SKLO

Sklo patří k velmi významným silikátovým materiálům s širokým uplatněním v průmyslu,

stavebnictví, architektuře i umění. Ve stavebnictví se nejčastěji pouţívá k zasklívání okenních

a dveřních otvorů. Významně se uplatňuje také jako architektonický prvek, kdy hraje

výraznou úlohu při vytváření interiérů a exteriérů.

Sklo je anorganický, amorfní (nekrystalický) materiál, vyrobený tavením vhodných surovin

a následným řízeným ochlazením vzniklé skloviny bez krystalizace. Skelný stav vzniká

plynulým přechodem ze stavu kapalného do stavu pevného, při ochlazování skla dochází

k plynulému růstu viskozity aţ na tak vysokou hodnotu, ţe se materiál navenek jeví pevnou

látkou. Na rozdíl od krystalických látek postrádá struktura skla pravidelné, symetrické a

periodické uspořádání základních stavebních jednotek na delší vzdálenosti (viz. Obr. 1.).

Sklo můţe vytvářet celá řada anorganických látek. Nejběţnější jsou skla oxidová a z nich,

podle převaţující sloţky, skla křemičitá a boritokřemičitá. Pro speciální účely se pouţívají

skla fluoridová, fosforečná nebo chalkogenidová (tj. na bázi S – Se – Te). Nejrozšířenějším

sklem, pouţívaným ve stavebnictví, je sklo soustavy SiO2 – CaO – Na2O (Obr. 2.).

Z chemického hlediska je sklo tuhým roztokem různých křemičitanů sodných, draselných,

vápenatých, případně olovnatých nebo barnatých, které jsou doprovázeny dalšími

sloučeninami, zejména oxidy kovů.

Obr. 1. Plošné znázornění rozdílů mezi strukturou křemene, tj. krystalického SiO2 (a),

skelného SiO2 (b) a sodnokřemičitého skla (c). Podle Hlaváče (1988).

Obr. 2. Tetraedrická struktura křemičitého sodnovápenatého skla (Svoboda a kol., 2004)

Sklo se vyznačuje zejména relativně vysokou propustností světla v části viditelného spektra,

tuhostí a tvrdostí při běţných teplotách, křehkostí, homogenitou, odolností vůči

povětrnostním a chemickým vlivům, vysokou pevností v tlaku, relativně nízkou měrnou

tepelnou a elektrickou vodivostí a vysokou nepropustností a odolností vůči vodě, vzduchu a

jiným látkám (Gregerová, 1996, Adámek a kol., 1997, Svoboda a kol., 2004).

Historie výroby skla v Čechách a na Moravě

Sklo bylo objeveno v polovině 3. tisíciletí př. n. l. v Mezopotámii. Zpočátku bylo velmi

nečisté a pouţívalo se především na výrobu ozdob (tyčinky, kuličky). Obsahovalo oxid

křemičitý, vápník a sodík, jednalo se tedy o křemičité sodnovápenaté sklo.

Významné místo v historii výroby skla zaujímají Čechy a čeští skláři. Sklo je v Čechách

trvale přítomné od druhého tisíciletí před n. l., kdy ho sem v rámci výměnného obchodu

přinesli obchodníci ze syrské oblasti a z Egypta, bylo ale vyráběno také na našem území.

Nejde o čiré sklo, jak je známe ze současnosti, ale o drobnější různě zbarvený, často

nedokonale protavený sklovitý materiál (resp. fajáns), ze kterého byly vyráběny drobné

skleněné perly a korálky. Větší objem tavení a zpracování skla na našem území přinesli

Keltové zhruba v období 400 př. n. l. - 0. První písemná zmínka o skle na našem území

pochází ovšem aţ z roku 1162. První sklárny vznikaly ve druhé polovině 13. a v první

polovině 14. století v, do té doby nedotčených, příhraničních pralesích Krušných, Luţických

a Jizerských hor, Krkonoš, Šumavy, ale také na Moravě. Od poloviny 14. století jiţ nejstarší

české sklárny tavily téměř čiré, jen slabě do ţluta nebo do zelena nabíhající,

draselnovápenaté sklo a zhotovovaly z něj jak malovaná kostelní okna, tak číše a poháry. V

dnes neznámé sklárně byla patrně kolem roku 1370 za pomoci specialistů z Benátek utavena

také sklovina pro mozaiku na Zlaté bráně svatovítské katedrály na Praţském hradě.

České gotické sklo se zhotovovalo z nazelenalé skloviny, označované jako "lesní" sklo. Na

rozdíl od německých zemí, kde bylo toto sklo tmavě zelené, české sklo bylo světlé, blíţilo se

pozdějšímu křišťálu.

Za doby vlády Karla IV. došlo rovněţ k výrazné inovaci ve stavebnictví – začalo se pouţívat,

i kdyţ ne zcela běţně, okenní sklo. Čeští skláři prosluli v té době technologií zvanou

„procédé de Bohéme“, čili tzv. český způsob. Jednalo se o foukání skla do válců, následné

rozstřihnutí, rozvinutí zchlazené skloviny do roviny a vyhlazení. Touto technikou se vyráběla

především barevná chrámová okna.

V 16. století se vyrábělo sklo nejméně ve 34 českých hutích. V té době se v Čechách usazuje

řada huťmistrů ze sousedního Saska, kteří se usadili především v Luţických a Jizerských

horách a v Krkonoších. Poháry a číše zdobili vypalovanými pestrobarevnými smalty a

nabízeli je i v sousedních zemích. O jejich výrobky se zajímal arcivévoda Ferdinand Tyrolský

i císař Rudolf II., který dvě dynastie sklářských huťmistrů - Schürery a Wandery, povýšil i do

šlechtického stavu. V renesanci je hojně produkováno také sklo uţitkové, především

nápojové, zastoupené lahvemi, číšemi, poháry a holbami (Obr. 3.).

Obr. 3. Ukázka renesančního nápojového skla (přístupno z http://www.pribeh-hradu.cz/)

Na přelomu 16. a 17. století pozval Rudolf II. do Prahy věhlasné učence a umělce, mezi

nimiţ byli také řezači drahokamů a znamenitý rytec skla Caspar Lehmann. Z

nejvýznamnějších přínosů českých sklářů v tomto období lze zmínit tavbu modrého

kobaltového skla rodinou Schürerů v severních Čechách v 16. století či objev českého

křišťálu v Müllerově sklárně na Šumavě v 17. století.

Na přelomu 17. a 18. století zastínili čeští skláři kvalitou svých výrobků do té doby

bezkonkurenční benátské sklo. V Čechách se vyráběly číšky, konvice i rozměrné poháry, ale

také v renesanci oblíbené malované sklo, z něhoţ se největší oblibě těšilo černou barvou

(švarclotem) malované sklo z dílny rodu Preisslerů z Kunštátu. Především ale čeští skláři

zdobili křišťálové sklo rytými figurálními nebo ornamentálními dekory. Od dvacátých let 18.

století zhotovovali a do královských paláců dodávali i lustry s broušenými skleněnými

ověsky. K popularitě českého skla přispěli také obchodníci sklem. Z nich dodnes nejznámější

je G. F. Kreybich z Kamenického Šenova, který podnikl přes třicet obchodních cest a

navštívil téměř všechny evropské země včetně Ruska, Švédska a Anglie. V polovině 18.

století se jednotliví obchodníci sklem, převáţně soustředění kolem Kamenického Šenova a

Nového Boru (Haidy), sdruţovali v obchodních společnostech (kompaniích) se stálým

zastoupením v největších evropských městech a přístavech i v Americe. V šedesátých letech

začali čeští skláři vyrábět porcelán připomínající mléčné, tzv. koštěnkové sklo a zdobit je

malovanými rokokovými dekory.

Na konkurenci anglického skla odpověděli čeští skláři křišťálovými a zejména barevnými,

malbou, brusem a rytinami, později také zatavenými pastami zdobenými předměty ve stylu

biedermeieru. Skláři v Čechách patřili k nejlepším v Evropě a k technologickému vývoji skla

přispěli několika vynálezy. V Novém Boru ţil technolog-experimentátor Friedrich

Egermann, vynálezce opakních barevných sklovin (ţluté a červené lazury, opálu, lithyalinu).

Na Šumavě vynalezl hrabě Buquoy černý a červený hyalit. Mezi rytci skla vynikal portrétista

Dominik Bimann. Na Sázavě utavil František Kavalír ve třicátých letech 19. století první

chemicky odolné sklo na světě. Sklo vyráběné ve druhé polovině 19. století bylo ve znamení

historizujících slohů, především neorenesance. Aţ do sedmdesátých let se sklářské pece

vytápěly dřevem. Potom začaly vyuţívat generátorového plynu někde ještě vyráběného

hospodárnějším spalováním dřeva, ale většinou jiţ hnědého uhlí v Siemensových

generátorech. Sklárny se stěhovaly z lesů do blízkosti hnědouhelných dolů nebo alespoň

ţelezničních stanic.

Začátkem 20. století ovládla evropský ţivotní styl secese. Čeští skláři se jí brzy přizpůsobili.

Roku 1900 byli početně zastoupeni na Světové výstavě v Paříţi, kde sklárna z Klášterského

Mlýna získala nejvyšší ocenění - Velkou cenu (Grand prix). Úctyhodnou úroveň měly také

výrobky z Harrachovy sklárny v Novém Světě, Moserovy sklárny v Karlových Varech i

odjinud. V Čechách byly nainstalovány první Owensovy automaty na výrobu lahví a vyřešit

se podařilo také strojní výrobu plochého skla. Průmyslového vyuţití se revoluční způsob

strojní výroby plochého skla z hladiny sklářské vany, navrţený Belgičanem Fourcaultem,

nejdříve dočkal roku 1919 v Mühligově sklárně v Hostomicích.

Po vzniku Československé republiky se na UMPRUM v Praze věnoval výchově prvních

českých sklářských umělců sochař a glyptik prof. Josef Drahoňovský. K odborným

sklářským školám v Kamenickém Šenově a Novém Boru, zaloţeným v roce 1856, resp.

1870, přibyla v roce 1920 první česká sklářská škola v Ţelezném Brodě a zaslouţila se o

vznik dalšího významného střediska výtvarného vývoje a výroby dekorativního i uţitkového

skla v Čechách. Lustry z Kamenického Šenova ozářily ve dvacátých a třicátých letech

interiéry operních budov v Římě, Miláně, Bruselu a luxusních hotelů ve Spojených státech aj.

Dvacátá a třicátá léta 20. století byla obdobím prvního rozkvětu výroby a praktického

vyuţití plochého stavebního skla a skleněných tvárnic, a to především v moderní

funkcionalistické architektuře. Vznikala také vynikající monumentální umělecká díla ze skla -

vitráţe a první mozaiky z české mozaikové skloviny do historické (katedrála svatého Víta na

Praţském hradě) i současné architektury. Nové české umělecké i stavební sklo bylo úspěšné

na mezinárodní výstavě dekorativních umění v Paříţi (1925) i na světových výstavách v

Bruselu (1935) a v Paříţi (1937).

Od 2. světové války vychovává sklářské odborníky Vysoká škola uměleckoprůmyslová a

Vysoká škola chemicko-technologická v Praze, střední průmyslové školy sklářské v

Kamenickém Šenově, Novém Boru a Ţelezném Brodě a odborná učiliště. Čeští sklářští

výtvarníci byli úspěšní na světových výstavách v Bruselu, Montrealu, Ósace i jinde. Čeští

sklářští výtvarníci věnovali také velkou pozornost výtvarné úrovni průmyslově vyráběného

uţitkového skla. V padesátých a šedesátých letech 20. století se rozvíjel sklářský vývoj a

výzkum. Jeho výsledkem bylo například praktické vyuţití nových technologií při výrobě

taveného křemene a čediče, nekonečného skleněného vlákna, pěnového skla (pouţito bylo

např. při stavbě československého pavilonu na Světové výstavě v Bruselu roku 1958),

netradičních optických skel, ohnivzdorného skla SIMAX aj. V roce 1969 byla, podle anglické

licence, zahájena výroba plaveného skla Float ve sklárně Sklo Unionu Teplice v Řetenicích.

Suroviny používané pro výrobu skla

Základní surovinou pro výrobu skla jsou sklářské (tavné) písky. Jsou to zrnité, většinou

světle zbarvené aţ bílé horniny (křemenné písky nebo málo zpevněné pískovce)

s primárním obsahem SiO2 zpravidla v rozmezí 60 – 80%. Sklářské písky obsahují, vedle

naprosto dominantního křemene, také zrna (klasty) jiných minerálů – nejčastěji ţivců, slíd

(biotitu, muskovitu) a tzv. těţkých minerálů (např. granátů, zirkonu, turmalínu, rutilu,

ilmenitu, magnetitu). Jako pojivo se zpravidla uplatňují jílové minerály (např. kaolinit),

karbonáty a oxohyroxidy ţeleza.

Sklářské písky se těţí povrchovým způsobem v lomech. Způsob rozpojování horniny závisí

na stupni jejího zpevnění (diageneze), u silněji zpevněných písků a pískovců se pro

rozpojování pouţívají trhací práce.

Poţadavky na kvalitu sklářských písků (zrnitostní, minerální a chemické sloţení) se mění

podle druhu vyráběného skla. Písky v poţadované kvalitě se většinou v přírodě nevyskytují,

proto je nutno je upravovat drcením, praním (odstranění odplavitelných, jílovitých částic)

a tříděním (docílení poţadované zrnitosti). Při výrobě skla vyšších jakostí je navíc nutné

náročnějšími způsoby úpravy (elektromagnetická separace, flotace aj.) sníţit obsahy

barvicích oxidů (Fe2O3, TiO2); poţadován je také maximální obsah SiO2.

Poţadavky na maximální obsahy Fe2O3 ve sklářském písku pro některé základní typy skla

uvádí Tab. 1. V Tab. 2. jsou pak uvedeny poţadavky na obsahy základních oxidů u

jednotlivých jakostních tříd sklářských písků.

Tab. 1. Hodnoty maximálního obsahu Fe2O3 ve sklářských píscích pro různé typy skel

(Gregerová, 1996)

Kromě obsahu barvících oxidů je dalším důleţitým parametrem sklářských písků jejich

granulometrie (zrnitostní skladba), kdy by se maximální podíl zrn měl pohybovat v rozpětí

0,1 – 0,6 mm (viz Tab. 2.).

Tab. 2. Poţadavky na zrnitost sklářských tavných písků (podle Gregerové, 1996)

Jakostní třída TS 40 TS 25 TS 21 TS 20 TS 15

Frakce mm Obsah frakce

%

Obsah frakce

%

Obsah frakce

%

Obsah frakce

%

Obsah frakce

%

pod 0,1 max. 1,5 max. 1,5 max. 1,0 max. 5,0

max. 1,0

0,1- 0,315

min. 90 % min. 93% min. 94%

min. 84

0,315 – 0,5

min. 85%

max. 14

0,5 – 0,63 max. 1,0

0,63 – 0,8 max. 8,0 % max. 5,0% max. 5,0%

0

0,8 – 1,0 max. 10% 0

1,0 – 1,25 max. 0,2 max. 0,2 0 max. 0,2 0

Tab. 3. Poţadavky na chemické sloţení pro jednotlivé jakostní třídy sklářských písků

(Gregerová, 1996)

Oxid TS 40 TS 25 TS 21 TS 20 TS 15

SiO2 98,5 99,0 99,0 99,2 99,3

Fe2O3 0,040 0,025 0,021 0,020 0,015

TiO2 0,15 0,15 0,10 0,05 0,01

Al2O3 0,4 0,3 0,2 0,2 0,2

Největší a nejvýznamnější loţiska sklářských písků jsou v České republice soustředěna

v české křídové pánvi, menší pak v pánvi chebské (Obr. 4.). Některé potenciálně loţiskově

zajímavé oblasti české křídové pánve jsou však, především z důvodů ochrany přírody,

neperspektivní (např. Luţické hory, Český ráj, Adršpašsko-teplické skály atd.)

Nejvýznamnějším loţiskem v ČR je Střeleč (Obr. 5.) v jizerské faciální oblasti

české křídové pánve. Těţená surovina je tvořena slabě zpevněnými křemennými

pískovci coniackého stáří a její kvalita dosahuje světových parametrů (Konta,

1982, Kuţvart a kol., 1983). V jeho jiţním předpolí je vyhodnoceno rezervní loţisko

Mladějov v Čechách.

Druhou nejvýznamnější oblastí je jiţní okolí České Lípy v luţické faciální oblasti

křídové pánve. Surovina je tvořena slabě zpevněnými křemennými pískovci

středněturonského stáří. V současnosti vyuţívaná loţiska Srní 2-Veselí a Provodín

jsou dotěţována a v blízké budoucnosti budou nahrazena loţiskem Srní-Okřešice.

Netradiční loţisko Velký Luh je tvořeno pliocénními štěrkopísky chebské pánve

(přeplavený materiál z kaolinicky zvětralé smrčinské ţuly). Surovina je

vyuţívána pro výrobu písků technických, keramických a vodárenských, většina

nebilanční suroviny jako stavební písek. Výroba sklářských písků zde v současnosti

není uskutečňována, protoţe by vyţadovala náročnou úpravu.

Současná výše těţby sklářských písků se v České republice pohybuje okolo 900 kt za rok

(Starý a kol., 2006).

Obr. 4. Geografická pozice loţisek sklářských písků v ČR (Starý a kol., 2006). 1 – Provodín, 2 – Srní 2 – Veselí, 3 – Střeleč, 4 – Velký Luh, 5 – Mladějov v Čechách, 6 – Srní - Okřešice

Obr.5. Pohled na část povrchového lomu ve Střelči, nejznámějšího českého loţiska

sklářských písků (přístupno z http://www.sklopisek.cz/)

Kromě oxidu křemičitého ve formě sklářského písku obsahují skla celou řadu dalších oxidů.

Celkový přehled sklářských surovin, podle jejich funkce při výrobě skla, uvádí Tab. 4.

Tab. 4. Přehled sklářských surovin (Gregerová, 1996)

Dalšími základními sloţkami běţných skel (tj. skel soustav SiO2 – CaO – Na2O a SiO2 –

CaO – K2O ) jsou CaO a alkálie (Na2O a K2O). CaO je do surovinové směsi (tzv. sklářského

kmene) přidáván nejčastěji ve formě jemně mletého vápence (CaCO3). Tavením kmene

přechází uhličitan vápenatý na oxid vápenatý, jehoţ obsah upravuje rozpustnost a chemickou

odolnost skla. Oba alkalické oxidy se do kmene přidávají rovněţ ve formě uhličitanů (sody –

Na2CO3, resp. potaše – K2CO3). Obsah alkálií ve sklářském kmeni ovlivňuje zejména

teplotu tavení vsázky.

Uhličitan sodný (Na2CO3) se v současnosti průmyslově vyrábí pomocí dvou výrobních

technologií. V Evropě je jiţ více neţ 100 let vyuţíván tzv. Solvayův postup (v Čechách byl

tento způsob zaveden v roce 1905 v Neštěmicích u Ústí nad Labem). Soda však byla vyráběna

jiţ dříve, a to od r.1791 tzv. Leblancovým způsobem (na území dnešní České republiky

existovaly tři výroby Leblancovy sody – v Ostravě-Hrušově - 1851, Petrovicích u Karviné -

1852 a Ústí nad Labem – 1856). Leblancův způsob lze popsat následujícími rovnicemi:

2 NaCl + H2SO4 → Na2SO4 + 2 HCl

Na2SO4 + CaCO3 + 2 C → Na2CO3 + 2 CO2 + CaS

Směs se taví v peci. Z vychladlé taveniny je poté uhličitan sodný vylouţen vodou.

Modernější Solvayův způsob je zaloţen rovněţ na pouţití chloridu sodného a vápence, navíc

je však pouţíván také amoniak. Popsán byl v r. 1861 a jeho princip lze popsat následujícími

rovnicemi:

CaCO3 → CO2 + CaO

H2O + NaCl + CO2 + HN3 → NaHCO3 + NH4Cl

2 NaHCO3 → CO2 + Na2CO3 + H2O (kalcinace)

2 NH4Cl + CaO → H2O + 2 NH3 + CaCl2

Druhým zdrojem kalcinované sody v současnosti je technologie zpracování trony. Trona je

přírodní minerál (NaHCO3 . Na2CO3 . 2 H2O), jejíţ největší světová, průmyslově vyuţívaná

loţiska jsou v USA (zejména ve státě Wyoming). Podstatou výroby je zejména kalcinace.

Uhličitan draselný (K2CO3 – potaš) se vyrábí z přírodního minerálu sylvínu (KCl, tj.

chloridu draselného) tzv. stassfurtským způsobem:

2 KCl + 3 MgCO3 . 3 H2O + CO2 → 2 MgCO3 . KHCO3 . 4 H2O + MgCl2

2 MgCO3 . KHCO3 . 4 H2O → 60oC → K2CO3 + 2 MgCO3 . 3 H2O + CO2 + 3 H2O

Dalším moţným způsobem průmyslové výroby potaše je karbonatace roztoku hydroxidu

draselného:

2 KOH + CO2 → K2CO3 + H2O

Kromě uvedených hlavních (sklotvorných) surovin se při výrobě skla můţe pouţívat celá řada

pomocných látek se specifickými účinky, např. fosforečnany a fluoridy pro dosaţení zákalu,

čeřící a barvící látky, oxidační a redukční činidla apod.

Čeřiva jsou látky, které se do sklářského kmene přidávají v malém mnoţství, aby odstranily

z roztavené skloviny bublinky a nečistoty a zároveň ji homogenizovaly. Často pomáhají také

k urychlení tavících procesů a napomáhají k odbarvování skloviny. Jako čeřiva se pouţívají

sírany (sodný, vápenatý, barnatý) nebo dusičnany – ledky (draselný, vápenatý, barnatý).

Barviva jsou látky, které udělují sklu poţadované zbarvení. Po chemické stránce se jedná

nejčastěji o elementární kovy nebo oxidy a soli kovů. Mezi známá barviva skla patří např.

mangan (dodává ametystové zbarvení), kobalt (modré zbarvení), měď (tyrkysové, ale i

tmavě červené zbarvení), zlato (rubínová barva), stříbro (ţlutá aţ oranţově červená barva).

Určitý podíl vsázky tvoří také drcené odpadní sklo (skleněné střepy). Pouţitím skleněných

střepů dochází k materiálovému vyuţití odpadů, úspoře primárních surovin a zároveň ke

zrychlení tavícího procesu a zlepšení počáteční homogenity skloviny. Větší obsah střepů ve

vsázce neţ 30 – 40% by naopak způsoboval prodlouţení doby čeření skloviny (Hlaváč, 1988).

Sloţením sklářského kmene, tj. volbou jednotlivých sloţek a jejich poměrného zastoupení je

moţno ovlivňovat vlastnosti skla, a to v poměrně širokých mezích. Základní fyzikální a

mechanické vlastnosti běţných typů skel uvádí Tab. 5.

Tab. 5. Fyzikální a mechanické vlastnosti skla (podle Hlaváče, 1988 a Svobody a kol., 2004)

Vlastnost Rozpětí hodnot a rozměr

Hustota 2200 – 3600 kg.m-3

(olovnaté sklo aţ 6000 kg.m-3

)

Pevnost v tlaku 700 – 1200 MPa

Pevnost v tahu

30 – 90 MPa

Pevnost v ohybu 40 – 190 MPa

Modul pruţnosti 50 – 90 GPa

Součinitel délkové teplotní roztaţnosti 6 – 9.10-6

K-1

Součinitel tepelné vodivosti 0,6 – 0,9 W.m-1

.K-1

Měrná tepelná kapacita (měrné teplo) 850 – 1000 J.kg-1

.K-1

Poissonův součinitel 0,14 – 0,32

Tvrdost dle Mohsovy stupnice 6 – 7 (odpovídá tvrdosti ţivce aţ křemene)

Index lomu 1,5 – 1,9 (u speciálních skel aţ 2,25)

Vysvětlivky:

- pevnost obecně vzrůstá s rostoucím obsahem SiO2 a klesajícím Na2O, pevnost výrazně závisí také na

vlastnostech povrchu, rozměrech vzorku a vnitřních defektech,

- tahová pevnost výrazně závisí na rozměrech vzorku, a to zejména při velikosti vzorku pod 1mm (skleněná

vlákna o průměru 0,1 mm měla pevnost v tahu 290 MPa, vlákna o průměru 4m jiţ 3380 MPa (Hlaváč, 1988).

Základní druhy skla

Sklo, resp. skelné materiály je moţno rozdělit podle celé řady hledisek, a to zejména podle:

1. původu:

přírodní – skla, která vznikla přírodními procesy, a to nejčastěji vulkanickou

činností nebo v souvislosti s jiným tepelným procesem v přírodě.

Typickými představiteli přírodních skel jsou horniny ze skupiny vulkanických

skel (obsidián, pemza, perlit a smolek), které vznikají rychlým ochlazením

kyselé lávy na zemském povrchu. V minulosti byl zejména obsidián vyuţíván

pro výrobu kamenné industrie, a to např. u středo- a jihoamerických

indiánských kultur. Kromě vulkanických skel patří mezi k přírodním sklům

také tzv. tektity. Tektity jsou skla, která vznikla v souvislosti s dopadem

(impaktem) meteoritu na zemský povrch a roztavením původních

sedimentárních hornin v místě dopadu. Podle místa geografického výskytu se

tektity označují např. jako vltavíny, australity, indočínity (javanity, filipínity),

irgizity. Mají tvar disků, kapek, tyčinek knoflíků s vrásčitým povrchem

(skulptací) a barvu od zelené přes hnědou po černou. Vltavíny (Obr. 6.) byly

objeveny v r. 1787 jako první z tektitů a dostaly svůj název podle řeky Vltavy.

Nacházejí se v České republice (jiţní Čechy, jiţní Morava, okolí Chebu) a

v Německu (okolí Dráţďan). Jejich vznik bývá vysvětlován jako důsledek

dopadu meteoritu do oblasti dnešního Bavorska před cca 14,7 mil.lety a s tím

související vytvoření kráteru Ries. Pouţívají se především jako šperkařská

surovina (Bouška a kol., 1987).

Obr. 6. Vltavín z výraznou skulptací povrchu (přístupno z http://www.moravska-galerie.cz/)

umělá – skla, vznikají buď tavením sklářského kmene a přísad a následným

řízeným ochlazením bez krystalizace (označovaná také jako průmyslová skla)

nebo jako vedlejší produkt spalování uhlí (vysokoteplotní popílky, uhelné

tavné strusky).

3. chemismu průmyslových skel (tj. podle příslušnosti k základním soustavám):

SiO2 – křemenné sklo

Křemenné sklo vzniká tavením čistého křišťálu nebo ţilného křemene ve

vakuu při teplotě kolem 2000oC (čistý SiO2 má teplotu tání 1727

oC – viz.

Obr.7.). Křemenné sklo se nejčastěji pouţívá pro výrobu osvětlovacích výbojek

a různých aparatur.

Na2O (K2O, Li2O) - SiO2 – tzv. rozpustné (vodní) sklo

Vodní sklo je obchodní název jak tavenin alkalických křemičitanů, tak

především jejich vodných roztoků. Vyrábí se dvoustupňovou syntézou.

V prvním kroku vzniká tavením křemičitých písků se sodou (sodná vodní

skla) nebo potaší (draselná vodní skla) a rychlým zchlazením taveniny tzv.

vodní sklo pevné (resp. pevný křemičitan sodný – PKS). Vodný (koloidní)

roztok pak vzniká rozpouštěním skloviny (sodnokřemičité, resp.

draselnokřemičité) horkou vodou nebo vodní párou za zvýšených teplot a

tlaků.

Tavení sodnokřemičité frity z křemičitého písku a sody probíhá v kontinuální

vanové peci při teplotách 1300 – 1400oC podle rovnice:

x SiO2 + y Na2CO3 → (x SiO2 . y Na2O) + y CO2

V ojedinělých případech se jako alkalická sloţka místo kalcinované sody

pouţíval také síran sodný za přítomnosti koksu nebo dřevěného uhlí:

Na2SO4 + 2 C → Na2S + 2 CO2

Na2S + 3 Na2SO4 → 4 Na2O + 4 SO2

Na2O + (1 – 4) SiO2 → Na2O . (1 – 4) SiO2

Molární poměr SiO2 : Na2O se u sodnokřemičité frity pohybuje mezi 2,0

(alkalická frita) – 3,6 (neutrální frita, viz Tab. 6). Vodní sklo s molárním

poměrem niţším neţ 2,0 (např. pro tukový průmysl) se připravuje úpravou

vodního skla roztokem hydroxidu sodného.

Tab. 6. Sloţení vodních skel pevných (Antoš, Koutník, 2008)

Parametr PKS 3,2 PKS 2,0

Molární poměr (-) 3,2 – 3,5 2,1 – 2,3

Obsah SiO2 (% hmot.) 76 68

Obsah Na2O (% hmot.) 23 31

Nerozpustný zbytek (% hmot.) max. 0,4 max. 0,4

Ztráta sušením (% hmot.) max. 0,1 max. 0,1

Pozn.: Molární poměr se vypočte z hmotnostního poměru sloţek (% hmot. SiO2 : % hmot. Na2O, resp. % hmot.

K2O) vynásobením koeficientem 1,032 pro křemičitan sodný a 1,569 pro křemičitan draselný

Rozpouštění pevné frity probíhá v rotačních nebo stacionárních autoklávech

při tlaku 0,4 – 0,6 MPa při době rozvařování 3 – 4 hodiny.

Alternativní metodou výroby jak sodného, tak i draselného vodního skla je

hydrotermální postup, který představuje reakci křemičitého písku (nebo

křemeliny, příp. syntetického amorfního oxidu křemičitého) s vysoce

alkalickými roztoky hydroxidů sodného nebo draselného.

Vodní sklo se pouţívalo nebo pouţívá k impregnaci papírových tkanin, ke

konzervaci vajec, jako plnivo do mýdel, k ochraně a sanaci přírodního

kamene, ale zejména jako pojivo kyselinovzdorných tmelů, ţáruvzdorných

materiálů (např. v kombinaci se šamotovou moučkou), fasádních nátěrových

hmot, při výrobě porcelánu, nástřiků pro protipoţární ochranu konstrukcí,

umělých zeolitů nebo geopolymerů.

Na2O – CaO - SiO2 – křemičité sodnovápenaté sklo

Jedná se o nejběţnější chemickou soustavu skla. Sklovina tohoto sloţení

slouţí pro výrobu plochého, obalového a uţitkového skla. Fázový diagram

soustavy Na2O – CaO - SiO2 je uveden na Obr. 7 (pro průmyslová skla je

v uvedeném ternárním diagramu nejdůleţitější oblast primární krystalizace

devitritu – Na2O.3CaO.6SiO2, wollastonitu - CaO.SiO2 a tridymitu – SiO2).

Sloţení plochého a obalového skla se pohybuje nejčastěji v rozmezí: 70 –

73,5 hm.% SiO2, 0,6 – 2,0 hm.% Al2O3, 6 – 11 hm.% CaO, 1,5 – 4,5 hm.%

MgO a 13 – 15 hm.% Na2O. Obdobná sloţení mají i barevná obalová skla,

která se však liší vyšším obsahem barvících oxidů (zelená skla mají obsah 1,5 –

2,0 Fe2O3 a 0,3 – 0,8% MnO, u hnědých skel dosahuje poměr Fe2O3 : MnO 1:2

– 1:3)

Obr. 7. Ternární diagram soustavy Na2O – CaO - SiO2 (Hlaváč, 1988)

K2O – CaO - SiO2 a K2O – PbO - SiO2 – křišťálová skla

Jako křišťálové sklo se označuje velmi kvalitní druh čirého bezbarvého skla

s vysokým leskem vysokou světelnou propustností. Pouţívá se pro výrobky

umělecké, dekorační, ale také uţitkové (např. stolní sklo). Historickými

reprezentanty této chemické soustavy byly tzv. český (draselnovápenatý) a

anglický (draselnoolovnatý) křišťál. Podle současné mezinárodní konvence se

pojmem křišťálové sklo omezuje pouze na olovnaté sklo s více neţ 24% PbO a

s indexem lomu vyšším neţ 1,545 (Hlaváč, 1988). Kromě uvedených typů skel

je PbO a K2O častou součástí skel optických.

Na2O – B2O3 - SiO2 – tepelně odolná skla

Jako tepelně odolná skla se označují skla s lineárním koeficientem teplotní

roztaţnosti menším neţ 5.10-6 K-1

. První tepelně odolné (laboratorní) sklo bylo

u nás vyrobeno jiţ v roce 1837 v Sázavě. Po roce 1945 byly představiteli této

skupiny skel např. tzv. jenské sklo (75% SiO2 a 8% B2O3) nebo u nás sklo

Simax (80% SiO2 a 12,8% B2O3). Z těchto typů skel se vyrábí laboratorní

nádobí nebo varné nádobí pro domácnost. Vysoký obsah SiO2 vyţaduje tavící

teploty okolo 1600oC.

CaO – MgO – Al2O3 - SiO2 – nízkoalkalická skla

Tyto skla obsahující méně neţ 1 % K2O + Na2O mají vyuţití v chemickém a

farmaceutickém průmyslu, kdyţ je přítomnost alkálií neţádoucí.

3. způsobu průmyslové výroby a použití:

ploché sklo tažené, válcované nebo vyráběné tzv. float procesem

Ploché sklo je nejrozšířenějším typem výrobků z kompaktní skleněné hmoty.

Pouţívá se ve stavebnictví pro zasklívání oken, dveří, přepáţek, stěn, balkonů,

výkladních skříní, případně i jako vnější fasádní obkladový materiál

v kovových rámech. K taţeným sklům patří např. skla matová a ledová,

zrcadlové sklo, bezpečnostní sklo, determální skla, bezpečnostní a tvrzená skla.

Příkladem válcovaných skel můţe být sklo s drátěnou vloţkou. Float proces

je zvláštní způsob tvarování skla, kdy proud skla vstupuje do komory

s roztaveným cínem, na kterém se rovnoměrně roztéká a získává rovnoměrnou

tloušťku a hladkou plochu. V současné době se plochá skla všech způsobů

výroby pouţívají také k výrobě izolačních skel, vytvořených ze dvou nebo

více skel se vzduchovou dutinou nebo dutinou vyplněnou inertním plynem

(tzv. izolační dvojskla nebo trojskla).

tvarované sklo

Jako tvarované sklo se označují stavební prvky, vyráběné buď jako duté, plné

nebo korýtkovité tvarovky, skleněné tašky a trouby. Pouţívají se na

sklobetonové konstrukce stěn, stropů nebo kleneb, kdy mohou staticky

spolupůsobit spolu s betonovou výplní nebo tvořit pouze pouze průsvitnou

výplň. Příkladem dutých tvarovek jsou např. tzv. luxfery, pouţívané pro

nenosné konstrukce vnějších i vnitřních stěn a jako výplně otvorů. Skleněné

tašky se pouţívají půdních prostorů namísto střešních okýnek a vyrábějí se ve

velikostech a tvarech totoţných s keramickými pálenými taškami (bobrovkami,

dráţkovými taškami).

foukané sklo

Foukané sklo se tvaruje pomocí sklářské píšťaly. Tímto způsobem se vyrábí

zejména umělecké a dekorativního skla, ale také skla technického a uţitkového

(stolního).

pěnové sklo

Pěnové sklo je anorganický pórovitý materiál s tepelněizolačními

vlastnostmi, který má, na rozdíl od ostatních tepelněizolačních materiálů,

vysokou pevnost v tlaku. Vyrábí se z nízkotavitelné skloviny, která se při

teplotě asi 1000oC ve formách napěňuje vhodnými zpěňovaly (např. sazemi

nebo uhlím, které v ţáru hoří a napěňují sklovinu aţ na dvacetinásobek

původního objemu). Výroba pěnového skla se datuje od 40. let 20. století, kdy

se začalo pouţívat jako náhrada korku při stavbě lodí. V České republice se

začalo pěnové sklo vyrábět v 50. letech minulého století pod názvem

Spumavit. Bylo např. pouţito při výstavbě československého pavilonu na

výstavě EXPO 1958 v Bruselu. V současné době se u nás nevyrábí. Vlastnosti

pěnového skla uvádí Tab. 7.

Tab. 7. Orientační rozsahy vybraných vlastností pěnového skla (Svoboda a kol., 2004)

skleněná vlákna

Skleněná vlákna jsou materiál, který má v současnosti velmi široké uplatnění

ve stavebnictví. Vyrábějí se taháním, odstřeďováním nebo rozfukováním

roztavené skloviny. Pouţívají se zejména jako tepelně a zvukově izolační

materiál (např. výrobky Isover nebo Rotaflex).

Skleněná vlákna mohou mít uplatnění také jako rozptýlená výztuţ

v betonech. Patent na rozptýlenou výztuţ pochází jiţ z roku 1874,

k podstatnějšímu uplatnění skleněných vláken v betonech však dochází aţ 90.

letech 20. století. Vláknitá výztuţ především omezuje vznik trhlin při

smršťování betonu a zlepšuje pevnostní vlastnosti ztvrdlého betonu. Pouţívá se

jak v monolitickém, tak v prefabrikovaném betonu. Skleněná vlákna

v betonech musejí především odolávat silně alkalickému prostředí

cementového tmele a kamene, čehoţ se dosahuje buď speciálním sloţením

sklářského kmene (Na2O – SiO2 – ZrO2) nebo povrchovou lubrikací (Obr. 8.).

Obr. 8. Mikrostruktura betonu vyztuţeného skleněnými vlákny (vlevo - skleněné vlákno

odolné proti alkalitě (Cem-FIL) po několika letech, vpravo - běţné skleněné vlákno po

několika týdnech). Podle Pytlíka (2000).

Technologie výroby skla

Při výrobě skla se uplatňují čtyři dílčí technologické procesy:

příprava vsázky (tj. sklářského kmene a přísad) a její dávkování

Upravené, pomleté a vysušené suroviny se mísí a homogenizují v poţadovaném

poměru v mísících zařízeních. Mísení je dnes prováděno nejčastěji strojně pomocí

uzavřených mísidel tak, aby bylo zabráněno prášení surovin.

tavení skla

Tavení skla se provádí ve sklářských tavících pecích (nejčastěji pánvových nebo

vanových). Tavící proces se rozděluje na tři hlavní fáze: vlastní tavení, čeření a

homogenizace a chlazení (sejití skloviny) pro tvarování. Při tavicím procesu se

dosahuje nejčastěji teplot v rozmezí 1400 – 1600oC. Palivem je nejčastěji

generátorový nebo zemní plyn.

tvarování skla

Při tvarování se vyuţívá viskózní deformace a silné závislosti viskozity skloviny na

teplotě. Během tvarování nesmí dojít ke krystalizaci skloviny. Tvarování se provádí

od ručních aţ po plně automatizované procesy, a to foukáním, taţením,

válcováním, litím nebo lisováním.

chlazení skla

Chlazení se provádí ve speciálních chladících pecích zpravidla v teplotním intervalu

700 – 400oC. Jedná se o řízené chlazení, kterým se z výrobku odstraní nebo se

zabrání vzniku vnitřního pnutí. Chlazením se můţe i podstatně zvýšit pevnost skla.

Po ochlazení se můţe sklo povrchově upravovat (brousit, leštit, pískovat, leptat).

Doporučená literatura ke kapitole Sklo

1. Antoš, P., Koutník, P.: Alkalické aktivátory metakaolínu. – Sbor. příspěvků semináře

„Metakaolín 2008“, VUT Brno, s. 5 – 10.

2. Bouška, V. a kol.: Přírodní skla. – Academia Praha, 1987, 264 s.

3. Gregerová, M.: Petrografie technických hmot. – Skripta PřF Masarykovy university

v Brně, 1996, 139 s.

4. Hlaváč, J.: Základy technologie silikátů. – SNTL / Alfa, Praha, 1988, 515 s.

5. Konta, J.: Keramické a sklářské suroviny. – UK Praha, 1982, 364 s.

6. Kužvart, M. a kol.: Loţiska nerudních surovin ČSR. – Univerzita Karlova v Praze, 1983,

521 s.

7. Pytlík, P.: Technologie betonu. – VUTIUM Brno, 2000, 390 s.

8. Starý, J. a kol.: Surovinové zdroje České republiky. Nerostné suroviny (stav 2005). Praha:

Ministerstvo ţivotního prostředí, 2006. 302 s.

9. Svoboda, L. a kol.: Stavební hmoty. – JAGA Bratislava, 2004, 471 s.

Vybrané internetové odkazy ke kapitole Sklo

těţaři sklářských písků:

www.sklopisek.cz/ - Sklopísek Střeleč, a.s.

www.pisky.cz/ - Provodínské písky, a.s.

www.lb-minerals.cz/ - LB MINERALS, a.s.

výrobní firmy:

a) stavební, osvětlovací a technické sklo

www.yourglass.cz/ - AGC Flat Glass Czech a.s., člen AGC Group

www.saint-gobain-sklo.cz/ - SAINT-GOBAIN SKLO ČR spol. s r.o.

www.veha.cz/ - VEHA, s.r.o.

www.izolas.cz/ - Izolas, s.r.o.

www.sklarny.cz/ - RapoSklo, s.r.o.

www.kavalier.cz – Sklárny Kavalier, a.s.

b) ozdobné a umělecké sklo

www.ruckl.cz/ - RÜCKL CRYSTAL a. s.

www.moser-glass.com/cz - Moser, a.s.

www.sklarny-bohemia.cz/ - Sklárny Bohemia, a.s.

www.zbs.cz/ - Ţeleznobrodské sklo, a.s.

www.preciosa.com/preciosa/cz - PRECIOSA-LUSTRY, a.s.

www.crystalex.cz/ - Crystalex, a.s.

časopisy: www.ceramics-silikaty.cz – časopis Ceramics – SILIKÁTY

www.keramika-sklo.cz/ - časopis Keramika a sklo

střední školy: www.supss.clnet.cz/ - Střední uměleckoprůmyslová škola sklářská Kamenický

Šenov

www.glassschool.cz/ - Vyšší odborná škola sklářská a Střední škola Nový Bor

vysoké školy: www.vscht.cz/sil/ - Vysoká škola chemicko-technologická v Praze, Fakulta

chemické technologie, Ústav skla a keramiky

www.vsup.cz/ - Vysoká škola uměleckoprůmyslová v Praze