Доц. д-р Димитър ПOПОВ
Без съмнение стъклото е един от най-използваните материали в наши дни. Дори само изброяването на областите, в които то намира приложение, е една твърде трудна и сложна задача.
Историята на стъклото се губи в дълбините на вековете. В интерес на истината, първото стъкло на нашата планета е сътворила самата природа. Това е т.нар. обсидиан, получаващ се при застиването на вулканичната лава, в която се съдържа значително количество силициев диоксид. Най-често обсидианът е с черен цвят, но съществуват и негови по-редки форми с червен, оранжев, син или сив цвят. Обсидианът съдържа до 85% силициев диоксид и неговата твърдост е твърде голяма – около 5-6 по скалата на Моос. Това негово свойство са оценили още в каменния век нашите далечни предци, които са го използвали за обработка на различни режещи инструменти. Тъй като обсидианът се срещал твърде рядко, той бил високо ценен в онези далечни години. Подобен материал (тектит) се получавал и на мястото на падането на мълния или метеорит.
Редица археологични находки свидетелстват, че първото изкуствено стъкло е било произведено на сирийското крайбрежие, в Месопотамия или в Древния Египет. Повечето древни стъклени изделия са открити в Египет. В по-голямата си част те представляват различни украшения и амулети. Такова зеленикаво-черно украшение е открито в саркофага на фараонката Хатшепсут, втората жена-фараон в Древен Египет, царувала около XV век пр.н.е. Открити са и сини и зелени украшения и амулети. Счита се, че по тези земи стъклото е било изобретено преди около 12 хиляди години. Първото известно „пособие“ за производство на стъкло датира около 7 века пр.н.е. и представлява глинена табличка, съхранявана в библиотеката на асирийския цар Ашурбанапал. Несъмнено откритието на стъклото е едно от най-великите открития на човека.
Единственото писмено свидетелство за откритието на стъклото се съдържа в енциклопедичния труд на знаменития древноримски учен Плиний Стари (Plinius maior) – „Естествена история“ (Naturalis historia). Този огромен и безценен труд, състоящ се от 37 тома, е написан около 77 година за императора Тит Флавий Веспасиан. Съгласно легендата, предадена от Плиний Стари, по време на буря на Финикийския бряг бил изхвърлен кораб, превозващ сода от Египет във Финикия. Когато оцелелите търговци решили да си приготвят храна, на пясъчния бряг те не открили никакви камъни, за да си стъкмят огнище. Ето защо те се възползвали от втвърдената от водата сода в кораба. Разпаленият огън стопил пясъка и содата и от импровизираното огнище потекла гъста течност, която при застиването си се превърнала в стъкло. В наши дни редица учени се отнасят скептично към тази история, позовавайки се на факта, че температурата, развивана от огъня, едва ли е достатъчна за образуването на стъклото. От друга страна обаче сега е известно, че в зависимост от съставките, които съдържа, стъклото се топи в много широки граници – от 300 до 2500 градуса Целзий.
За получаването на стъклото в земите на Древния Египет, Месопотамия и Сирия са използвали сода, която се добивала при изгарянето на дърветата-галофити, приспособени да растат в солените почви и натрупващи значителни количества от нея. Другата основна съставка – пясъкът, се срещала обилно по тези земи. Повече от вероятно е, че технологията за производството на стъклото се пазела в дълбока тайна и тя се прилагала единствено под пряката опека и надзор на владетелите на тези държави. С годините майсторството в производството на стъкло значително се усъвършенствало. Чрез добавяне на различни минерали, съдържащи желязо, никел, мед, злато, кобалт и манган, древните майстори получавали стъкла с различен цвят, от който се изработвали красиви украшения, много от които по-късно са открити при археологичните разкопки. Най-древното стъклено изделие се счита светлозеленото мънисто с размери 9 х 5,5 мм, открито в покрайнините на град Тива, което датира около 3,5 хиляди години пр.н.е.
По времето на римските завоевания технологията за производството на стъкло достига и до Древна Гърция и до Римската империя, където през I век пр.н.е. тя бележи бурно развитие. Първият остъклен прозорец с размери 1,5 х 1 м се появява в гръцката баня в Помпей. Достоверен факт е, че римският император Нерон заплатил за две стъклени чаши в злато, количеството на което чувствително превишавало тяхната маса. Всевъзможни стъклени предмети се появили в домакинството, строителството, както и като разнообразни украшения. Не закъсняла и появата на имитации на скъпоценни камъни, които се ценели дори наравно с естествените такива. В тези години повечето от стъклените изделия били достъпни единствено на знатните особи, които можели да заплатят тяхната висока цена. Красиви цветни витражи се появили в храмовете, както и цветни мозайки в дворците.
Стъклените изделия, получени от древните стъклари, не били напълно прозрачни, а по-скоро мътни. Значително по-късно било установено, че за получаване на „избистрено“ стъкло температурата във ваната трябва да достигне 1500 градуса Целзий, при която напълно се отстраняват микроскопичните въздушни мехурчета и прашинките пясък, които не са се стопили. Древните просто не са могли да достигнат такава температура.
От химична гледна точка стъклото представлява неорганичен, аморфен, термопластичен материал, съставен от оксидите на редица метали и неметали. Последните се подразделят на две групи – стъклообразуващи (силициев диоксид, диборентриоксид, дифосфорен пентаоксид) и модифициращи (натриев оксид, калиев оксид, калциев оксид, бариев оксид, магнезиев оксид, диалуминиев триоксид, железен оксид, дижелезен триоксид, манганов диоксид, дихромен триоксид, цинков оксид и др.). От чистите стъклообразуващите оксиди може самостоятелно да се получи стъкло. Например от силициевия диоксид се получава т.нар. кварцово стъкло, което се топи едва при 1250 градуса Целзий. С въвеждането на оксидите модификатори температурата на топене на стъклото се понижава и то придобива най-разнообразни свойства и оцветяване. Например калциевият оксид придава на стъклото блясък и здравина, а алкалните оксиди понижават температурата на топене и придават пластичност. Ако главната съставна част на стъклото е силициевият диоксид, стъклото се нарича силикатно. В зависимост от добавките то бива алумосиликатно, бромо-алумосиликатно, алумофосфатно и пр. В строителството се използват главно силикатни стъкла.
Значителна крачка в тази област е направена около 25 години пр.н.е. от сирийските стъклари, които откриват т.нар. стъклодувна тръба. Този прост инструмент открива пътя към създаването на невероятно многообразие от продукти с най-различни форми. Тъй като по това време Сирия била под юрисдикцията на Римската империя, това откритие бързо получило невероятно разпространение в нейните обширни територии. Любопитно е, че в съвременното стъклодувно производство нищо съществено не се е променило от онези години. Стъклодувната тръба е изработена от желязо и е с дължина 1 – 1,5 метра. Около една трета от нея (там, където се държи и надува) е обвита с дърво. В допълнение се използват специални ножици и щипки, с помощта на които стопената стъклена маса се прикрепва към тръбата, изрязва се и се формира изделието. Изисква се невероятно майсторство за превръщането на късчето стопена, пластична стъклена маса в изящно, ефирно изделие.
С развитието на авиацията през 30-те години на миналия век се почувствала остра нужда от стъкло с по-добри показатели от „класическото“, което да удовлетвори високите изисквания в тази област. Така се ражда плексигласът, изобретен през 1928 година от германеца д-р Ото Ром, който представлява полимер на метилметакрилата – полиметилметакрилат. През 1933 година продуктът е патентован и същата година в Дармстад (Германия) заработва първата фабрика за неговото производство. Новото „органично“ стъкло имало редица предимства – здравина, еластичност, нечупливост, податливост на оцветяване и т.н., но и един съществен недостатък – запалимост. В наши дни широко приложение получиха други „стъкла“, които нямат този недостатък – прозрачен поликарбонат, поливинилхлорид и полистирол. Всъщност тези материали се наричат стъкла единствено поради сходството им с класическото стъкло – прозрачността.
Изключителна атракция в последните години е т.нар. прозрачно дърво, което притежава редица достойнства – голяма здравина (по-голяма от стъклото) и нечупливост. Първоначалните усилия били насочени към отделянето на лигнина от дървото, но този метод се оказал твърде трудоемък, а и полученият материал не бил тъй здрав. Според новата технология лигнинът не се отстранява, а... замества. Основните операции са обработка на дървото с водороден пероксид, облъчване с UV-лъчи и потапяне в етанол. В края на процеса порите на дървото се запълват с позрачна епоксидна смола, която му придава абсолютна гладкост. Дървесината, обработена по този метод е около 50 пъти по-здрава от тази, получавана по първоначалния метод и пропускала около 90% от светлината. Тя е по-здрава и по-лека от стъклото и е със значително по-добри изолационни свойства. Счита се, че прозрачното дърво е прекрасен строителен материал за бъдещето, с помощта на който могат да се построят здрави, прозрачни домове с висока топлоизолация.
