Các loại hóa chất quan trọng trong ngành công nghiệp thủy tinh
Thủy tinh là một sản phẩm công nghiệp có vai trò ứng dụng rộng đặc biệt trong xây dựng và sinh hoạt. Bạn có thể bắt gặp loại vật liệu này tại rất nhiều nơi khi ở trong nhà, ngoài trời, khi đi đường hay ngồi cafe. Loại vật liệu này được sử dụng rất phổ biến bởi các đặc tính của nó cùng với việc có thể gia công thành nhiều loại hình dạng sản phẩm khác nhau bao gồm vật liễu ây dựng, trang trí, đồ lưu niệm, các sản phẩm thủ công. Sử dụng phổ biến là thế nhưng bạn có biết, thủy tinh được sản xuất từ những hóa chất công nghiệp gì? Có những những loại nào chưa? Bài biết sau đây sẽ mang đến cho bạn các thông tin về vấn đề này.
Xem thêm:
Top 10 Hóa Chất công nghiệp phổ biến nhất
Thủy tinh là gì?
Thủy tinh là một loại vật liệu. Một loại chất rắn được tạo ra bằng cách làm mát vật liệu nóng chảy sao cho sự sắp xếp bên trong của các nguyên tử, phân tử vẫn ở trạng thái rối loạn, tương tự như sự sắp xếp trong chất lỏng. Chất rắn như vậy được gọi là thủy tinh vô định hình. Ngược lại, các chất rắn thông thường có cấu trúc tinh thể liên tục.
Sự khác biệt được minh họa trong hình dưới đây
Khác biệc cấu trúc thủy tinh và chất rắn khác
Nhiều vật liệu có thể được tạo thành vật liệu giống với thủy tinh. Ví dụ, kẹo cứng bao gồm chủ yếu đường trong trạng thái giống. Tuy nhiên, thuật ngữ “thủy tinh” đối với hầu hết mọi người, là một sản phẩm được làm từ silica (SiO2). Các dạng silica phổ biến là cát nhưng nó cũng xuất hiện trong tự nhiên dưới dạng tinh thể gọi là thạch anh.
Silica nguyên chất có thể tạo ra một loại thủy tinh tuyệt vời, nhưng nó rất nóng chảy (1.723 o C, hoặc 3.133 o F), và sự tan chảy cực kỳ nhớt mà khó xử lý. Tất cả các loại kính thông thường đều chứa các thành phần khác làm cho silica dễ tan chảy hơn và chất lỏng nóng dễ hình thành hơn.
Xem thêm:
Ứng dụng thuốc kháng nấm của axit boric
Phân loại thủy tinh
Thủy tinh tự nhiên:
Theo nghiên cứu, thủy tinh xuất hiện sớm nhất khoảng 75.000 năm trước, rất lâu trước khi con người học được cách chế tạo. Người tiền sử đã sử dụng thủy tinh thiên nhiên cho vật dụng sinh hoạt, trang sức, đầu mũi tên và các vật dụng hữu ích khác.
Loại thủy tinh thiên nhiên phổ biến nhất là obsidian, hình thành khi nhiệt của các núi lửa tan chảy đá granit, sau đó trở thành thủy tinh khi nguội. Sản phẩm tự nhiên khác là bọt được tạo ra từ dung nham; ống được hình thành bởi sét đánh cát hoặc đất cát và tektites, dạng hạt có thể hình thành trong các tác động thiên thạch.
Thủy tinh nhân tạo Synthetic
Không có ghi chép nào về thời điểm, bằng cách nào và ở đâu con người phát minh ra cách chế tạo thủy tinh. Những hạt thủy tinh nhân tạo có màu tối được ghi nhận có niên đại từ 4000 năm trước. Đây cũng có thể là phụ phẩm của luyện kim đồng hoặc gốm. Những mảnh nhỏ xuất hiện khu vực Mesopotamia được dự đoán sản xuất khoảng 2500 năm trước. The ghi chép, có một nền sản xuất thủy tinh thực sự xuất hiện khoảng 1500 trước ở Ai Cập. Đến thời điểm này, các vật dụng, đồ trang sức bằng đã bắt đầu xuất hiện.
Tất cả các kính cổ đều có nguồn gốc silica (cát), được biến đổi với một lượng đáng kể các oxit kim loại khác nhau, chủ yếu là soda (Na2O) và vôi (CaO). Đây vẫn là loại thủy tinh phổ biến nhất được sử dụng ngày nay. Nó được gọi là thủy tinh soda. Tuy nhiên, kính cổ thường có màu và mờ đục do sự có mặt của các tạp chất khác nhau, trong khi hầu hết các loại kính hiện đại đều có tính chất trong suốt.
Thủy tinh nhân tạo
Hiện nay có hàng trăm loại thủy tinh được tạo ra và đã được sử dụng theo nhiều cách khác nhau. Các sản phẩm được nghiên cứu để kết hợp với hóa chất khác mang đến chất lượng tốt nhất cho mục địch cụ thể.
Ví dụ, năm 1664 một người Anh tên là Ravenscroft thấy rằng việc thêm chì oxit (PbO) vào thủy tinh tan chảy tạo ra một ly thủy tinh có màu sắc rực rỡ và dễ gia công hơn các loại truyền thồng. Kể từ thời gian đó kính chì đã được sử dụng để làm cho tinh thể tốt bát và ly và nhiều loại nghệ thuật thủy tinh.
Một loại kính quan trọng được phát triển vào đầu những năm 1900 để giải quyết một vấn đề nghiêm trọng là chịu đựng sự thay đổi nhiệt độ rất kém. Điều này dẫn đến tai nạn bi thảm trong thời gian đầu của ngành đường sắt. Đèn thủy tinh được sử dụng làm tín hiệu sẽ rất nóng, khi mưa sẽ alfm mát quá nhanh làm hỏng đèn tín hiệu. Vấn đề đã được giải quyết bằng cách thay thế nhiều soda trong bằng oxit boron (B2O3). Sản phâm thu được, gọi là borosilicate, chứa khoảng 12% oxit boron và có thể chịu được biến đổi nhiệt độ 200 độ C (392 độ F). Nó cũng có độ bền hóa học lớn hơn. Ngày nay borosilicate được sử dụng trong hầu hết các dụng cụ trong phòng thí nghiệm (cốc, bình, ống nghiệm, vv) và dụng cụ bếp.
Xem thêm:
9 loại hóa chất quan trọng trong ngành công nghiệp thủy tinh
Có đền hàng ngàn thành phần hóa học khác nhau có thể được chế tạo thành thủy tinh. Các công thức khác nhau ảnh hưởng đến tính chất cơ học, hóa học, quang học và chịu nhiệt của sản phẩm được sản xuất. Không có thành phần hóa học duy nhất đặc trưng.
Thủy tinh điển hình chứa formers, chất hỗ trợ và chất ổn định.
Formers tạo nên tỷ lệ hỗn hợp lớn nhất để tan chảy. Điển hình trong thủy tinh soda-vôi-silica, trước đây silica (silicon dioxide) ở dạng cát.
Chất hỗ trợ làm giảm nhiệt độ mà tại đó các chất tạo hình sẽ tan chảy. Các chất này là Soda (Sodium carbonate) và Potash (Kali cacbonat), cả hai đều chất kiềm thông thường.
Chất ổn đinh làm cho kính có chất lượng tốt hơn về mặt cơ học và chống nước. Canxi cacbonat, thường được gọi là đá vôi nung, là chất ổn định. Nếu không có một chất ổn định, nước và độ ẩm tấn công và hòa tan thủy tinh.
Thành phần hóa học khác nhau sẽ tạo thành các loại thủy tinh khác nhau
Thủy tinh tạo thành bởi hỗn hợp của một loại các loại oxit. Các tác phẩm có thể được thể hiện bằng cách liệt kê tỷ lệ phần trăm trọng lượng của các thành phần. Bẳng sau đây sẽ cung cấp cho bạn thông tin về các tỉ lệ thành phần bên trong các loại thủy tinh.
So sánh tỷ lệ các loại hóa chất trong các loại thủy tinh:
A – Loại soda-vôi-silica điển hình (được sử dụng để làm chai và cửa sổ);
B – Dùng cho phòng thí nghiệm và vật dụng bếp
C – Loại có hàm lượng chì cao
D – Loại chứa 96% silica (có thể chịu được nhiệt độ rất cao);
E – Loại soda-vôi-silica La Mã.
| A | B | C | D | E | ||
| Silica (sand, quartz pebbles) |
SiO2 |
73.6% |
80.0% |
35.0% |
96.5% |
67.0% |
| Soda (tro soda (Na2CO3): natron, tro thực vật biển) |
Na2O |
16.0 |
4. |
— |
— |
18.0 |
| Vôi (phấn, đá vôi (CaCO3)) |
CaO |
5.2 |
— |
— |
— |
8.0 |
| Potash (tro của thực vật đảo (K2O)) |
K2O |
0.6 |
0.4 |
7.2 |
— |
1.0 |
| Magie (tạp chất) |
MgO |
3.6 |
— |
— |
— |
1.0 |
| Nhôm (tạp chất) |
Al2O3 |
1.0 |
2.0 |
— |
0.5 |
2.5 |
| Sắt oxit (tạp chất) |
Fe2O3 |
— |
— |
— |
— |
0.5 |
| Boric oxit (khoáng sản) |
B2O3 |
— |
13.0 |
— |
3.0 |
— |
| Chì oxit (oxit kim loại chì) |
PbO |
— |
— |
58.0 |
— |
0.01 |
Xem thêm:
10 công dụng và lưu ý khi sử dụng hóa chất Axit HF
Hoá chất Axit boric 99%: đặc điểm và ứng dụng
Nên mua hóa chất axit boric ở đâu? Địa chỉ phân phối hóa chất giá rẻ
Các sản phẩm ngành công nghiệp thủy tinh hiện nay
Ngành công nghiệp thủy tinh có nhiều phân khúc sử dụng các quy trình sản xuất khác nhau:
Các ngành công nghiệp thủy tinh phẳng ứng dụng cho ô tô (kính nhiều lớp và kính cường lực và xây dựng (cửa sổ và cửa ra vào). 30% sử dụng trong sản phẩm như gương, tấm pin mặt trời, biển báo và kính quang học.
Ứng dụng thủy tinh đặc biệt
Ngành công nghiệp sản xuất bình chứa là một ngành có thị trường tiêu thụ lớn. Chai nước giải khát chiếm tỷ trọng lớn nhất trong ngành công nghiệp này. Các sản phẩm khác bao gồm đồ vệ sinh cá nhân, mỹ phẩm và thiết bị trong phòng thí nghiệm. Thủy tinh màu nổi bật trong ngành công nghiệp này với sản phẩm màu hổ phách (màu nâu sẫm) cho bia và màu xanh lá cây được sử dụng cho rượu vang. Loại trong suốt sử dụng cho các sản phẩm thực phẩm và đồ uống.
Ứng dụng trong tạo thành các thiết bị thí nghiệm
Các ngành công nghiệp thủy tinh khác bao gồm chiếu sáng; màn hình, tấm pin mặt trời; thủy tinh cách nhiệt (sợi); thủy tinh xốp và nhiều loại “đặc biệt” khác.
Xem thêm:
Sự phổ biến của Sodium Hydroxide trong công nghiệp
Ngành công nghiệp nào tiêu thụ nhiều hóa chất nhất?
