1. Định nghĩa về thủy tinh

• là một chất rắn vô định hình đồng nhất, có gốc silicát, thường được pha trộn thêm các tạp chất để có tính chất theo ý muốn.

2. Tính chất

• Là chất rắn không màu, trong suốt, khá cứng và không bị gỉ
• Không hút ẩm, không bị ăn mòn và không cháy
• Ánh sáng có thể truyền qua dễ dàng
• Có thể tán sắc ánh sáng rất hiệu quả.
• Nhiệt độ nóng chảy của thủy tinh: Mặc dù thủy tinh là chất vô định hình được chế tạo từ Silicat (điểm nóng chảy 2.000°C ~ 3.632°F) nhưng thủy tinh chỉ có nhiệt độ nóng chảy là 1.000°C. Do trong công nghệ nấu thủy tinh, người ta bổ sung 2 hợp chất khác để giảm nhiệt độ nóng chảy của nó xuống.

3. Phân loại

• Thủy tinh vô cơ: Bao gồm các loại thuỷ tinh hỗn hợp, đơn nguyên tử, halogen, oxit, khancon và thuỷ tinh kim loại.
• Thủy tinh đơn nguyên tử: Loại này có chứa một số nguyên tố hóa học là S, Se, P. Để xác định người ta tiến hành nóng chảy.
• Thủy tinh oxit: Được chế tạo từ 1 oxit hoặc các oxit. Thông thường, căn cứ vào các lớp tạo thành như Al2O3, TeO2, P2O5, GeO2, SiO2, B2O3… để người ta xác định được loại thủy tinh đó.Từ đó, ta có được các lớp: Aluminat, Telurit, Germanat, Borat, Silicat…
• Thủy tinh halogen: BeF2 và ZnCl2 là hai halogen có khả năng tạo nên thuỷ tinh. Và BeF2 có thể tạo nên Fluorit
• Thủy tinh khancon: Được tạo nên bởi các hợp chất từ S, Se,Te. 2 sunfit GeS2, As2S3 và 3 selenit AS2Se3, GeSe, P2Se3 là các hợp chất hóa học có thể tạo ra được thuỷ tinh.
• Thủy tinh hỗn hợp: Bao gồm các loại được tạo nên như sau:
• Oxit – Halogen: PbO-ZnF2-TeO2; ZnCl2-TeO2
• Oxit – Khancon: Sb2O3-As2S3; As2S3-As2O3-MemOn (Sb, Pb, Cu).
• Halogen – Khancon: As-S-l; As-S-Br; As-S-I; As–Te-I…
• Thủy tinh kim loại: Hay còn được gọi là kim loại vô định hình. Đây là 1 hợp kim có cấu trúc vô trật tự của các khối cầu có kích thước không giống nhau. Loại này không cứng giòn, độ bền cao, chịu được biến dạng dẻo, ít bị ăn mòn, có các đặc tính quý, nhất là khả năng dẫn điện…
• Thủy tinh hữu cơ: Còn được biết đến với tên là plexiglas, tên hóa học là Poli (metyl metacrylat), có công thức hóa học là [CH2=C(CH3)COOCH3], là sự kết hợp giữa nhựa tổng hợp và thủy tinh. loại này cũng vô định hình về cấu trúc, không tuân theo bất cứ nguyên tắc bố trí phân tử hữu cơ nào.
• Gốm thủy tinh: Đây là một chất tinh thể được điều chế từ vật liệu ban đầu là thủy tinh và có cả tính chất của gốm. Có độ bền cơ học ở nhiệt độ cao.
• Thủy tinh cường lực: Đây là sản phẩm của quá trình đun nóng lên 630 độ sau đó làm lạnh cách đột ngột để nó có được tính chịu nhiệt và rắn chắn hơn loại thông thường. Có thể dễ bắt gặp loại vật liệu cường lực này được ứng dụng trong các tòa nhà, chung cư như cửa sổ kính, kính cho phòng tắm, bồn rửa tay kính cường lực,…
• Thủy tinh trắng (opal): Đây là một loại được ứng dụng khá nhiều trong đời sống nhờ vẻ ngoài sang trọng khi kết hợp thêm sứ. Nó được nung chảy ở 1600 độ C, từ trạng thái trong suốt trở thành màu trắng như ngọc, có độ cứng nhất định, không mùi, chống được ăn mòn và được tráng thêm lớp men sáng bóng cho bề mặt ngoài. Sản phẩm làm từ chất liệu này rất an toàn cho sức khỏe khi dùng. Bạn có thể dùng dĩa, chén bằng vật liệu này có thể làm nóng thức ăn trong lò vi sóng dễ dàng. Hoặc bỏ vào máy rửa chén để làm sạch cũng không lo bị vỡ.
• Thủy tinh chịu nhiệt: Được tạo ra bằng quá trình đun nóng lên đến 1000 độ và làm nguội dần dần. Nhà sản xuất không tạo lực nén bên trong các sản phẩm mà cho chứa Borosilicate – nguyên liệu chịu nhiệt. Nó có thể giúp sản phẩm tạo ra có thể chịu được khoảng 400 độ. Hơn thế nữa cũng chịu được sự sốc nhiệt từ lạnh sang nóng và ngược lại cách đột ngột. Đây là loại thủy tinh cực kì hợp lí khi sản xuất các vật dụng như chai đựng nước, đựng sữa, nồi nấu, hộp đựng thực phẩm. Với những vật dụng từ chất liệu chịu nhiệt này, bạn cũng dễ dàng dùng để đựng nước nóng hoặc trong lò vi sóng, nấu trên bếp hồng ngoại … mà không lo bị nứt hay bể do nhiệt.

4. Quy trình sản xuất thủy tinh

Bước 1: Chuẩn bị và pha chế nguyên liệu

Nguyên liệu cần chuẩn bị để làm nên thủy tinh thông thường là silicat (cát thạch anh). Lưu ý quan trọng và cũng gây khó khăn người tham gia vào quá trình sản xuất đó là phải làm sao cho cát thật sạch và không bị lẫn sắt hay bất cứ chất nào khác. Điều này là yếu tố tạo nên độ trong suốt nhất định cho đồ thủy tinh.

Nếu lẫn sắt trong cát thì thủy tinh thành phẩm sẽ có màu xanh lục. Trong trường hợp không thể nào tìm được loại cát sạch 100%, người thợ pha chế sẽ điều chỉnh hiệu ứng màu bằng cách bổ sung vào cát một loại hóa chất có tên gọi là Mangan đioxit.

Bước 2: Thêm chất phụ gia

Để từ cát chế tạo được nên thủy tinh, cần bổ sung thêm chất phụ gia. Theo đó, chất phụ gia được ứng dụng nhiều nhất hiện nay là Natri cacbonat (NANCO3). Chất này có công dụng giúp hạ thấp nhiệt độ xuống mức cần thiết để chế tạo thủy tinh.

Tuy nhiên, khi sử dụng NANCO3, để đảm bảo thủy tinh không bị thấm nước, người ta thường cho thêm Canxi Oxit (CaO) hoặc vôi sống vào.

Các chất phụ gia này chiếm khoảng 25 đến 30% hợp chất có trong thủy tinh

Bước 3: Bổ sung các chất hóa học cần thiết khác

Tùy theo mục đích sử dụng của thủy tinh mà có thể bổ sung các chất hóa học cần thiết khác nhau như:

Thủy tinh dùng làm vật trang trí (bình hoa thủy tinh, chai lọ thủy tinh,…): thêm oxit tạo sự lấp lánh và độ mềm dẻo giúp dễ cắt gọt và hạ thấp mức nhiệt nóng chảy trong quá trình pha chế.

Thủy tinh dùng làm mắt kính: thêm Lantan oxit có tính khúc xa và hấp thụ nhiệt.

Bước 4: Tạo màu thủy tinh

Thêm chất tạo màu nếu muốn đồ vật thủy tinh có màu theo ý thích. Chẳng hạn thêm lưu huỳnh tạo màu vàng; oxit sắt hoặc oxit đồng tăng độ xanh...

Bước 5: Đổ hỗn hợp vào nồi nấu kim loại hay thùng chứa có khả năng chịu nhiệt

Lưu ý ở bước này, bạn phải dùng thùng có độ chịu nhiệt cao vì nhiệt độ của thủy tinh sau khi nấu chảy là 1000 độ C.

Bước 6: Nung nóng chảy hỗn hợp tạo thành chất lỏng

Tiếp theo sau khi đã cho nguyên liệu vào lò những nguyên liệu trên sẽ được nấu chảy ở trong lò với nhiệt độ là 1500 độ C. Chai lọ thủy tinh tiếp tục được đun nóng để tăng cường độ bền. Công đoạn này gọi là tôi luyện, giúp loại bỏ các điểm tụ có thể tạo ra trong quá trình làm nguội thủy tinh. Sau khi những nguyên liệu trên được nấu tan chảy ra hỗn hợp chất lỏng này sẽ được đổ dẫn qua những ống dẫn có thể chịu được sức nóng của chất lỏng này để dẫn đến những chiếc khuôn ở bên dưới chờ sẵn.

Với bước này, tùy vào loại thủy tinh muốn tạo mà có cách nung khác nhau. Chẳng hạn như:

• Với thủy tinh thạch anh: nung trong lò luyện bằng ga
• Các loại thủy tinh khác: dùng nồi nung hoặc lò điện

Bước 7: Tạo độ đặc cho thủy tinh

Đồng nhất hỗn hợp, loại bỏ bọt trong hỗn hợp thủy tinh lỏng rồi khuấy thật đều và cho thêm vài chất như Natri Sunfat, Antimon oxit… tạo độ đặc quánh cho thủy tinh.

Bước 8: Tạo hình

Từ hỗn hợp thủy tinh nóng chảy thu được, có thể tạo khuôn để bắt đầu cho quá trình tạo hình bằng hai cách như:

• Rót vào khuôn đã định hình sẵn, để nguội
• Dồn thủy tinh nóng chảy vào đầu của một ống rỗng, vừa xoay vừa thổi hơi vào ống

Bước 9: Thủy tinh được làm nguội

Trong khi chờ đợi thủy tinh nguội hẳn, bạn có thể dọn dẹp vật dụng xung quanh và chuẩn bị vật chứa thủy tinh đã đông lại.

Bước 10: Hoàn thiện thủy tinh tạo ra sản phẩm

Sau khi làm nguội thì thủy tinh được đun nóng lại một lần nữa trước khi hoàn thiện. Bước này nhằm mục đích loại bỏ các điểm tụ có thể phát sinh trong khâu làm nguội đồng thời tăng độ bền của sản phẩm thu được.

>> Xem ngay các loại hóa chất ngành cao su tốt nhất hiện nay trên thị trường <<