Bài thuyết trình môn HÓA HỌC HÓA LÝ SILICATE Đề Tài THỦY TINH

tìm hiểu sơ về các phương pháp sản xuất...11 Tài liệu tham khảo...19 Giới thiệu Từ xa xưa, người ta chưa thể định nghĩa được thủy tinh có từ khi nào, mà chỉ biết rằng nó đã xuất hiện các

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

Bài thuyết trình môn: HÓA HỌC HÓA LÝ SILICATE

GVHD: Hồ Thị Ngọc Sương

Nhóm thực hiện: nhóm 11

PHỤ LỤC

Giới thiệu………3

I Tìm hiểu chung về thủy tinh 4

I.1 nguồn gốc thủy tinh 4

II phân loại thủy tinh 5

III tính chất của thủy tinh 6

IV quy trình sản xuất thủy tinh 11

IV.1 tìm hiểu sơ về các phương pháp sản xuất 11

Tài liệu tham khảo 19

Giới thiệu

Từ xa xưa, người ta chưa thể định nghĩa được thủy tinh có từ khi nào, mà chỉ biết rằng nó đã xuất hiện cách đây vài ngàn năm trước công nguyên.cho dù vậy nhưng chúng ta cũng không thể không khẳng định rằng thủy tinh rất có ích trong cuộc sống, từ những vậy phẩm nhỏ nhẹ nhất tới các vật to lớn như cái bình, cái lọ bằng thủy tinh, nói chung thủy tinh có mặt khắp mọi nơi

xung quanh chúng ta, giờ đây thủy tinh còn được trở thành món

đồ trang sức quý giá đắt tiền, trong phòng thí nghiệm tạo ra các

ống nghiệm thủy tinh chịu nhiệt rất tốt,…thủy tinh nó có rất

nhiều giai đoạn phát triển qua bao thăng trầm thời đại, cũng có

lúc nó cũng bị mờ nhạt trong một thời gian nào đó, tuy nhiên đó

chỉ là vấn đề nhỏ so với nhiều tính năng phổ biến của nó Để

hiểu sâu hơn cũng như biết nhiều hơn về thủy tinh, hôm nay

nhóm chúng tôi sẽ chọn chủ đề về thủy tinh để thuyết trình

Nội dung bài thuyết trình bao gồm các phần sau:

1.Tìm hiểu chung về Thủy Tinh

2 Phân loại Thủy Tinh

3 Tính chất của Thủy Tinh

4 Quy trình sản xuất Thủy Tinh

5 Ứng dụng của Thủy Tinh

I Tìm hiểu chung về thủy tinh

I.1.Nguồn gốc của thủy tinh

Cho đến tận ngày nay, không có sự xác nhận về nguồn gốc của thuỷ tinh Tuy nhiên, có thể nói nguồn gốc của nó từ Mesopotamia hoặc Ai Cập

khoảng hai nghìn năm trước Công nguyên Khi đó thủy tinh được sử dụng như là men màu cho nghề gốm và các mặt hàng khác Những nền văn hoá cổ xưa này đã làm ra những đồ vật bằng thuỷ tinh với phương pháp đúc thô sơ Những người thợ thuỷ tinh đầu tiên tạo hình cho thuỷ tinh bằng cách đắp

thuỷ tinh lỏng xung quanh một cái lõi bằng cát hay đất sét, sau đó dỡ bỏ nguyên liệu làm lõi Cuối cùng thuỷ tinh đã nguội được cắt bẻ và mài bóng Trong thế kỷ 1 trước công nguyên kỹ thuật thổi thủy tinh đã

phát triển và những thứ trước kia là hiếm và có giá trị đã trở

thành bình thường Trong thời kỳ đế chế La Mã rất nhiều loại

hình thủy tinh đã được tạo ra, chủ yếu là các loại bình và chai

lọ Thủy tinh khi đó có màu xanh lá cây vì tạp chất sắt có

trong cát được sử dụng để sản xuất nó Thủy tinh ngày nay

nói chung có màu hơi ánh xanh lá cây, sinh ra cũng bởi các

tạp chất như vậy Các loại thủy tinh có nguồn gốc tự nhiên,

gọi là các loại đá vỏ chai, đã được sử dụng từ thời kỳ đồ đá

Chúng được tạo ra trong tự nhiên từ các nham thạch (magma)

núi lửa Trong thiên niên kỷ tiếp theo, việc chế tạo thuỷ tinh

được thực hiện rộng rãi hơn trong thế giới cổ đại và đã có một

số cải tiến trong phương pháp chế tạo thuỷ tinh cơ bản, ví dụ

như công việc cắt Người nguyên thủy dùng đá vỏ chai để làm

các con dao cực sắc và học được cách cho thêm một số thành

phần vào thuỷ tinh để tăng độ bền, làm cho thuỷ tinh trong

hơn hay tạo ra màu sắc đặc biệt Tuy nhiên việc chế tạo thuỷ

tinh vẫn còn rất khó và thuỷ tinh chủ yếu được dùng trong

hoàng gia cho những nghi thức tôn giáo

II phân loại thủy tinh

1 Thủy tinh dùng trong xây dựng: kính là; thủy tinh bọt; gạch

thủy tinh; thủy tinh cốt thép

2 Thủy tinh dân dụng: chai, lọ, bao bì, cốc, bát, đĩa …

3 Thủy tinh bền hóa chịu nhiệt:dụng cụ thí nghiệm, thủy tinh thạch anh, thủy tinh hàm lượngSiO2 cao, thủy tinh làm bóng đèn, phích nước …

4 Thủy tinh quang học:dùng trong các dụng cụ quang học, có thể trong suốt hoặc có màu

5 Thủy tinh điện chân không

6 Thủy tinh sợi và cốt thép dùng trong công nghệ vỏ tàu thủy, các chi tiết bao che bền hóa bền cơ

7 Thủy tinh an toàn làm kính ô tô, máy bay (tác động lực lớn không bị vỡ, khi bị vỡkhông tạo thành mảnh sắc)

8 Men tráng kim loại là loại thủy tinh có độ co giãn nhiệt tương đương với vật cần tráng

9 Thủy tinh đặc biệt có những tính chất đặc biệt như chịu va đập, chịu nhiệt cao hơn; thủy tinh ngăn hoặc cho một số tia đi qua

10 Sitan: là loại thủy tinh có các tinh thể kết tinh đều đặn, độ bền nhiệt, hóa và cơ rất cao

III Tính chất của Thủy Tinh

* Thuỷ tinh có các tính chất sau:

Thủy tinh có thể thay đổi tính chất, tùy theo việc lựa chọn tạm chất và hàm lượng pha thêm khi nấu thủy tinh

Truyền sáng: Một trong những đặc trưng rõ nét nhất của thủy tinh thông thường là nó trong suốt đối với ánh sáng nhìn thấy,

mặc dù không phải mọi vật liệu thủy tinh đều có tính chất như vậy do phụ thuộc vào tạp chất Độ truyền sáng của thủy tinh trong vùng bức xạ tử ngoại và hồng ngoại thay đổi tùy theo việc lựa chọn tạp chất

Ánh sáng nhìn thấy: Tính trong suốt của thủy tinh trong ánh sáng nhìn thấy là do sự vắng mặt của trạng thái chuyển tiếp của các điện tử trong khoảng bước sóng của ánh sáng nhìn thấy, và trạng thái này là thuần nhất trong mọi bước sóng hơn là chỉ

trong khoảng bước sóng của ánh sáng nhìn thấy (sự không thuần nhất làm cho ánh sáng bị tán xạ, làm tán xạ hình ảnh được

truyền qua)

Các kim loại và ôxít kim loại được bổ sung thêm vào thủy tinh trong quá trình sản xuất nó để thay đổi màu sắc của nó Mangan

có thể thêm vào với một lượng nhỏ để loại bỏ màu xanh lá cây tạo ra bởi sắt hay trong một lượng lớn hơn để cho thủy tinh có màu tím amêtít Giống như mangan, sêlen có thể sử dụng với một lượng nhỏ để làm bay màu của kính, hay trong một lượng lớn hơn để tạo ra màu hơi đỏ Một lượng nhỏ côban (0,025 đến 0,1%) sinh ra thủy tinh màu xanh da trời Ôxít thiếc với

antimoan và ôxít asen sinh ra thủy tinh màu trắng đục, lần đầu tiên đã được sử dụng ở Vênidơ để sản xuất đồ giả sứ 2 đến 3% của ôxít đồng sinh ra màu xanh lam Đồng kim loại nguyên chất sinh ra thủy tinh mờ có màu đỏ thẫm, nó đôi khi được sử dụng thay thế cho thủy tinh màu hồng ngọc của vàng Niken, phụ

thuộc vào nồng độ, sinh ra thủy tinh có màu xanh da trời hay màu tím hoặc thậm chí là màu đen Sự bổ sung titan sinh ra thủy tinh có màu nâu vàng Vàng kim loại trong một lượng rất nhỏ

(khoảng 0,001%), sinh ra thủy tinh có màu hồng ngọc thẫm, trong khi một lượng thấp hơn sinh ra màu đỏ nhạt hơn, thông thường gọi là màu "cranberry" Nguyên tố uran (0,1 đến 2%) có thể thêm vào để thủy tinh có màu vàng phản quang hay màu xanh lá cây Thủy tinh uran nói chung là không nguy hiểm về phóng xạ, tuy vậy nếu nó ở dạng bột, chẳng hạn như đánh bóng bằng giấy nhám, và dạng bụi thì nó là tác nhân gây ung thư Hợp chất của bạc (thông thường là nitrat bạc) có thể sinh ra một

khoảng màu từ đỏ da cam đến vàng Phương thức đốt nóng và làm lạnh thủy tinh có thể có ảnh hưởng đáng kể tới màu sinh ra bởi các chất này Các chất này tham gia vào cấu trúc thủy tinh như thế nào hiện nay vẫn chưa được nghiên cứu kỹ Các loại thủy tinh màu khác vẫn thường xuyên được tìm ra

Tính ổn định hoá học: Kính có độ bền hoá học cao Độ bền hoá học phụ thuộc vào thành phần của kính Các oxýt kiềm càng ít thì độ bền hoá học của nó càng cao

Tính chất quang học: là tính chất cơ bản của kính Kính silicat thường cho tất cả những phần quang phổ nhìn thấy được đi qua

và thực tế không cho tia tử ngoại và hồng ngoại đi qua Khi thay đổi thành phần và màu sắc của kính có thể điều chỉnh được mức

độ cho ánh sáng xuyên qua

+ Tử ngoại: Thủy tinh thông thường không cho ánh sáng có bước sóng nhỏ hơn 400 nm, hay tia cực tím hoặc UV đi qua Có điều này vì sự bổ sung của các hợp chất như tro sô đa (cacbonat natri) Thủy tinh thuần SiO2 (còn gọi là thủy tinh thạch anh) không hấp thụ tia UV và nó được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu độ trong suốt trong khoảng bước sóng này, mặc dù nó

đắt hơn thủy tinh thường Có thể pha thêm xêri vào thủy tinh để tăng việc hấp thụ tia cực tím (các bức xạ ion hóa nguy hiểm về mặt sinh học)

+ Hồng ngoại: Thủy tinh có thể sản xuất đến mức độ tinh khiết

mà hàng trăm kilômét thủy tinh vẫn là trong suốt ở bước sóng hồng ngoại trong các sợi cáp quang Một lượng lớn của sắt được

sử dụng trong thủy tinh có khả năng hấp thụ nhiệt, chẳng hạn như các tấm lọc hấp thụ nhiệt cho các máy chiếu phim

Chiết suất: Chiết suất của thủy tinh có thể thay đổi khi có các thành phần khác thêm Thủy tinh có chứa chì, chẳng hạn như chì tinh thể hay thủy tinh đá lửa, là “rực rỡ” hơn vì nó làm tăng chiết suất và sinh ra sự 'lấp lánh' có thể nhận thấy rõ hơn Việc bổ sung bari cũng làm tăng chiết suất Ôxít thori cho thủy tinh có hệ số chiết suất rất cao và nó được sử dụng để sản xuất các lăng kính chất lượng cao

Khối lượng riêng của kính thường là 2500kg/m3 Khi tăng hàm lượng oxýt chì thì khối lượng riêng có thể lên đến 6000kg/m3 Modun đàn hồi của kính dao động trong khoảng 48.000 ÷ 83.000kg/cm2 (đối với kính thạch anh ÷ 71.400kg/cm2) Sự có mặt của các oxýt CaO và B2O3 (có thể đến 12%) làm modun đàn hồi tăng lên

Kính có cường độ nén cao (700 ÷ 1000kg/cm2), cường độ kéo thấp (35

÷ 85kg/cm2), độ cứng của kính silicat thường là 5 ÷ 7 Kính giòn (cường

độ uốn va đập khoảng 0,2 kg/cm2) Hệ số nở nhiệt của kính thấp: kính thạch anh 5,8.10-7/00C-1; kính xây dựng thường 9.10-6 ÷ 15.10-6/00C

Độ dẫn nhiệt của kính thường khi nhiệt độ nhỏ hơn 1000C là 0,34 ÷ 0,71 kCal/m.0C.h Kính thạch anh có độ dẫn nhiệt lớn nhất

(1,16kCal/m.0C.h) Kính chứa nhiều oxýt kiềm có độ dẫn nhiệt nhỏ Kính có khả năng gia công cơ học, cưa, cắt được bằng dao có đầu kim cương; mài nhẵn đánh bóng được Ở trạng thái dẻo (khi nhiệt độ 800 ÷ 10000C) có thể tạo hình, thổi kéo thành tấm, ống, sợi

Nhiệt độ nóng chảy: Như mọi chất rắn vô định hình, thủy tinh không có điểm nóng chảy nhất định Natri nói chung được thêm vào để hạ nhiệt

độ nóng chảy của thủy tinh Sự bổ sung sô đa hay bồ tạt đôi khi còn hạ nhiệt độ nóng chảy xuống thấp hơn

Độ dẫn điện: Độ dẫn điện và độ dẫn nhiệt của thủy tinh có thể thay đổi khi thêm bo, chẳng hạn như ở Pyrex

 nói chung thủy tinh có rất nhiều tính chất, để dễ thấy hơn,

nhóm xin tóm tắt lại một cách gạn gàng như sau: gồm 7 tính chất cơ bản

1 Tính cứng : Thủy tinh là chất rắn trong suốt tương

đối cứng, khó mài mòn và gần như trơ về mặt hóa học

ở điều kiện thường, dễ bị gãy vỡ dưới tác động của lực,

nhiệt độ

2 Tính truyền sáng : Cũng nhờ có cấu tạo đặc biệt này,

mà thủy tinh trở nên trong suốt Độ truyền sáng của thủy

tinh trong vùng bức xạ tử ngoại và hồng ngoại thay đổi

tùy theo việc lựa chọn tạp chất

3 Màu sắc:

* Thủy tinh loại thường có màu xanh lục gây nên

bởi màu của sắt (II) silicat

* Các kim loại và Oxit kim loại được bổ sung

thêm vào thủy tinh trong quá trình sản xuất để thay đổi

màu sắc của thủy tinh.

4 Khả năng hấp thụ tia tử ngoại và hồng ngoại:

* Thủy tinh thông thường không cho tia cực tím

(UV) đi qua

* Thủy tinh có thể sản xuất đến mức độ tinh khiết

mà hàng trăm kilômét thủy tinh vẫn là trong suốt ở bước

sóng hồng ngoại trong các sợi cáp quang

5 Chiết suất : của thủy tinh có thể thay đổi khi có các

thành phần khác thêm vào

6 Nhiệt độ nóng chảy : như mọi chất rắn vô định

hình, thủy tinh không có điểm nóng chảy nhất

định

7 Độ dẫn điện : Độ dẫn điện và độ dẫn nhiệt của

thủy tinh có thể thay đổi khi thêm Bo, chẳng hạn

như ở Pyrex

IV.Quy trình sản xuất Thủy Tinh

1 Chọn nguyên liệu

2 Chuẩn bị phối liệu

3 Tạo pha đồng nhất và làm trong

4 Tạo hình.

5 Làm nguội – tôi

6 Xử lý và gia công tiếp theo

Trước tiên hãy tìm hiểu sơ về các phương pháp sản xuất thủy tinh

IV.1 Các phương pháp sản xuất thuỷ tinh

- Phương pháp Crown (vương miện): Công nghệ thủy tinh

Crown đã được sử dụng cho đến giữa những năm 1800 Trong công nghệ này, ống thổi thủy tinh có thể xoay tròn khoảng 9lb (4 kg) thủy tinh lỏng tại phần cuối của ống cho đến khi nó được làm phẳng thành đĩa đường kính khoảng 5 ft (1,5 m) Đĩa sau đó được cắt thành tấm chữ nhật Thủy tinh của người Vênidơ là cao giá giữa thế kỷ 10 và thế kỷ 14 bởi vì họ giữ được bí quyết

Khoảng năm 1688, công nghệ đúc thủy tinh đã được phát triển, dẫn tới việc sử dụng nó như một vật liệu thông dụng Sự phát minh ra máy ép thủy tinh năm 1827 cho phép sản xuất hàng loạt các đồ vật từ thủy tinh rẻ tiền hơn

Sau khi hoàn thành việc này, sự yêu cầu hình thù Crown là hâm nóng lại đến khi nó đến khi hóa mềm và quay với tốc độ cao, sử dụng thanh iron như một axit

Lực ly tâm làm miệng của Crown sau đó mở ra rộng, mức độ như dạng hình đĩa khoảng 1 mét trong thấu kính.Đây là cắt để hoàn thành tấm kính

- Phương pháp ống xi lanh:

Được phát kiến bởi William J Blenko trong những năm đầu của

thập niên 1900 Trong phương pháp này, vật liệu cơ bản tan ra là ống hình trụ, hoặc nếu sắp xếp rộng, vật liệu trở thành miệng hình trụ dạng ống Sau đó, tất cả các phần cuối của ống cần kỹ năng rất cao và hình trụ dọc tách ra thành khoảng rộng

Công việc này cần tiến hành trên nền tảng của tấm kim loại của

lò luyện với một thanh sắt nối với gỗ châm lửa trong sự đun nóng kim loại đến nhiệt độ gia công hình trụ trong lò luyện

- Phương pháp kính kéo nổi:

Phương pháp này đã phát triển vào những năm 1960 Những công ty có bản quyền công nghệ kính nổi của Pilkington đã nâng cao năng suất của mình và giảm giá kính, gây ra những khó

khăn đối với những công ty chưa có công nghệ kính nổi Cho đến năm 1975, số dây chuyền kính nổi chiếm tới 97% số dây chuyền sản xuất kính trên thế giới, qua đó có thể khẳng định công nghệ của Pilkington là một trong những phát minh vĩ đại nhất trong lịch sử của ngành công nghiệp kính.Thuỷ tinh tan ra trên đỉnh của kim loại nấu chảy là sản phẩm của tấm thuỷ tinh Thuỷ tinh tan là sự chuyển từ lò luyện, đặt trên tấm trôi và sau

đó chảy lỏng theo chiều dài đỉnh của kim loại nấu chảy trên tấm

đó Trong quy trình này, nhiệt độ dưới sự điều khiển nghiêm ngặt và thuỷ tinh trôi sẽ dày và rộng hơn ở miệng

Bề mặt của tấm kim loại nóng chảy là hoàn toàn nằm ngang, do vậy làm cho tất cả các mặt của thủy tinh trôi cũng hoàn toàn nằm ngang Trong khoảng thời gian giữa, thuỷ tinh nóng từ cả hai mặt trên và dưới và không tiếp xúc bởi bất kỳ một vật liệu rắn nào Vì vậy, cả hai mặt đều bóng và nóng tự nhiên

Ngoài ra, thuỷ tinh lạnh có mức độ trở thành không bị biến

dạng, méo mó khi chống chất lên trên trục lăn Sau đó nó được rửa sạch, để khô và cuối cùng cắt trở thành các cỡ rộng

Công nghệ kính nổi cho ra đời nhiều công nghệ mới và những sản phẩm kính mới Lần đầu tiên, kính tấm chất lượng cao được làm ra với nhiều độ dày khác nhau từ 0,5-19mm hay lớn hơn Kính được làm dày hơn vì mục đích an toàn, chống ồn mà vẫn đảm bảo những tiêu chuẩn thẩm mỹ Thêm vào đó công nghệ này còn cho phép những nhà sản xuất thay đổi thành phần phối liệu để làm ra những sản phẩm mới, trong số đó có kính màu

Do cuộc khủng hoảng năng lượng toàn cầu vào đầu những năm

1970, nhu cầu kính tấm có suy giảm và ảnh hưởng đến toàn

ngành công nghiệp Vì những lý do hiệu quả năng lượng, kính được sử dụng ít hơn trong những cao ốc Công nghiệp xây dựng nhà ở bên bờ vực do sự tụt hậu nghiêm trọng của nền kinh tế Những chiếc xe hơi nhỏ gọn sử dụng ít kính hơn, và như là để làm cho tình hình càng xấu hơn, hãng Ford Motor bắt đầu sản xuất kính nổi cho nhu cầu riêng của họ, làm giảm nghiêm trọng mức kính bán cho ngành chế tạo ôtô Thực tế, năm 1970 công ty Nashville của Ford là nhà sản xuất kính nổi lớn nhất thế giới

- Phương pháp thuỷ tinh tan:

Trong phương pháp này, sản phẩm thuỷ tinh tan trực tiếp qua hai trục lăn nuớc lạnh

Trong sản phẩm thuỷ tinh tan, bề mặt thủy tinh được khắc với các khuôn mẫu trên trục lăn thấp hơn và sau đó thuỷ tinh tan đã được gửi trong một dạng hình dải băng tiếp diễn lên trên thùng chứa lạnh.Ở bên ngoài thùng chứa, dải băng sẽ cắt thành cỡ cụ thể để sản xuất hoàn thành sản phẩm