IL VETRO

LE ORIGINI

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Il vetro ha origini molto antiche e ancora oggi è difficile stabilire con certezza quale popolo possa vantarne la scoperta, che probabilmente avvenne per invenzione fortuita. Secondo un’antica leggenda fenicia, tramandata da Plinio, alcuni mercanti, tornando dall’Egitto con un grosso carico di carbonato di soda (detto anche “natrum” cioè salnitro), si fermarono una sera sulle rive del fiume Belo per riposare. Non avendo pietre a disposizione su cui collocare gli utensili per la preparazione delle vivande, presero alcuni blocchi di salnitro e vi accesero sotto il fuoco che continuò a bruciare per tutta la notte. Al mattino i mercanti videro con stupore che al posto della sabbia del fiume e del carbonato di soda vi era una nuova materia lucente e trasparente. La leggenda contiene delle verità sulla composizione del vetro e sulla diffusione di questo materiale ad opera dei Fenici. Il vetro nasce dalla combinazione della silice, minerale contenuto nelle sabbie dolci, combinata con la calce (carbonato di calcio); la fusione è favorita da una sostanza alcalina, la soda: quest’ultima era ricavata nell’antichità dalle ceneri delle alghe o di piante costiere. La sabbia del fiume Belo, in Fenicia, era molto adatta e ricercata per la fabbricazione del vetro. Inoltre quasi sicuramente, furono i mercanti e navigatori Fenici a diffondere gli oggetti e le tecniche del vetro nel bacino del Mediterraneo.

La più antica manifattura, che sorse nell’Asia occidentale, forse nelle regioni mitanniche o urriane della Mesopotamia, risale all’età del Bronzo, intorno alla metà del terzo millennio a.C. Probabilmente fu la naturale conseguenza dell’impiego di smalti vitrei per la decorazione di vasellame, tegole, oggetti vari e di altre tecniche di lavorazione della ceramica. I più antichi reperti archeologici sono costituiti da perline, sigilli, intarsi e placche. Le più antiche tecniche di lavorazione, infatti, permettevano soltanto la produzione di oggetti di piccole dimensioni, per lo più destinati ad usi rituali o a scopo ornamentale. I primi recipienti di vetro, provenienti da quest’area, risalgono invece ai secoli XVI e XV a.C., e si tratta prevalentemente di vasi a beccuccio.

I reperti rinvenuti in Egitto, risalgono all’epoca faraonica e portano il cartiglio del faraone Thutmose III della XVIII dinastia. In quel periodo gli egiziani condussero alcune vittoriose spedizioni in Mesopotamia, in Siria e in Palestina e probabilmente appresero la composizione e i metodi di fusione proprio da alcuni prigionieri, esperti vetrai. In questo periodo le manifatture Egizie produssero una gran varietà di oggetti come perline, scarabei, amuleti, pomoli per mobili e intarsi, come testimoniato dai ritrovamenti nella tomba di Tutankhamon.

Nell’area mediterranea orientale, l’industria dell’Età del Bronzo fiorì nei periodi di splendore delle maggiori civiltà, tra l’inizio del XV e il XIII secolo a.C. Però mentre la conoscenza delle tecniche vetrarie si diffuse rapidamente, il vetro rimase un materiale raro e costoso, assimilato ai materiali preziosi e semi preziosi, come le pietre dure o le gemme, a causa della difficoltà di produzione. Probabilmente le fabbriche avevano sede nei maggiori centri urbani e svolgevano la loro attività sotto il patrocinio del re o della classe aristocratica. Si trattava di piccoli laboratori di dimensioni e produzione limitate. I vetrai costituivano una classe di operai d’élite dediti a un’arte “esoterica”: i metodi della loro attività erano considerati frutto dell’abilità ma anche della magia e del potere occulto.

Intorno al 1200 a.C. molti dei principali centri della tarda Età del Bronzo furono distrutti dalle guerre e dalle carestie. La cultura minoica e micenea (della Grecia meridionale, di Creta e di Cipro) e il potente Regno Ittita dell’Anatolia scomparvero completamente. In seguito alla caduta di questi Stati, l’area mediterranea orientale e l’Asia occidentale vissero un’epoca di barbarie e di declino culturale che provocò una grave crisi commerciale e industriale, specialmente nella produzione degli articoli di lusso.


 

COS’E’?

La tecnica produttiva consiste nella solidificazione lenta e progressiva, per evitare la cristallizzazione, di una miscela omogenea fusa composta da silice, che funge da vetrificante, soda con funzioni di fondente, e calce, con funzioni di stabilizzante. La composizione del vetro chiaro è 72% silice; 13,5% soda; 10,7% calce; 2,6% magnesio; 0,7% allumina; 0,5% anidride solforosa. L’introduzione nella massa fusa di ossidi metallici consente di ottenere lastre colorate in pasta. Questa miscela fonde ad una temperatura di 1500° circa, diventando una massa liquida molto viscosa. In seguito al raffreddamento, la massa si solidifica senza riorganizzare il reticolo cristallino dei suoi componenti e acquista struttura amorfa, con le molecole disposte secondo una disposizione casuale, simile a quella dei liquidi.

Il vetro si deve quindi considerare, dal punto di vista fisico, un liquido estremamente viscoso. Possiede una discreta resistenza meccanica ma una scarsa deformabilità con conseguente rottura per fragilità.

 


 

FORMATURA

–       Modellazione: l’artigiano vetraio plasma la massa vetrosa (semifluida a circa 700° C) modellandola con appositi strumenti

–       Soffiatura: si realizza a bocca con ugelli che immettono nell’impasto aria compressa.

È utilizzata per la creazione di pezzi d’arte o per i vetri di laboratorio.

–       Colata e stampaggio: è un tipo di lavorazione in cui gli stampi, che possono essere di gesso, di refrattario o di ghisa, sono riempiti tramite gravità ed eventuale rotazione centrifuga attorno all’asse di rivoluzione, in modo da agevolare l’adesione della massa vetrosa allo stampo. Lo stampaggio può avvenire per compressione o per soffiatura.

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FORMATURA DELLE LASTRE

 

Laminazione: è adottata per la produzione di vetro piano. In questo tipo di tecnica, il vetro fuso scorre attraverso rulli di acciaio internamente raffreddati, dando luogo ad un nastro continuo della larghezza massima di 4 m e dello spessore minimo di 1mm. La finitura è realizzata in superficie, dopo il raffreddamento della massa, tramite mole abrasive che levigano ambedue le facce. Nei vetri laminati è possibile includere reticoli d’acciaio (vetri retinati) oppure vetri stampati (uno dei rulli porta l’incisione del disegno da riprodurre).

 

–       Formatura per stiro (vetri tirati): consiste nel prelevare la massa fusa dal forno traendola e spianandola per mezzo di una serie di rulli posizionati verticalmente. Queste lastre presentano delle imperfezioni e difetti di planarità.

–       Float-glass: a partire dalla fine degli anni Cinquanta è stato introdotto il processo float (Pilkington) in sostituzione dei precedenti metodi di tiratura. Il prodotto che si ottiene (float glass) ha sostituito il cristallo ottenuto da molatura di vetro greggio tirato.

La massa fluida in uscita dal forno di fusione cola, per tracimazione, su di un piano costituito da stagno fuso in una camera con atmosfera inerte (bagno). Il fluido vetroso, a causa della differenza di peso specifico, galleggia nel bagno e, quindi, spontaneamente si dispone a formare una superficie perfettamente piana e levigata, di spessore costante. Dato il continuo movimento in orizzontale della massa vetrosa, il raffreddamento avviene molto lentamente e si annullano le tensioni interne residue dovute al processo di fabbricazione. Il prodotto così ottenuto risulta perfettamente piano, di spessore costante e, quindi, di ottime caratteristiche estetiche. La lastra vetrata, una volta uscita dall’impianto float, è finita e, per la maggior parte degli impieghi, necessita solo di essere tagliata e molata sui bordi per smussarne il filo tagliente. Il taglio avviene una prima volta in modo trasversale per creare le lastre, generalmente di 6 m di lunghezza, e una seconda longitudinale per rimuovere le tracce dei rulli. Con il vetro float è divenuta superflua la fase di lucidatura, generalmente effettuata con abrasivi sottili, al fine di eliminare ogni distorsione ottica superficiale, dovuta a un non perfetto parallelismo delle lastre.

 

SECONDA LAVORAZIONE DELLE LASTRE

–       Taglio: si incide il vetro con una punta diamantata e si rompe per flessione

–       Molatura dei bordi: serve a smussare gli angoli taglienti delle lastre.

–       Foratura: è possibile forare il vetro non temprato con particolari punte da trapano.

–       Smerigliatura: trattamento mediante spruzzi di sabbia ad alta pressione che opacizza la superficie conferendole aspetto biancastro.

–       Curvatura: si riscalda la lastra fino a rammollimento (550°) e si fa aderire a curve idonee.

 


PROPRIETA’ CARATTERISTICHE

–       Coefficiente di trasparenza: il rapporto tra il flusso luminoso che attraversa la lastra e quello incidente su di essa: anche il vetro più trasparente e incolore non lascia infatti passare in modo completo tutta la luce che lo investe, ma ne assorbe e ne riflette una parte.

–       Conduttività termica: il vetro è un materiale che può avere valori di conduttività estremamente diversi. Il vetro in lastre ha una conduttività superiore a quella dei laterizi pieni, ma, se ridotto in fibre acquista una bassissima conduttività che lo fa classificare tra i materiali isolanti.

–       Resistenza al fuoco: i prodotti vetrati ordinari non sono in grado di fornire la resistenza al fuoco prescritta per legge. Esistono prodotti specifici da più lastre di cristallo temprato tra le quali sono interposti strati di una sostanza gelatinosa ad alto potere isolante.

–       Fragilità: la scarsa resistenza agli urti, è il difetto più tipico del vetro, dovuto allo stato disordinato della sua struttura molecolare, che non permette una omogenea distribuzione degli sforzi, facilitando il rapidissimo accumulo di tensioni che portano alla rottura.


COMPORTAMENTO TERMICO DELLE SUPERFICI VETRATE

Attraverso una superficie vetrata avvengono scambi di energia termica riconducibili a due forme essenziali:

  1. Dispersione di calore attraverso superfici vetrate: il vetro possiede un’elevata conduttività termica, ha perciò una scarsa attitudine ad opporsi al passaggio del calore, anche quando viene applicato in lastre di spessore maggiore. L’attitudine a contrastare il passaggio del calore aumenta invece decisamente se si impiegano determinati prodotti vetrari, come quelli costituiti da due lastre separate da un’intercapedine di aria (cristalli uniti al perimetro o pannelli vetrocamera).
  2. Apporto di energia radiante dall’esterno: l’irraggiamento solare che colpisce una superficie vetrata determina un apporto di energia. Questa energia viene in parte riflessa all’esterno e va perduta, in parte assorbita dal vetro e in parte trasmessa all’interno. Per valutare l’apporto di energia attraverso il vetro si ricorre al fattore solare che rappresenta il rapporto tra l’energia totale entrante in un ambiente e l’energia incidente. Esso varia a secondo dello spessore e delle caratteristiche del vetro (colorazione del vetro).

POTERE FONOISOLANTE

Il potere fonoisolante dei serramenti, cioè la capacità di ridurre la trasmissione dell’energia sonora incidente, dipende dalla composizione degli strati e dalla massa dell’elemento. Il fonoisolamento aumenta se si ricorre ai vetri stratificati, per effetto del diverso comportamento elastico del film plastico interposto. Per raggiungere valori più elevati del potere fonoisolante è necessario installare le doppie finestre, cioè due serramenti, distanti tra loro almeno 20 cm, in modo che l’intercapedine d’aria che li separa possa funzionare da cuscinetto ammortizzante per il passaggio del rumore.


PRODOTTI VETRARI

Cristalli trasparenti: lastre prodotte per colata su bagno metallico di stagno fuso (Float Glass) perfettamente incolori, trasparenti e lisce.

Cristalli atermici: derivano dal vetro float con l’impiego di coloranti nella pasta vetrosa e possiedono la proprietà di ridurre l’irraggiamento solare negli ambienti anche se il loro colore viene sfruttato maggiormente per fini architettonici.

Vetri stampati: sono vetri traslucidi, ottenuti per colatura e laminazione attraverso cilindri che imprimono su una o entrambe le superfici disegni o decorazioni. Sono frequentemente impiegati nelle porte a vetri, utilizzando la loro caratteristica di lasciar passare la luce senza consentire la visione nitida delle immagini.

Vetri profilati a U (U-Glass): sono costituiti di barre di vetro profilate a forma di U, prodotte per laminazione della paste di vetro tra cilindri opportunamente sagomati. Vengono prodotti nei tipi normale e armato: quest’ultimo incorpora nella sua massa fili longitudinali di acciaio. Sono detti vetri strutturali perché la loro sezione a U, di spessore 6 mm, conferisce buone doti di resistenza e permette di vetrare ampie superfici verticali con il semplice vincolo degli elementi alle estremità.

Vetri di sicurezza

–       Cristalli temprati: si ricavano da lastre riscaldate al di sotto della temperatura di rammollimento e raffreddate con getti d’aria sulle due facce. In tal modo aumenta la resistenza del vetro e, in caso di rottura, riduce la lastra in piccoli pezzi, anziché in schegge taglienti. Il vetro temprato è di comune impiego nelle vetrate senza telaio e nelle vetrine.

–       Cristalli armati: contengono al loro interno fili metallici che trattengono le schegge in caso di rottura. Il reticolo metallico dei vetri retinati ha il solo scopo di trattenere le schegge e non migliora le caratteristiche di resistenza meccanica.

Cristalli stratificati: si ottengono intercalando un foglio di butinale polivinilico tra due lastre, in modo da incollarle stabilmente, a caldo e sotto pressione. Un esempio è costituito dai vetri per auto, in cui lo strato inserito tra due lastre è di tre millimetri.

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vetri cromogenici sono quelli in grado di assumere un comportamento che dipende dalla luce, dalla temperatura o da una differenza di potenziale elettrico applicata. Si dicono fotocromici quando la trasparenza ed il controllo solare varia nel tempo in base alla luce, termocromici se tali caratteristiche si modificano in funzione della temperatura ed elettrocromici se le suddette peculiarità si modificano in base alla variazione di una tensione elettrica.


 VETRI FOTOCROMICI
I vetri fotocromici variano le proprie caratteristiche ottiche in funzione della loro esposizione ai raggi ultravioletti solari: maggiore è tale radiazione e più diventano scuri, al buio tornano chiari e trasparenti. Fino ad oggi sono stati impiegati principalmente come lenti per gli occhiali da sole.

VETRI TERMOCROMICI
I vetri termocromici hanno proprietà ottiche che variano in funzione della loro temperatura: maggiore è la temperatura, più il vetro si opacizza. Se utilizzati nel settore edile, è fondamentale che la temperatura alla quale si innesca il fenomeno sia nell’intervallo del benessere termico e visivo dell’uomo.

VETRI A CRISTALLI LIQUIDI
I vetri a cristalli liquidi vedono cambiare l’orientamento dei cristalli tra gli elettrodi del sistema in funzione della differenza di potenziale applicata. Lo stesso vale per i sistemi con particelle sospese. La variazione della trasparenza copre tutto lo spettro della radiazione solare ed è più marcata nel campo del visibile. Quando il dispositivo è acceso, la vetrata è trasparente perché i cristalli o le particelle sono allineate. Quando il dispositivo è spento, la vetrata appare traslucida.

 VETRI ELETTROCROMICI
I vetri elettrocromici sono costituiti da più strati: un elettrolita è inglobato tra due elettrodi a loro volta incorporati tra due conduttori trasparenti. Il tutto è inserito tra due lastre di vetro. Quando viene applicata una tensione elettrica, avviene una reazione elettrochimica che causa la migrazione di ioni all’elettrodo e dall’elettrodo cromo genico, provocando una variazione del colore del componente. Quando al sistema viene applicata la tensione, il vetro si colora. A circuito aperto il sistema conserva memoria perché l’elettrolita ha una bassa conduttività elettronica. Per ottenere il ritorno alle condizioni di trasparenza bisogna invertire la polarità permettendo ai cationi di abbandonare l’elettrodo migrando verso il contro elettrodo. Con tali sistemi si può abbassare notevolmente la trasmissione luminosa ed infrarossa modulando la differenza di potenziale.


VETRI FOTOVOLTAICI

Esistono dei vetri, semplici all’apparenza, in grado di catturare la luce del sole producendo energia pulita. Il segreto è in una specie di vernice che riveste il vetro, un particolare gel che inizialmente non era ritenuto adatto alle civili abitazioni perché non ancora perfettamente trasparente. Eliminata l’opacità però, si è giunti ad un prodotto utile come un pannello fotovoltaico ma molto meno costoso. Si parla infatti di circa 2 euro per watt (oltre la metà di un pannello fotovoltaico). Il gel in questione contiene silicio amorfo reso semiconduttore grazie ad un procedimento nanotecnologico che può essere applicato in intercapedine o superficialmente.

 APPLICAZIONE IN INTERCAPEDINE
Quando il gel al silicio amorfo viene applicato nella vetrocamera, è in grado di trasformare l’energia solare in energia elettrica producendo fino a 300 watt per metro quadrato. Per trasformare un vetro doppio in un vetro fotovoltaico, deve essere smontato, l’intercapedine riempita di gel e poi dotato di due contatti elettrici, rimontato sulla finestra e connesso alla centralina.

APPLICAZIONE SUPERFICIALE
In assenza di intercapedine tra i due vetri, al gel al silicio amorfo, viene sostituito un spray analogo per componenti, che è in grado di generare fino a 100 watt per metro quadrato.

 Il gel fotovoltaico è indubbiamente un prodotto in grado di suscitare grande interesse anche per via della integrabilità architettonica. Sebbene svolga la sua stessa funzione, un vetro fotovoltaico non ha l’aspetto di un pannello fotovoltaico e per questo motivo non è soggetto a limitazioni legate all’integrazione architettonica.


IL VETRO RICICLATO

Con le nuove tecnologie, dal vetro riciclato  è possibile ricavare un materiale con requisiti e caratteristiche identiche a quello del vetro vergine, utilizzandolo anche per le stesse applicazioni.
Per eseguire questo processo ci si avvale sia degli scarti industriali sottoforma di frammenti e scaglie, che di vetro proveniente dalla raccolta differenziata. Si procede quindi a una fase di selezione, dividendo il vetro in base al colore. Poi si esegue un’operazione di depurazione meccanica e manuale per evitare inquinamenti con altri materiali, infine si eseguono la frantumazione e la vagliatura.

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Ora i resti vitrei sono pronti per essere fusi da soli o mescolati con vetro vergine, secondo il grado di purezza che si vuole ottenere.
Il vetro riciclato con una quantità d’impurità più alta verrà, infatti, usato prevalentemente in ambito edile, invece per imballaggi e manufatti occorre rispettare vincoli molto rigidi per quanto riguarda i parametri di purezza.

BENEFICI AMBIENTALI DEL VETRO RICICLATO
Questo tipo di lavorazione apporta benefici ambientali non indifferenti, a partire da una riduzione di consumo delle materie prime, fra tutte la silice che è un prodotto di cava. Facile fare i conti: cento chili di vetro differenziato producono cento chili di nuovo prodotto; al contrario, da centoventi chili di materia prima si ottengono solo cento chili di nuova materia.

Inoltre, il processo produttivo per il riciclo del vetro non consuma così tanta energia come quello del vetro vergine, contribuendo quindi a ridurre le emissioni di CO2 nell’atmosfera.
Infine la raccolta differenziata presenta il vantaggio di evitare l’accumulo di materiale nelle discariche, che neppure le altissime temperature di termovalorizzazione riescono a fondere completamente, potendo anzi causare danni agli impianti.

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APPLICAZIONI
Gli ambiti di applicazione del vetro riciclato sono tantissimi. In campo edile è usato come materiale da costruzione, rifinitura per piccole e grandi superfici, rivestimenti, serramenti, pavimenti, isolanti, sottofondi stradali e altre applicazioni. Si usa profusamente anche nel campo del design, dell’arredamento, dell’arte, degli accessori moda, nell’ambito alimentare, farmaceutico e cosmetico.

Sicuramente le sue trasparenze, i suoi giochi di colore, le sue forme ricercate e particolari ne fanno un materiale sempre al passo con i tempi, attuale e di grande impatto visivo, con tante storie da raccontare ancora.