas. Aan de eerste ligt een principieel discontinu proces ten grondslag, terwijl de tweede een continu karakter draagt.
Het verbrandingsproces heeft zich ontwikkeld van het gewone open vuur tot de halfgasoven van Boetius en eindelijk tot de pasoven van Siemens.
Het voor de verbranding in de smeltruimte nodige gas wordt geleverd door gasgeneratoren, waarvan de oude generator van Siemens en de moderne automatisch gevoede en automatisch ontaste draairoostergeneratoren van verscheidene constructeurs goede voorbeelden zijn. Terwijl de pottenovens overheersend een ronde of ovale plattegrond bezit, met grootste inhoud bij kleinste stralend oppervlak, bezit de wanoven een langwerpige vorm, hetgeen zijn oorzaak vindt in het feit, dat, waar in de pottenoven het proces van smelten, louteren en afstaan, chronologisch en discontinu kan verlopen, dit in de tank niet tijdelijk maar ruimtelijk gescheiden moet plaatsvinden. Waar vroeger alleen de potoven voor kwaliteitsglas werd gebruikt, zijn de constructie van de tank en het inzicht in het smeltproces zo verbeterd, dat het wannenglas het duurdere pottenglas in vele gevallen kan vervangen, hetgeen de massaproductie en de economie ten goede komt. Alleen speciaal kwaliteitsglas en spiegelglas worden nog in potovens gesmolten.
Het vuurvaste materiaal is voor de glasindustrie van grote betekenis. De silica komt voor alle niet met glas in aanraking komende delen in aanmerking en geeft weinig moeilijkheid. De gebrande vuurvaste klei, de chamotte, stelt een moeilijker probleem. Voor het maken der potten heeft zich het eeuwenoude handwerk gehandhaafd.
In de fabricage der vuurvaste blokken heeft zich evenwel een evolutie voltrokken; achtereenvolgens ontwikkelde zich uit het handwerk: het gietproces van Weber, het zgn. S.U.G. Verfahren, het sïlimanietproces, en eindelijk het Mullit proces. Was het eerste proces een complexe bewerking met een fabricagetermijn van acht maanden, het laatste bestaat nog slechts uit een enkele bewerking, die in enkele dagen beëindigd is. De Amerikaanse, electrisch gesmolten „Corhart” steen bezit een zeer grote weerstand, is echter slechts in zeer eenvoudige vormen te maken.
Vormgeving
Deze was tot voor een halve eeuw uitsluitend handwerkskunst, terwijl tegenwoordig bijna alle massaproducten machinaal worden gevormd. Dit vormen, dat een grote vakkundigheid vereist, begint met het draaien van een juist afgepaste „portie” vloeibaar glas uit de glaspot aan de „blaaspijp” en het afbreken van de glasdraad, die glasdroppel en glasvloed nog verbindt, wat de Fransen aardig cueillir hebben genoemd. De plukker, cueilleur, of verbasterd keier, walst deze „post” glas aan het einde van zijn pijp op de walsplaat tot een massief omwentelingslichaam, welks vorm reeds bepalend is voor de vorm van het te maken voorwerp. Door afkoeling van het buitenoppervlak ontstaat reeds hier de belangrijke „huid”, die het warmere en vloeibare binnenglas vasthoudt als een leren zak de wijn.
Door een ademstoot in de pijp wordt de holle bol geboren, terwijl door de typische beweging van het omhoogzwaaien van de pijp, die aan een bazuinblazer doet denken, de goede glasverdeling ontstaat.
Het nu zo voorgevormde, goed verdeelde glas-zakje kan in de houten of ijzeren vorm worden uitgeblazen tot de gewenste eindvorm, waarbij door draaien van de pijp aan het glas een glad en glanzend oppervlak wordt gegeven. Het moeilijkste werk is voor de glasmeester. In zijn „stoel” drijft deze uit de vrije hand, met zeer primitieve middelen, het gloeiende materiaal op wonderlijke wijze tot zijn doel.
De machinale glasbewerking blijft tot voor een halve eeuw beperkt tot het gieten en walsen, tot spiegelglas, waarvan in Frankrijk de bakermat, de eerste giettafel ligt. Het glas, in potten gesmolten, wordt op de gekoelde ijzeren tafel uitgegoten en vervolgens platgewalst en op de vereiste grootte afgesneden. Na het walsen ontstond vervolgens de machinale bewerking van het „persen”, waardoor eenvoudige voorwerpen massief of in schaalvorm konden worden gemaakt. Ca 1880 werden in Engeland de mechanische blaasmachines gevonden, die zich onderscheiden in de persblaasmachines voor wijdmondige flessen met een pers-voorbewerking en een blaas-nabewerking en de zuigblaasmachines voor nauwmondige flessen, met een zuig-voorbewerking, waarbij de fles met de kop omlaag wordt voorgevormd en door blazen in normale stand wordt nagevormd.
Tot nu toe zijn al deze machines halfautomaten en wijken niet principieel van het handvormprocédé af. Amerika bracht in het begin van de 20ste eeuw de eerste volautomatische machine. De Owensmachine is voor het eerst geheel onafhankelijk van enige manipulatie en zuigt zelf het glas uit de glasvloed en vormt geheel automatisch deze glaspost tot een volledige fles.Naast dit type machine, dat cueilleur, glasblazer en glasdrijver in zich verenigt, ontwikkelden zich de volautomatische machines als die van Lynch, O’Neil en Miller, die een onafhankelijk voedingsapparaat (feeder) bezitten. Deze feeder, gemaakt uit vuurvast materiaal is in staat een bepaald aantal glasdruppels van bepaald gewicht uit de „tank” af te tappen.
De productie van deze machines bedraagt van 10 tot 20 flessen per minuut en zij zijn alle geschikt voor massafabricage. Voor kleinere productie-eisen werden geconstrueerd de Franse Roirantmachine met één vorm en berustend op het zuigprincipe van Owens en de Individual Suction machine van Hartford Fairmont, die werkt met een feeder. Een aparte groep vormen de ballonblaasmachines voor dunwandige glazen. Een succesvolle uitvoering is die van de Westlake machine. Terwijl een goede bollenblazer 90 ballons per uur blaast, blaast de variant op de Westlake machine, berustend op het zuigprincipe van Owens, de Ivanhoe machine, 60 000 goede ballons per 24 uur.
Een laatste vinding is die van Coming (Amerika), waarbij uit een continue glasband de ballons als het ware worden uitgeponst. Deze machine, die vlak voor Wereldoorlog II in bedrijf kwam, maakt heden 500 tot 800 ballons per minuut, de productie van een ballonblazer in een werkdag.
De vensterglasfabricage is een gebied op zichzelf. Terwijl sinds eeuwen de vensterruiten uit enorme met de mond geblazen cylinders werden gemaakt, opengesneden en gestrekt, heeft zich in de 20ste eeuw een totale omwenteling voltrokken. De Belg Fourcault bereikte dit door het glas door een vuurvaste „düse” omhoog te drukken, vervolgens de ontstane glasband tussen rollen te leiden en te koelen en deze als vlakken band van ca 1,80 m breedte, op bepaalde lengte direct boven de oven op maat te snijden. Een Fourcault machine produceert bij een breedte van 1,80 m: 1200 m2 per dag, terwijl 9 machines aan één oven werken.
Hoewel minder verbreid vond de Amerikaan Colburn een gelijkwaardig type uit.
Als laatste recente oplossing van het volautomatische procédé moet nog genoemd worden dat van het eeuwenoude gegoten en geslepen spiegelglas. Waar dit vroeger een discontinu proces was van gieten, walsen, snijden, koelen, slijpen en polijsten, kent men heden in Amerika en Engeland het maken) van spiegelglas waarbij dit alles in een continue band van glas en volautomatisch verloopt.
Het glasdraad of gesponnen glas is een der meest recente producten. Alhoewel de Egyptenaren reeds glasdraad trokken was deze zeer grof vergeleken met de moderne glasdraad met een dikte van niet meer dan 0,006 mm. Het verkreeg daardoor zeer bijzondere eigenschappen. Een discontinu en een continu proces worden toegepast.
Bij het eerste worden uiterst dunne stralen van gesmolten glas, door een stoom- of luchtstraal uiteengetrokken tot draden van enige duizendste mm dikte en 25 cm lengte en gevormd tot glaswoldekens. Bij het tweede worden door een zeer snel roterende trekmachine zonder hulp van stoom of lucht de uiterst dunne draden van gesmolten glas getrokken tot een continue draad, welke daarna tot de gewenste dikte wordt getwist, zoals dit bij textielmachines geschiedt.
Koeling. Het spanningsvrij maken van het te snel bij de bewerking afgekoelde glas wordt verkregen door aanwarming tot verwekingstemperatuur en daarna zeer geleidelijk afkoelen. De oorspronkelijk discontinu wei kende en afgesloten koelkamers werden vervangen door continu werkende kanaalkoelovens. De grootste evolutie had evenwel plaats door de moderne koelmachine.
Deze veelal met gas, olie of electrisch gestookte oven vereist geen handenarbeid meer en levert, als gevolg van de nauwkeurige temperatuurcontrole, binnen het uur het product volkomen spanningsvrij af.
Nabewerking. Veel holglas eist een nabewerking van afspringen, slijpen en inbranden, hetgeen met diamant en steekvlam, zand of amarilsteen en gasvlam geschiedt. Het slijpen van kunstglas, brillen en spiegelglas geschiedt met ijzeren, koperen, zanden amaril-schijven. Vooral voor spiegelglas is het slijpbedrijf op grote schaal met horizontale schijven van enige meters diameter een bedrijf op zichzelf.
Na het slijpen komt veelal het polijsten,
Het machinaal trekken van vensterglas volgens het procédé van Fourcault dat met schijven van hout, vilt, kurk of leer kan geschieden en waarbij poeders van verschillende fijnheid en hoedanigheid kunnen worden gebruikt. Een speciale bewerking is het etsen, waarbij met fluorwaterstofzuur het glas op bepaalde plaatsen wordt weggebeten en waarbij harsen en was als beschermstoffen dienen. Het oude graveren met vuursteen, smaragd en later diamant is thans geheel door etsen vervangen. Het boren geschiedt met een koperen buis en zand voor grote gaten, voor kleine gaten met een diamantboor of met een electrische vonkontlading, terwijl in de allerlaatste tijd het draaien van glas mogelijk is gebleken met widiametaal.
Het schilderen geschiedt met metaalverven, opgelost in vloeimiddelen en licht smeltbaar glas en de verflaag wordt door verhitting tot verwekingstemperatuur onafscheidelijk aan het glasoppervlak verbonden.
WETENSCHAP
Het eerste werk op wetenschappelijk gebied is wel dat van de Italiaan, monnik en geleerde Neri, l'Arte Vitraria Experimentalis (Florence 1612). Het diepgaand wetenschappelijk onderzoek dateert echter slechts van de allerlaatste tijd. Daaraan voorafgaande is evenwel zeer belangrijk het onderzoek van optisch glas door Guinand, dat later door Schott in Jena leidde tot het toepassen van een groot aantal nieuwe elementen en het vervaardigen van de door voortreffelijke homogeniteit, refractie en dispersiegraad uitmuntende lenzen.
Chemisch
De glazige toestand van een vaste stof onderscheidt zich van de kristallijne, waarin de meeste stoffen voorkomen. Een glas is een anorganische stof in een toestand, waarbij de vaste phase analoog is aan de vloeibare en zich alleen daarvan onderscheidt, dat de viscositeit door afkoeling uit de gesmolten toestand zo groot is geworden, dat het practisch een vaste stof is geworden. Glas is een onderkoelde vloeistof. De discontinue overgang van vloeibaar tot vast als bij kristallijne stoffen met hun kritische temperatuur, komt bij glas niet voor.
Modern microscopisch onderzoek heeft aangetoond dat deze toestand geen amorphe is, zoals vroeger verondersteld, maar een, waarbij de homogene regelmatige kristallijne structuur niet tot stand komt en een onregelmatigheid heerst in de bindingsstructuur der moleculen. Als gevolg hiervan is het glas niet in een chemische formule te vangen. Toch is men er in geslaagd een glas te definiëren door zijn chemische componenten. Zo geeft men een glas samengesteld uit silicium, soda en kalk aan als bijv.: 70 SiO1, 18 Na20, 12 CaO.
De voornaamste glasvormende oxyden zijn: Si02 uit zand; B203 uit borax; Al2O2 uit veldspaat; Na20 uit Na2CO2 (Solvay); K20 uit houtas; CaO uit kalksteen; MgO uit talk; PbO uit lood; BaO uit calciumsulfaat en ZnO uit zink. Het gebruik van deze materialen richt zich naar de eisen die men stellen moet aan verwerking en product.
Ofschoon de samenstellende oxyden als CaO, Si02 en Al203, smeltpunten bezitten van resp. 2570, 1560 en 2050 gr. G., waartegen het vuurvaste materiaal der ovens onmogelijk bestand zou zijn, heeft glas als gevolg der smeltpuntsverlaging van mengsels, een smeltpunt van slechts ca 1000 gr. C. en is daardoor het smelten in potten of basins van vuurvast materiaal mogelijk. Het heldere witte glas eist speciale voorzorgen, hetzij door uit te gaan van uiterst zuivere grondstoffen, hetzij door ontkleuring. Deze ontkleuring ontstaat door toepassing van complementaire kleuren, zo wordt het groen van het ijzeroxyduul door het rode seleen en het geel van het ijzeroxyde door het blauwe cobalt gecomplementeerd, hetgeen evenwel gaat ten koste van de absolute helderheid.
De schoonheidskleuring is reeds een probleem van eeuwen en behoorde tot een der sterkst bewaarde geheimen; het blijkt ook uit modern onderzoek een gecompliceerd karakter te bezitten, waardoor goede kleuring ook nog heden een zeer moeilijk probleem is.
Chemische onaantastbaarheid.
onderscheidt zich sterk van bijna alle andere materialen door zijn grote weerstand tegen aantasting van water, atmosferische invloeden, waterige oplossingen van zuren, basen en zouten. Vensters, serviesglas, flessen voor conserven en chemicaliën, laboratoriumglas, lampen, lenzen, isolatoren enz. ontlenen aan deze eigenschap mede hun grote bruikbaarheid. Het fluorwaterstofzuur maakt op de onaantastbaarheid voor zuren een markante uitzondering en wordt gebruikt in de techniek van het etsen van het glas.
Het glas als product kan worden onderscheiden in:
1. gewoon wit glas (natron-kalkglas), ook wel „kroon” of „verre ordinaire”, een glas, gemaakt uit zand, kalk en soda, gebruikt voor vensters, spiegels en alle soorten holglas.
2. Kalikalkglas of Boheems kristal. Een glas, waarbij het natrium is vervangen door kalium. Een hard glas, moeilijk smeltbaar en beperkt van toepassing.
3. Loodglas, kristal of flint. Een glas, waarbij het calcium is vervangen door lood, toegevoegd in de vorm van menie of loodwit. Een zwaar glas van hoge glans en sonore klank, dat zacht is en zich gemakkelijk laat slijpen. Gebruikt voor luxe-glas, lenzen en imitatie-edelstenen.
4. Groen flessenglas, eveneens een kalk-natrium-glas, maar daarnaast enige procenten Mg en Al bevattend en gemaakt uit minder zuivere grondstoffen (ijzerhoudend).
5. Optisch glas. Een loodglas of een borax-glas van zeer zuiver homogeen karakter, waarin voor de optische eisen, in kleine hoeveelheden, andere elementen zijn bijgemengd.
6. Thermoresistent glas, veelal een hoog kiezelzuurhoudend boraxglas als Jenaglas, Pyrex, Vycor, gebruikt voor vuurbestendig glas in verbrandingsbuizen. voor het laboratorium en de keuken.
7. Instrumentenglas. Een glas voor speciale technische doeleinden en wetenschappelijke instrumenten, o.m. thermometers.
8. Waterglas. Een zeer zacht Natriumglas in water oplosbaar.
9. Veiligheidsglas. Een gelamelleerd of een gehard glas voor o.m. autoruiten.
10. Kwartsglas. Een glas met 96 pct silicium met zeer kleine uitzettingscoëfficiënt voor uitzonderlijke doeleinden.
Physisch
Veel belangrijker dan de chemie van het glas blijkt de laatste jaren de physica van dit door chemische formulering niet vast te leggen product. De viscositeit, die van groot belang is voor de ontglazing, is dit niet minder voor de vormgeving. Daar de viscositeit bij dalende temperatuur sterk afneemt, wordt de moleculaire verschuiving door uitwendige krachten spoedig onmogelijk. Daar tevens de warmtegeleiding gering is, ontstaat bij snelle temperatuurdaling temperatuurverschil en treedt spanning op.
Daar de trekvastheid van glas slechts 4-8 kg/mm2 bedraagt (drukvastheid 60-125), zal een trekspanning spoedig tot breuk aanleiding geven. Bekendheid met en controle van de juiste temperatuurintervallen leidden in de laatste tijd tot de snelkoeling, waarbij dun glas in enkele minuten en dikker glas binnen een uur feilloos kan worden gekoeld en spanningsloos afgeleverd.
Broosheid en sterkte. Broosheid van het glas, het springen, heeft als oorzaak de geringe trekvastheid en elasticiteit van het materiaal. Glas springt door trekspanning, de ruit barst aan de tegenovergestelde zijde van de toegebrachte slag of stoot, het hete water in de fles doet haar uitwendig springen. Slecht gekoelde glazen kunnen vanzelf springen.
Toch bezit glas een relatief grote sterkte, getuige de peilglazen voor stoomketels en de flessen voor vloeistoffen onder druk en is men er de laatste tijd in geslaagd door het inbrengen van grote drukspanningen, het hardglas te maken, een glas van grote sterkte en buigzaamheid, hetgeen toepassing vindt in veiligheidsglas (auto’s), tafels, deuren, holglas enz. Dit hardglas kan en mag niet bewerkt worden, het springt niet maar vergruist.
Het sterkteprobleem van het glas is gecompliceerd, deze sterkte blijkt af te hangen o.m. van de aard van het oppervlak, de duur van de spanning en de diameter. Bij dunne glasdraden variërend van 0,6 mm tot 0,002 mm straal werden trekspanningen gevonden van 8 tot 370 kg/mm2. Vandaar de grote sterkte van gesponnen glas. De hardheid of krasbaarheid varieert met de samenstelling en ligt in de schaal van Mohs tussen 4 en 8, van het weekste loodglas tot het hardste kroonglas met de hardheid van bergkristal. Glas wordt dan ook door diamant gesneden.
Het soortelijk gewicht varieert van 2,2 (lithiumglas) tot 8 (zwaar loodglas) en is een additatieve eigenschap.
De uitzettingscoëfficiënt is binnen wijde grenzen variabel van 5 x 10-7 tot 140 x 10-7 cm per cm per gr. C. Zij is zeer belangrijk voor de thermoresistentie. Kiezelzuur en Borax hebben beide lage uitzettingscoëfficiënten, zodat het speciale Jenaglas en het bekende Pyrex, hoog kiezelzuurhoudende borax glazen zijn.
Uit de allerlaatste tijd stamt het Flamerex en Vycor van Corning. Het Flamerex is een thermoresistent glas met hoge verwekingstemperatuur en tevens gehard, waardoor schalen op de open vlam kunnen worden gebruikt. Het vycor is een kwartsglas, waarbij uitgaande van een alkali-kalk-borax glas, door een speciaal proces door zuren en een hoge temperatuur, de alkali- en kalk-elementen worden uitgewassen en een bijna zuivere kwarts overblijft. Het is tevens Corning gelukt 96 pct zuiver kwartsglas te maken in staven en buizen.
Alhoewel zeer kostbaar, bezit het o.a. door zijn lage uitzettingscoëfficiënt zeer bijzondere eigenschappen. Nog te recent van vinding, is van practische toepassing nog weinig bekend. De wijde grens waarbinnen de uitzettingscoëfficiënt is te variëren, maakte het mogelijk glas samen te stellen dat zich zowel met koper als wolfram laat lassen, hetgeen voor de gloeilampindustrie van groot belang is. Ook gelukte het op deze wijze verschillende glazen aan elkander te lassen hetgeen vroeger uitgesloten was.
De specifieke warmte bedraagt ca 0,2.
Het glas is in vergelijking met metalen een isolator. Het glaswol en het „waterproof” isolatieband zijn daarvan een voorbeeld. De electrische weerstand van glas is beduidend. De dialectrische constante varieert van 3,7 tot 16,5.
Door juiste samenstelling en harding kunnen isolatoren worden gemaakt, die de eigenschappen van porselein overtreffen. Als optisch product was glas reeds lang een onderwerp van wetenschappelijk onderzoek. Door invoering van een groot aantal nieuwe metalen werd het mogelijk lenzen samen te stellen waarbij brekingsindex en dispersie konden worden beïnvloed en de fouten geëlimineerd. De brekingsindex kan gevarieerd worden van 1,46 tot 2 en de dispersiegraad van 25 tot 67.
Door zeer zuivere grondstoffen en een uiterst homogene menging werden lichtdoorlaatbaarheid en homogeniteit tot grote perfectie opgevoerd. Monumentaal is de toepassing van optisch glas in de 5000 kg wegende telescoopspiegel van 5 m diameter van Mount Palomar, welke met een nauwkeurigheid van een lichtgolflengte is geslepen.
IR H. L. COPYN
Lit.: G. J. Philips, Glass, the miracle maker (1948); G. W.
Morey, The properties of Glass (1938); Dralle-Kepler, Die Glasfabrication (1948); J. F. van Oss, Technologie dl I (1948); F. Neuburg, Glass in Antiquity (London 1949).
