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Vetro

Percorsi Abilitanti Speciali

Classe A016

Costruzioni, Tecnologia delle costruzioni e Disegno Tecnico

pro

f. A

dolf

o F

. L.

Bara

tta

Roma, 11 aprile 2014

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Vetro

Da un punto di vista chimico-fisico il vetro è un solido amorfo

o liquido ad alta viscosità, che viene prodotto dal rapido

raffreddamento di materiale siliceo allo stato fuso.

Per vetro si intende un prodotto, ad elevata trasparenza,

ottenuto per fusione ad alta temperatura di una miscela di:

- silice (72%);

- carbonato di sodio (la cosiddetta soda, 13,6%);

- carbonato di calcio (10,8%);

- ossido di magnesio (la cosiddetta magnesia, 2,6%);

- ossido di alluminio (la cosiddetta allumina, 0,7%);

e raffreddata gradualmente fino al suo completo

indurimento: mentre la silice (diossido di silice SiO2) allo

stato puro ha un punto di fusione a 2.000°C, la miscela

abbassa la temperatura di fusione fino a 1.400 °C circa.

La produzione del vetro in due immagini storiche.

Percorsi Abilitanti Speciali – Classe A016

prof. Adolfo F. L. Baratta

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Vetro

I principali componenti usati per la fabbricazione del vetro sono quindi un vetrificante (sabbia

silicea), uno stabilizzante (il carbonato di calcio stabilizza la miscela alla solubilità in presenza

di acqua) e un fondente (il solfato di sodio abbassa sensibilmente il punto di fusione): a questi

componenti viene solitamente aggiunto del vetro riciclato per diminuire il consumo di

combustibile e di materia prima.

La silice, diossido di silicio ovvero SiO2, in forma di sabbia silicia può contenere altri minerali,

argille ed impurezze dovute a ossidi di ferro e cromo per una percentuale variabile tra il 30% e il

40%.

Sabbia silicea in Egitto.



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Vetro

I solidi cristallini presentano una disposizione

ordinata delle particelle (atomi, molecole, ioni)

che si ripetono periodicamente nello spazio

costituendo un reticolo tridimensionale. Tale

regolarità, ha conseguenze anche su scala

macroscopica, determinando l’abito dei cristalli e

influenzando le proprietà fisiche.

In una sostanza vetrosa vi è una disposizione

disordinata e casuale delle particelle che la

costituiscono. Lo stato amorfo è paragonabile a

quello di un solido bloccato nella struttura

disordinata del liquido. Sostanze amorfe sono i

vetri, la gomma naturale e molte materie

plastiche.



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Cenni storici

Plinio il vecchio (Como, 23 d.C.-Castellammare di Stabia 79 d.C.) racconta che il vetro sarebbe

nato casualmente nel III Millennio a.C. sulle coste della Fenicia.

Nella Naturalis Historia narra infatti di alcuni mercanti fenici che accesero un fuoco sulle rive

del fiume Belo in Siria, ed usarono accidentalmente come supporti per cucinare, blocchi di soda

naturale: questi si fusero per il calore mescolandosi alla sabbia della spiaggia, e diedero origine

al primo materiale vetroso.

Anche le prime suppellettili in vetro, che nella forma primitiva erano quasi totalmente prive di

trasparenza, furono rinvenute nelle regioni centrali della Mesopotamia, quindi nella stessa area

geografica dove furono poi definite le prime tecniche di lavorazione.

Nella metà del I secolo a.C. circa fu sviluppata la tecnica del soffiaggio.

Coppa diatreta di epoca romana del IV secolo a.C.

Il termine diatreta si riferisce alla particolare tecnica di

lavorazione dell’oggetto, che consisteva nella soffiatura di un vaso

grezzo di spessore notevole, sul quale veniva intagliata una

lavorazione a reticolo



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Cenni storici

Dal soffiaggio di sfere e cilindri nel ‘600 si è passati alla produzione di lastre di vetro per

colaggio, come si fa con i metalli, e nel ‘900 si è dato inizio alla produzione del vetro tirato e

poi laminato fra due rulli.

Nel 1959 l’inglese Alastair Pilkington mette a punto la produzione per colatura in continuo su un

bagno di stagno fuso: il sistema è stato brevettato e avviato alla produzione dalla Saint Gobain

nel 1972.

Il vetro così prodotto, che rappresenta più del 90% del vetro prodotto a livello mondiale, è detto

float-glas (dall’inglese to float ovvero galleggiare) perché a un determinato punto del processo

produttivo il nastro di vetro si trova a galleggiare sullo strato di stagno liquido.

Manifattura artigianale e attrezzi per la

lavorazione del vetro (1850 circa).

Soffiaggio

del vetro



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Produzione del vetro

Approvvigionamento, macinazione e miscelazione

Le prime tre fasi si articolano nelle seguenti operazioni:

- una volta fornite le materie prime si procede con

l’analisi della purezza delle sostanze. Per i vetri

ottici ad esempio, si usa il diossido di silice puro al

99,7%;

- le materie prime scelte vengono ridotte in polvere di

0,2-0,5 mm di diametro;

- le polveri vengono miscelate con rottami di vetro che

fungono da fondente.

Approvvigionamento

Macinazione

Miscelazione

Fusione

Raffinamento

Riposo e condizionamento

Ricottura

Formatura

Processo produttivo del vetro.



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Fusione

Durante la fusione, che avviene a temperature comprese tra i 1.100°C e i 1.500°C, viene

eliminata l’acqua presente nei componenti di partenza; allo stesso tempo vengono dissociati i

carbonati dai solfati con il conseguente sviluppo di anidride carbonica o solforosa e la

formazione di una massa fusa omogenea.

In particolare, i carbonati si decompongono negli ossidi che a loro volta reagiscono con la silice

per dare corrispondenti metasilicati di sodio e di calcio:

Ossido di sodio Na2O + Diossido di silice SiO2 Silicato di sodio Na2SiO3

Ossido di calcio CaO + Diossido di silice SiO2 Metasilicato di calcio CaSiO3

che formano il solido amorfo.

Il metasilicato di calcio è detto anche Wollastonite dal nome dal chimico inglese William Hyde

Wollaston (1766-1828).

La massa fusa omogenea di vetro.



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Raffinamento

Il raffinamento è l’operazione attraverso la quale vengono eliminati i gas che potrebbero

originare difetti nei manufatti preparati. In questa fase le parti non fuse si depositano sul fondo

del forno e le bolle di gas formatesi durante la fusione migrano in superficie.

Tale fenomeno è ottenuto aggiungendo alla massa fusa piccole percentuali di agenti raffinanti

che facilitano l’espulsione perché contribuiscono ad aumentare il volume delle bolle.

Siccome le temperature raggiunte sono molto alte, ovvero fino a 1.600 °C, i materiali refrattari

convenzionali non possono essere utilizzati, in quanto sarebbero danneggiati dal calore, e

quindi contaminerebbero il vetro con impurità ovvero come coloranti: per tale motivo viene

utilizzato il platino, un materiale inalterabile dal vetro fuso.

Al termine di questa fase il vetro fuso presenta in tutti i punti uguale composizione chimica e le

stesse proprietà fisiche.

L’espulsione delle bolle in fase di

raffinamento.



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Riposo o condizionamento

La fusione si conclude con la fase di riposo o condizionamento,

durante la quale la massa viene raffreddata poco a poco fino

alla temperatura di formatura (1.200°C).

Formatura

Il vetro, ancora fluido, si trova ad una temperatura nella quale

assume una viscosità tale da poter essere lavorato e da

conservare la forma impartita senza alterazioni. La formatura

può essere ottenuta con le seguenti modalità:

- colata e stampaggio, per la produzione di vetro cavo

(bicchieri, bottiglie, etc.);

- soffiatura, a bocca o con ugelli immette nell’impasto aria

compressa per creare vetri di laboratorio o opere d’arte;

- laminazione, è adottata per la produzione di vetro piano;

- stiratura, consiste nella produzione di fogli continui con

spessore 0,1-1,0 mm e larghezza di 2,5 m, attraverso una

serie di rulli posizionati verticalmente.

La formatura del vetro.



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Ricottura

La ricottura consiste in un riscaldamento del vetro e serve essenzialmente per eliminare le

tensioni interne formatesi in fase produttiva per irregolarità di riscaldamento o raffreddamento.

La scelta della temperatura e della velocità di raffreddamento sono in funzione del tipo di vetro

e del suo spessore.

Dopo aver raggiunto la temperatura dovuta, l’oggetto viene mantenuto in tale stato per un

periodo sufficiente ad assicurare il raggiungimento dell’uniformità termica in ogni suo punto;

quindi viene raffreddato lentamente, fino a una temperatura inferiore di 50 °C a quella di

ricottura, ed infine viene portato rapidamente a temperatura ambiente.

Il forno per la ricottura.



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Caratteristiche

Oltre a trasparenza, brillantezza e lucidità della superficie, il vetro presenta una scarsa

resistenza a trazione e un’elevata fragilità, che produce una rottura brusca senza che avvengano

precedentemente deformazioni e snervamenti: queste caratteristiche negative possono essere

eliminate dal trattamento a tempera (vetro temperato) o con l’unione con altri materiali.

Il vetro, inoltre, ha una durezza elevatissima, un alto coefficiente di dilatazione, una notevole

omogeneità e una ottima resistenza all’attacco della maggior parte degli acidi, ad eccezione

dell’acido fluoridrico.

Materiali quali vetro, ghisa

e alcuni polimeri che non

sono dotati di plasticità,

ovvero che arrivano a

rottura in assenza di una

deformazione plastica

permanente, vengono

definiti fragili.



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Tipologie di vetro

In commercio esistono diversi tipi di vetro quali:

1. greggio, colato e laminato è generalmente incolore;

2. retinato, colato e traslucido è un vetro greggio con incorporata una rete metallica a maglia

quadrata (12,5 mm);

3. lucido, ottenuto per tiratura meccanica della massa fusa, presenta sulle due facce,

naturalmente lucide, ondulazioni più o meno accentuate non avendo subito lavorazioni

superficiali;

4. trasparente, chiaro o colorato è ottenuto per colata mediante galleggiamento su un bagno

di metallo fuso;

5. specchio, detto anche vetro argentato, è una lastra

di vetro con una faccia rivestita di alluminio o

argento (tecnica ideata da Justus von Liebig nel

1835), che produce una immagine per riflessione

degli oggetti che gli stanno davanti. Gli specchi

usati sino al Medioevo erano dei semplici dischi di

metallo (bronzo, stagno o argento) leggermente

convessi e lucidati. Negli specchi usati per gli

strumenti ottici, il metallo riflettente viene fatto

depositare sulla superficie anteriore del vetro

anziché su quella posteriore, in modo da evitare le

deboli riflessioni prodotte dal vetro stesso;

Fase di lavorazione del vetro.



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Monica Bonvicini, Mirror Public Toilet, London (UK) 2004

L’artista Monica Bonvicini (Venezia 1965) ha realizzato un’installazione costituita da un servizio igienico rivestito di vetro specchiante.



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Monica Bonvicini, Mirror Public Toilet, London (UK) 2004

L’opera ha l’eloquente titolo Don’t Miss A Sec.



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Tipologie di vetro

6. temperato, trattato termicamente o chimicamente consente di aumentare notevolmente

(fino a 4-5 volte) le caratteristiche di resistenza meccanica e di resistenza allo shock

termico. Consiste nel portare la lastra di vetro, in un apposito forno, alla temperatura di

circa 700°C e poi di raffreddarla bruscamente; questo procedimento genera, all’interno

della lastra, delle tensioni che si oppongono alle forze esterne di flessione. In caso di

rottura, le tensioni interne vengono liberate istantaneamente causando lo sbriciolamento

del vetro in minuscoli frammenti inoffensivi: per questo suo comportamento, il vetro

temperato è considerato prodotto di sicurezza verso le persone. Un esempio tipico di

applicazione dei vetri temperati sono finestrini delle autovetture, box doccia, piani di tavoli

e mobili per arredo). Anche se soltanto raramente, a causa delle tensioni il vetro temprato

può presentare il problema della rottura spontanea;

7. satinato, è un vetro sottoposto ad una lavorazione

che ne rende la superficie opaca;

Dettaglio della connessione di una maniglia in metallo su

una porta costituita da una lastra di vetro temprato.



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Tipologie di vetro

8. stratificato, detto anche vetro laminato, formato da due o più lastre di vetro e da uno o più

strati interposti di materia plastica (polivinilbutirrale) che incollano tra loro le lastre di

vetro. Solitamente il PVB usato è incolore e perfettamente trasparente; esistono anche

versioni di PVB colorato (però in una gamma limitata di colori) oppure “bianco latte” o

“acidato” per creare vetri stratificati traslucidi, cioè trasparenti alla luce ma non alle

immagini. In caso di rottura di una o di entrambe le lastre di un vetro stratificato, tutti i

frammenti di vetro restano attaccati al foglio di PVB (o allo strato di resina indurita o al

plastico) impedendo così il ferimento di persone (vetro di sicurezza anti-infortunio):

aumentando lo spessore delle lastre di un vetro stratificato e/o il numero di lastre di vetro

che lo compongono, si ottengono vetri anti-intrusione, vetri anti-sfondamento, vetri

calpestabili (per gradini di scale, pavimenti sospesi, lucernari, etc.) e vetri anti-proiettile.

Per ottenere effetti cromatici particolari è possibile inserire tessuti (seta, cotone, fibre

artificiali, etc.) trasparenti, semi-trasparenti o coprenti tra le lastre.

Vetro stratificato con spessore complessivo di 8,0 mm.

Specchio (3,0 mm)

Vetro Float acidato (4,0 mm)

Polivinilbutirrale (1,0 mm)



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Tipologie di vetro

9. acidato, è un vetro con una superficie di tipo granuloso, che viene ottenuto per mezzo di un

trattamento chimico basato sull’impiego di acido fluoridrico, che presenta caratteristiche

chimico-fisiche tali da intaccare il vetro e conferire la granulosità superficiali;

10. vetrocamera, formato da lastre di vetro unite al perimetro, con interposto un distanziatore,

a mezzo di adesivi o altro, in modo da formare una o più intercapedini contenenti aria

secca o gas nobili (argon, krypton, xenon, etc.);

11. basso emissivo, è un vetro su cui è stata posata una pellicola (couche) di uno specifico

materiale (ossidi di metallo), che ne migliora notevolmente le prestazioni di isolamento

termico, senza modificarne sostanzialmente le prestazioni di trasmissione della luce. I più

comuni sono 4 mm 3/3 oppure 4/4. Possono risultare leggermente colorati per effetto del

trattamento superficiale;

Parete interna in vetro acidato.

12. selettivo, è un vetro basso emissivo che svolge

un'azione di filtro nei confronti del fattore solare,

scoraggiando la trasmissione del calore per

irraggiamento. È generalmente prodotto con

l’impiego di lastre colorate ed è solitamente

confezionato in vetrocamera in modo da raggiungere

il doppio obiettivo ovvero isolare termicamente e

filtrare i raggi solari. È impiegato nella realizzazione

di grandi vetrate o facciate continue pluripiano.



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Tipologie di vetro

I vetri possono subire seconde lavorazioni quali la molatura dei bordi, la foratura, l’incisione, la

curvatura e la smaltatura.

Le lastre di vetro sono realizzate con spessori standard di 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12, 15, 19, 22 e 25

mm.

Per ottenere effetti cromatici

particolari è possibile inserire tessuti

(seta, cotone, fibre artificiali, ecc.)

trasparenti, semi-trasparenti o

coprenti tra i due o i tre vetri.



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Controllo solare con vetro trasparente

Un normale vetro viene attraversato dall’85% delle radiazioni solari.



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Controllo solare con vetro assorbente

Un vetro assorbente riesce a ridurre l’attraversamento delle radiazioni solari fino al 56%.

Sono ottenuti tramite rivestimento

magnetronico (ossidi metallici di

ferro o rame depositati sotto vuoto

mediante processo

elettromagnetico) o pirolitico

(ossidi metallici depositati tramite

pirolisi all’uscita del forno e ad

alte temperature).



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Controllo solare con vetro riflettente

Un vetro riflettente riesce a ridurre l’attraversamento delle radiazioni solari fino al 21%.

Come per il vetro assorbente

anche il vetro riflettente viene

rivestito da ossidi metallici. I

vetri riflettenti sono

fortemente tinti e quando si

surriscaldano presentano un

elevato rischio di frattura.



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Vetro colorato

Per realizzare il vetro colorato è necessario aggiungere alle sostanze di base dei costituenti

secondari, quali ossidi metallici in quantità molto ridotta ovvero in concentrazione anche minore

del 5% della massa totale.

Frequentemente in architettura i vetri colorati sono ottenuti dall’inserimento di intercalari in

polivinilbutirale all’interno delle lastre in vetro stratificato: gli intercalari sono singoli o multipli

per ottenere diversi effetti cromatici.

Alcune delle sostanze utilizzate come

colorante.

Tatano, V. (a cura di) Oltre la trasparenza. Riflessioni sull’impiego del vetro in architettura, Officina, Roma 2008.

Colorante Colore

Ossido di Cerio (CeO) Giallo

Ossido di Ferro (FE2O3) Verde

Ossido di Nichel (NiO) Violetto

Ossido di Rame (CuO) Verde-Blu

Vetro colorato.



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Riciclabilità

È importante sottolineare come il vetro contribuisca alla salvaguardia dell’ambiente per effetto

della sua caratteristica di essere completamente riciclabile: anche per questo motivo, oltre che

per la sua longevità, la sua inerzia ambientale (non emette gas o sostanze tossiche), il vetro

risulta essere un materiale con basso impatto ambientale.

Il Consorzio Recupero Vetro (CO.RE.VE.) è stato costituito nel 1997 dai principali gruppi vetrari

in ottemperanza agli art. 38 e 40 del D.lgs. 22/1997. In particolare, il Consorzio organizza il

ritiro dei rifiuti, l’informazione degli utenti, l’avvio a riciclo dei rifiuti in vetro.

Il vetro ha un ciclo praticamente

infinito.



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Riciclabilità

Polvere di vetro riciclato per intonaci. Isolante termico in fibre di vetro riciclato.

Pavimenti e rivestimenti in lastre e tessere di vetro riciclato.



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