Probabilmente il vetro è noto all’uomo sin dalla preistoria, ma è solo intorno al 4.000 a.c. che i Fenici fanno diventare la fabbricazione del vetro una vera e propria tecnica aggiungendo alla sabbia silicea altre sostanze per facilitare la fusione e migliorare la resistenza del vetro. Il vetro venne commerciato dai Fenici in tutto il Mediterraneo e uno dei primi popoli che riuscirono a produrlo furono gli Antichi Egizi nel 1500 a.C. In seguito, la tecnica della soffiatura introdotto durante il regno di Augusto, rivoluzionò la produzione del vetro, permettendo di ottenere forme per soffiatura libera o in stampi che consentono di ridurre i prezzi e di diffondere il vetro in fasce più ampie della popolazione.
COS’E’ IL VETRO?
Il vetro è un materiale di origine naturale solido, rigido e trasparente che si ottiene dal lento raffreddamento di un liquido viscoso ricavato dalla fusione di sabbia silicea e altri componenti.
La sabbia silicea è una sabbia che contiene al suo interno dei finissimi cristalli di quarzo (un minerale della silice). Quando questa sabbia viene riscaldata ad altre temperature essa non passa direttamente allo stato liquido ma assume la consistenza tipica del miele caldo; tale stato si definisce viscoso perché è caratterizzato dalla viscosità cioè dalla difficoltà della sostanza di scivolare, come invece accade nei liquidi. Quando il liquido viscoso si raffredda e passa allo stato solido le particelle che lo formano non hanno il tempo di disporsi in maniera ordinata (cioè di cristallizzare) e la sua struttura interna resta quindi disordinata condizionando, come vedremo, molte delle proprietà del vetro. Dal punto di vista chimico, quindi, il solido non è un vero e proprio solido, ma un liquido la cui viscosità è così alta da farlo apparire solido.
L’unico vetro di origine naturale è l’ossidiana, una roccia che si ottiene per vetrificazione del magma (formato di silicati, cioè di minerali contenenti silice) il quale, fuoriuscendo dal vulcano, si raffredda rapidamente al contatto con l’aria esterna e non ha il tempo sufficiente per creare delle strutture cristalline.
L’ossidiana era molto ricercata nell’antichità per realizzare oggetti taglienti (come coltelli o punte di freccia) attraverso la scheggiatura.
LE MATERIE PRIME
Le materie prime, usate nella fabbricazione del vetro, si dividono in quattro gruppi: vetrificanti, fondenti, stabilizzanti e affinanti.
1. Vetrificanti: sono gli elementi base, le sostanze che si trasformano, per semplice azione del calore, dalla forma cristallina alla forma vetrosa. Sono rappresentati dalla sabbia silicea e dai rottami di vetro
2.Fondenti: per poter fondere la silice ci vuole una temperatura che si aggira attorno ai 1700 °C, un valore estremamente alto. Per questa ragione si utilizzano sostanze che abbassano il punto di fusione da 1700 C° a 1550 C° circa. Il fondente tipico è la soda (carbonato id sodio);
3.Stabilizzanti: sono le sostanze che impediscono la cristallizzazione del vetro (mantenendolo trasparente) e lo rendono inalterabile e resistente agli agenti atmosferici e chimici. Lo stabilizzante tipico è la calce.
4.Affinanti: facilitano l’eliminazione delle bolle d’aria che si sono formate durante la fusione rendendo la massa di vetro fuso trasparente e omogenea. Un tipico affinante è l’arsenico.
Per produrre vetri particolari vengono aggiunti, caso per caso, altri materiali nell’impasto: ad esempio, per ottenere i vetri colorati si usano sostanze coloranti:il ferro per ottenere il colore verde o il rame per ottenere il colore rosso
ADESSO GIOCHIAMO UN PO’!
QUALE VETRO?
Esistono migliaia di composizioni diverse di vetro, ma è comunque possibile classificare i tipi di vetro in relazione all’uso:
Vetro cavo (fig 1): quello utilizzato per i contenitori comuni, come bottiglie, bicchieri, flaconi
Vetro piano (fig 2): quello prodotto in lastre e largamente usato in edilizia per la realizzazione di infissi (porte, finestre, partei vetrate)
Vetro artistico (fig 3): il vetro utilizzato nelle produzioni artistiche, dalle vetrate gotiche alle lampade Tiffany. Generalmente i diversi vetri colorati e erano uniti da un telaio metallico in piombo, per questo si parla anche di vetro piombato
Vetro per ottica (fig 4): è destinato alla realizzazione di lenti per occhiali, microscopi e cannocchiali, o per gli obiettivi delle macchine fotografiche e delle telecamere. Per questa ragione deve essere molto trasparente per garantire un corretto passaggio della luce e, di conseguenza, le materie prime devono essere molto raffinate
Fibre di vetro (o fiberglass, in inglese fig 5) si tratta di fibre sottilissime di vetro sono usate, per la loro leggerezza e resistenza, in pannelli di rivestimento, carrozzerie, tessuti speciali. Infatti, a differenza del vetro in lastre, il vetro in fibre perde la caratteristica fragilità e diventa un materiale estremamente resistente Un tipo particolare di fibre di vetro è rappresentato dalle fibre ottiche (cavi ottenuti intrecciando un gran numero di fibre sottili) usate nelle telecomunicazioni e nell’illuminotecnica.
Vetro di quarzo: è composto da sabbia di silice pura , per cui possiede importanti caratteristiche chimico-fisiche, ma necessita di elevata temperatura di fusione e la sua lavorazione è molto costosa.
Vetri di sicurezza e per l’edilizia:
Vetro temprato, sottoposto a tempra, è più resistente e si frantuma in piccolissimi frammenti poco taglienti;
Vetro stratificato (fig 6) è ottenuto accoppiando due lastre o più lastre di vetro inserendo tra l’una e l’altra un foglio di materiale termoplastico,. In questo modo, in caso di urto, i frammenti di vetro non si disperdono (sono realizzati con questi vetri i parabrezza delle auto);
Vetro retinato (fig 7) ha una rete metallica inserita all’interno della lastra al momento dell’uscita dal forno di fusione: è molto utile come tagliafuoco negli incendi.
fig 1 
fig 2 
fig 3 
fig 4 
fig 5 
fig 6 
fig 7
LE PROPRIETA’ DEL VETRO
Il vetro possiede particolari qualità ottiche, la più evidente delle quali è certo la trasparenza, ma è anche leggero, impermeabile, resistente e fragile allo stesso tempo, facile da colorare e decorare. La sua struttura gli consente di assumere una grande varietà di forme, come oggetto d’uso, contenitore, elemento architettonico. Vediamo, quindi, quali sono le sue principali caratteristiche e proprietà.
PROPRIETA’ FISICHE
Trasparenza: la trasparenza, cioè la capacità di lasciarsi attraversare dalla luce è una delle proprietà caratterizzanti del vetro e tra quelle che lo hanno reso un materiale insostituibile nell’industria e nell’edilizia.
Bassa conduttività termica ed elettrica: il vetro è un ottimo isolante e questa sua proprietà viene utilizzata in molti campi
Impermeabile: il vetro non assorbe acqua o altri liquidi, quindi è un materiale che può essere pulito moto facilmente e, altrettanto facilmente, sterilizzato il che ne spiega l’uso come contenitore per alimenti o in campo sanitario
Inalterabile: il vetro è resistente all’azione degli acidi e delle sostanze chimiche il che ne spiega l’uso in campo scientifico come contenitore
PROPRIETA’ MECCANICHE
Ottima resistenza a compressione
Buona resistenza a trazione: soprattutto quando il vetro è lavorato in fibre
Buona resistenza all’usura e all’abrasione
Fragilità: il vetro non resiste agli urti improvvisi e tende a rompersi in frammenti taglienti
Scarsa elasticità: in conseguenza della sua fragilità il vetro non è ne elastico ne deformabile
PROPRIETA’ TECNOLOGICHE
Tutte le lavorazioni del vetro devono avvenire a caldo in quanto il vetro, per effetto del riscaldamento, assume un comportamento plastico cioè può essere deformato e non risente della fragilità.
Fusibilità: il vetro fonde a circa 1500°C e può essere fuso infinite volte
Malleabilità: il vetro può essere lavorato in lastre
Duttilità: il vetro può essere lavorato sino a ridurlo in fili sottili
Temprabilità: il vetro può essere sottoposto a cicli molto rapidi di riscaldamento e raffreddamento per aumentarne la durezza
TEMPO PER UN PICCOLO GIOCO
IL CICLO PRODUTTIVO DEL VETRO
LA PRODUZIONE ARTIGIANALE
Uno dei centri più importanti al mondo per la produzione artigianale del vetro è l’isola di Murano, vicino Venezia, dove i mastri vetrai utilizzano tecniche antiche di secoli. La scelta di questa isola, nel 1291, per realizzare i vetri non fu affatto casuale: innanzitutto Murano era fuori dal centro cittadino, quindi eventuali incendi non avrebbero arrecato grandi danni (i forni all’epoca erano realizzati in legno), inoltre, trovandosi di tramontana rispetto a Venezia, i fumi della produzione non avrebbero raggiunto la città.Esistono diverse tecniche con le quali i mastri vetrai, ancora oggi, producono i loro preziosissimi oggetti: vetro di Murrina, vetro in piastra, vetro a lume, vetro soffiato.
Tra tutte le tecniche, la più lunga e complessa è senza dubbio quella del vetro di Murrina. Si inizia con il tagliare in tanti piccoli delle canne di vetro colorato (le murrine). Quindi, questi piccoli pezzi sono adagiati all’interno di formine di rame per creare dei disegni sempre diversi. Durante la notte, questo “puzzle” viene tenuto in forno, in maniera che il vetro si solidifichi in un pezzo unico che potrà essere lavorato e levigato per adattarlo a orologi, tappi, cornici, lampade, lampadari e quant’altro.
La lavorazione del vetro in piastra è la tecnica più recente. Su una lastra di vetro vengono sparsi diversi oggetti, come foglie di oro e argento e pezzi di Murrina a formare un grande disegno sul quale viene posta un’altra lastra di vetro. L’oggetto viene quindi tenuto in forno per una notte, in maniera da divenire un pezzo unico e venire successivamente tagliato.
La lavorazione del vetro a lume è la più antica fra tutte. Il mastro vetraio, con una fiamma a gas che raggiunge temperature molto alte, fonde e mescola insieme diversi tipi di vetro e foglie di oro e argento, per creare delle forme e dei colori sempre differenti. I vetri ottenuti da questa tecnica vengono usati per abbellire lampade, lampadari, collane, pendenti e bijoux.
La lavorazione del vetro soffiato è una tecnica di alto livello, con la quale il vetro viene modellato a caldo soffiando attraverso una lunga canna e gonfiando una “goccia” di vetro fuso, Con l’aiuto di particolari attrezzi e filigrane e possibile decorare l’oggetto con il tipico e apprezzato effetto merletto.
LA PRODUZIONE INDUSTRIALE
La fabbricazione e la lavorazione industriale del vetro si articolano fondamentalmente in tre fasi:
Fusione: in questa fase le materie prime vengono macinate, miscelate in base al tipo di vetro che vogliamo ottenere e portate a fusione in particolari forni. La fusione si conclude con la fase di riposo o di condizionamento, durante la quale la massa fusa viene raffreddata gradualmente fino alla temperatura di formatura.
Formatura: questa fase avviene quando la massa di vetro è ancora viscosa (cioè abbastanza densa da conservare la forma che le viene data) e si può svolgere in diversi modi a seconda del prodotto che volgiamo ottenere.
Ricottura: consiste in nuovo passaggio in forno a temperatura progressivamente più bassa e serve a ridurre le possibilità che il prodotto finale si possa fratturare a causa di un raffreddamento troppo veloce.
PRODUZIONE INDUSTRIALE DEL VETRO PIANO
Il metodo attualmente più usato per ottenere il vetro piano è il cosiddetto processo Pilkington o floating glass, introdotto negli anni CInquanta e che ha sostituito le lastre ottenute per tiratura.
Nel floating glass la pasta di vetro, dopo esse stata fusa in un crogiolo alla temperatura di 1100 °C, viene versato in una vasca piena di stagno fuso. Il vetro fuso si allarga e galleggia sulla superficie del metallo, (in inglese to float vuol dire galleggiare) andando a formare una lastra perfettamente piana e uniforme.
In questo modo il vetro non ha più bisogno essere levigato o di una ulteriore ricottura, come accadeva nella tiratura, ed è in grado di subire eventuali trattamenti che gli conferiscano le prestazioni volute come la molatura o la smerigliatura, che ne modificano la superficie, il rivestimento con strati sottili di altri materiali per la fabbricazione di specchi, vetri smaltati o vetri a risparmio energetico o la tempra che ne aumenta la durezza per la fabbricazione di vetri di sicurezza.
PRODUZIONE INDUSTRIALE DEL VETRO CAVO
Il grande successo del vetro come materiale per contenitori alimentari inizia verso la fine del 1600 quando, nella regione francese dello Champagne, si notò che il vino si conservava meglio in bottiglie di vetro anziché in altri tipi di contenitori. Da allora si diffuse il suo impiego anche per tutti gli altri prodotti alimentari in generale. Le ragioni di una tale scelta sono da ricercare nelle qualità che offre il vetro: trasparenza, lavabilità, inalterabilità e totale riciclabilità.
Originariamente i contenitori in vetro cavo (bottiglie, vasi, flaconi…) erano prodotti per soffiatura; oggi invece, a parte le produzioni artistiche, si ottengono da un procedimento di soffiatura del materiale fuso in stampi.
Dal forno di fusione il vetro fuso cola in gocce in uno stampo, detto stampo abbozzatore (posto in posizione capovolta rispetto al prodotto finale). Il prodotto così ottenuto, detto abbozzo viene soffiato e trasferito nello stampo finitore, dove un forte getto d’aria lo gonfia fino a farlo aderire alle pareti dello stampo determinando la cavità (il vuoto) interna. Dopo un lento raffreddamento, che serve a garantire superfici di buona qualità si procede alla ricottura per evitare eventuali fratture.
LE LAVORAZIONI DEL VETRO
FORATURA
Il vetro può essere forato al trapano con apposite punte diamantate che, durante l’uso, sono raffreddate con un getto continuo d’acqua. Nuovi macchinari permettono di forare sostituendo le punte con un particolare tipo di sabbia miscelata ad acqua. I fori non devono essere troppo vicini al bordo per evitare rotture.
TAGLIO
Il taglio di piccoli pezzi può essere eseguito a mano con strumenti a punta di diamante, detti tagliavetro, mentre il taglio industriale viene eseguito da un banco di taglio: un macchinario controllato da un computer che grazie ad un tagliavetro mobile pratica incisioni sul vetro a seconda della programmazione eseguita. I programmi utilizzati per programmare il taglio del vetro sono detti ottimizzatori in quanto sono impostati per ridurre al minimo lo spreco di materiale.
CURVATURA
Il vetro curvo è un vetro che viene riscaldato lentamente fino ad una temperatura tra i 500 e i 750 °C circa, diventando abbastanza plastico da aderire ad uno stampo , disposto all’interno del forno di curvatura. In genere, per evitare che il vetro possa segnarsi a causa della deformazione, la lastra viene spinta delicatamente da dispositivi meccanici o pneumatici. Il vetro viene poi raffreddato molto lentamente (ricottura) per evitare eventuali rotture spontanee.
RICICLARE IL VETRO
l vetro è l’unico materiale a possedere una dote preziosa: la riciclabilità totale. Il riciclaggio del vetro consente di risparmiare materie prime (minerali, sabbia…) e fonti energetiche necessarie per la sua produzione. Il vetro è il materiale ecologico per eccellenza. Non è inquinante ed è riutilizzabile per un numero illimitato di volte.
Se abbandonata, una bottiglia di questo materiale si decompone solo dopo 4.000 anni. Per questo, è fondamentale separare accuratamente il vetro. Ovviamente, il cosiddetto “rottame di vetro” non può essere riciclato così com’è, deve essere sottoposto a numerose verifiche per eliminare le numerose impurità che contiene.
LE FASI DEL RICICLO
La prima fase del riciclaggio avviene nelle nostre case con la raccolta differenziata. È sicuramente il momento più importante della catena del recupero e del riciclaggi, dove siamo chiamati ad essere responsabili in prima persona.
La seconda fase riguarda lo svuotamento dei contenitori (le campane verdi) che solitamente avviene con un particolare automezzo dotate di un cassone e di una piccola gru e braccio per il sollevamento della campana stessa.
una volta raccolto il vetro subisce una serie di trattamenti preliminari (che vanno dall’eliminazione delle sostanze inquinanti o non vetrose, al lavaggio, fino alla macinazione) dopodiché il prodotto finito viene mandato alla vetrerie che lo trasformano nel prodotto desiderato (barattoli, bottiglie…)
LA PRODUZIONE DEL VETRO
Il vetro è considerato un materiale pulito perché non è prodotto con sostanze inquinanti, può essere facilmente riutilizzato e riciclato molte volte. La materia prima utilizzata per produrre vetro è la sabbia silicea, una materia prima abbondate e economica che si trova su quasi tutta la terra. Per essere utilizzata la sabbia silicea, assieme ad altri materiali come soda e calcare, deve essere fusa ad una temperatura di 1700 °C, invece, se sostituiamo una parte di sabbia silicea con vetro da raccolta differenziata, non solo risparmiamo in materie prime, ma possiamo utilizzare temperature più basse e risparmiare fino al 25% di energia.
Il vetro può essere riutilizzato tantissime volte, ad esempio una bottiglia può avere 50 vite, ma dalla raccolta del vetro non si ottiene solo altro vetro. I mercati secondari della raccolta del vetro possono portare alla produzione di:
Prodotti isolanti;
Prodotti sanitari
Erba sintetica
Sabbia per campi da golf
e altro ancora…