Синтетические моющие средства

Для современной динамичной жизни стирка с помощью хозяйственного мыла является архаичной, и этому есть несколько причин:

а) образование нерастворимых солей в воде высокий жесткости при стирке;

б) невозможность использовать кусковое мыло в современных стиральных машинах;

в) мыла неустойчи­вы в кислых растворах и др.

С начала XX в. шел поиск новых средств, обладающих высокой моющей способностью и поверхностной активностью, т. е. иособностью снижать поверхностное натяжение воды на гра­нице раздела жидкость - газ (воздух). Первым синтезирован­ным поверхностно-активным веществом (ПАВ) было так называемое ализариновое масло, представляющее собой сульфированное касторовое масло, которое впоследствии нашло техническое применение в текстильной промышленности.

Высокая моющая способность синтетических моющих средств, более низкая себестоимость и доступность сырья для производства позволили им занять веду­щие позиции на потребительском рынке.

В производстве синтетических моющих средств (СМС) используют органичес­кие поверхностно-активные вещества, которые в водных растворах диссоциируют на длинноцепочные анионы, обеспечивающие поверхностную активность раство­ра, и катионы, которые влияют только на растворимость этих веществ. Такие ве­щества называются анионоактивные. К ним относятся мыла, алкилсульфонаты, алкиларилсульфонаты, алкилсульфаты.

Поверхностно-активные вещества проявляют хорошую смачивающую, пептизирующую, эмульгирующую способность в отношении загрязнений.

Синтетические ПАВ получают в результате введения сульфогрупп или оксигрупп (а зачастую и их комбинации) в неполяр­ные длинные «жирные» остатки молекул кислот (алкилсульфонаты) или спиртов (алкилсульфаты). Сульфогруппы и оксигруппы обеспечивают ПАВ растворимость в воде, а «жирный» остаток - растворимость в жирах и других неполярных веществах.

В зависимости от строения молекулы ПАВ бывают ионогенные и неионогенные.

Ионогенны (анионоактивные и катионоактивные) ПАВ при растворении в воде образуют заряженные ионы - анионы (отри­цательные) или катионы (положительные). Анионоактивные ПАВ обладают лучшим моющим действием при высоких значениях рН >11 (при сильнощелочной реакции); катионоактивные ПАВ моют в низкощелочных и слабокислых средах (значение pH от 6 до 8)

Алкилсульфонаты - соли сульфокислот. Для моющих средств их получают сульфохлорированием или сульфоокислением предельных углеводородов с числом атомов углерода от 12 до 18, а также присоединением гидросульфита натрия к непредельным углеводородам.

В состав синтетических моющих средств входят помимо поверхностно-активных веществ также различные добавки (щелочи и др. для умягчения воды), химические отбеливатели, ферменты, парфюмерные отдушки, пенообразователи, стабилизаторы и др.

Неорганические соли добавляют в порошкообразные, пастообразные и твердые средства для стирки с разными целями. Карбонат натрия и силикат натрия создают в моющем рас­поре щелочную среду, что смягчает воду; кроме того, анионоактивные ПАВ лучше моют в щелочной среде, поэтому такие или вводят в состав СМС для хлопчатобумажных и льняных тканей. Силикат натрия также замедляет коррозию металлических частей стиральных машин и уменьшает влажность порошкообразных СМС.

Нейтральные соли, такие как сульфат натрия и фосфат натрия. Сульфат натрия используется для улучшения сыпучести по­рошка и растворимости его в воде, увеличивает моющую способность СМС, он входит во все виды СМС.

Отечественные моющие средства содержат также до 30 - 35% фосфорных солей - тринатрийфосфат и полифосфаты. Они умягчают воду и снижают щелочность моющих растворов до pH ~ 7 (нейтральная), что необходимо для действия таких добавок, как ферменты. Полифосфаты образуют растворимые комплексы с ионами металлов и предотвращают выпадение в осадок труднорастворимых «солей жесткости». Это способствует устранению налета на тканях, металлических частях и нагревателе стиральных машин. Полифосфаты, в частности гексамеметафосфат натрия под торговой маркой «Калгон», применяются пак добавка к СМС при стирке. В странах ЕС фосфорные соли практически не используют в составе СМС из-за проблем с загрянением сточных вод солями фосфора.

Отбеливателивводят в СМС для сохранения белизны изделий белого цвета. Отбеливатели подразделяются на химические и физические.

Химические отбеливатели используют в СМС для льняных и хлопчатобумажных тканей. Обычно применяют соли перекисных кислот (персоли), например перборат натрия. При темпера­туре моющего раствора свыше 60 °С персоли выделяют атомар­ный кислород, который и является отбеливающим и дезинфи­цирующим агентом.

Моноперсульфат калия отбеливает ткань при 60⁰ С. Для шерстяных и шелковых тканей применяют пероксид («перекись») водорода. Персоли — сильные окислители они разрушают ткани при длительном и многократном воздействии при высокой температуре. Снижение температуры воды при действии отбеливателей возможно за счет введения катализаторов (активаторов) отбеливания, в частности тетраацетилэтилендиамина (ТАЭД / TAED).

Физические(оптические) отбеливатели применяют для тканей из смешенных волокон, синтетических и натуральных шерстяных и шелковых тканей. Оптические отбеливатели - бесцветные флуоресцирующие органические соединения (флуорисцентные «красители») - это ароматические или гетероциклические соединения с системой сопряженных двойных связей, например производные кумарина, имидазола.. Оптические отбеливатели способны преобразовывать падающий свет ультрафиолетового диапазона в видимый свет в интервале коротких волн оптического диапазона - фиолетового, синего и голубого цвета. Это придает тканям при дневном свете голубизну и «скрадывает» желтизну; при обычном освещении эффект оптического отбеливания не проявляется. Оптические отбеливатели добавляют в СМС обычно в количестве 0,1-0,3%.

Вещества ресорбенты вводят в состав СМС для предотвращения повторного оседания загрязнения на ткани (ресорбции). С этой целью в СМС вводят полимерные добавки: для хлопчатобумажных и льняных тканей используют Na-КМЦ - натриевую соль карбоксиметилцеллюлозы (эфир целлюлозы); для шерстяных и шелковых - поли-N-винилпирролидон, карбоксилаты

Биодобавки (ферменты)вводят в СМС для удаления загрязнений или пятен жирового происхождения и белковых веществ, содержащих протеин (следы крови, яичного белка, молока), пятна от ягод, сахара и т. п. Эффективность моющих средств с ферментами зависит от температуры моющего раствора и pH среды.

Ферменты(другое название — энзимы) удаляют загрязнения за счет ферментативного разрушения длинных молекул загрязнений с образованием низкомолекулярных продуктов, которые легко удаляются при стирке.

Моющие средства, содержащие фермент протеазу, нельзя использовать для стирки изделий из натуральных шелка и шерсти, поскольку они также имеют белковую природу и ферменты могут разрушать ткани. Неприятный запах порошкообразных СМС, которые содержат в своем составе ферменты, устраняется введением отдушек (парфюмерные отдушки с запахом свежести или ароматов зелени, фруктов, цитрусовых).

Красители в состав СМС вводят только в средства для стирки цветных изделий под названием «усилители цвета». Их действие основано на оптическом эффекте: красители адсорбируются на поверхности тканей без химического взаимодействия с нею.

Ассортимент синтетических моющих средств. Синтетические моющие средства по форме выпуска готовых средств под­разделяются на жидкие, пастообразные и твердые - порошкообразные (в том числе гранулированные) и таблетированные.

Средства моющие синтетические порошкообразные по назначению подразделяются на порошки:

- для стирки изделий из хлопчатобумажных и льняных тканей;

- для стирки изделий из искусственных, синтетических, шерстяных и шелковых тканей;

- универсальные для стирки изделий из всех вышепере­численных тканей, из смешенных волокон, кроме изделий из на­турального шелка и шерсти;

- для стирки изделий из шерстяных тканей и трикотажа;

- для стирки детского белья с преобладанием традицион­ного порошкообразного мыла.

Для стирки шерстяных, трикотажных изделий выпускаются жидкие моющие средства с низким значением pH.

По способу применения и в зависимости от типа стирки и типа стиральной машины порошкообразные СМС подразделя­ются на средства:

- с пониженным пенообразованием, для машин барабанного типа;

- с ненормируемым пенообразованием, для машин активаторного типа и для ручной стирки.

По особенностям состава СМС подразделяются на средства:

- с химическими отбеливателями (пероксидами);

- с биодобавками (энзимами);

- с оптическими отбеливателями;

- с химическими и оптическими отбеливателями;

- без отбеливателей и энзимов;

- с фосфатами;

- без фосфатов.

Показатели качества. СМС оценивают только по внешнему виду. Порошкообразные СМС должны представлять собой гранулированный порошок от белого до светло-желтого цвета иди окрашенный. Цвет, или белизна, порошка (по шкале белых цветов) должен быть не ниже 60%. Для окрашенных порошков и порошков с биодобавками показатель цвета не определяют. Каждое конкретное наименование СМС, отличающееся от других составом, вырабатывают в промышленности по отдельным техническим условиям. Нормативные документы для определения показателей качества:

- ГОСТ Р 52488-2005 «Средства для стирки. Общие технические требования»;

- ГОСТ 25644-96 «Средства моющие синтетические порошкообразные. Общие технические требования».

По показателям безопасности порошкообразные СМС должны соответствовать требованиям, установленным в стандартах и санитарных нормах и правилах.

Пыль порошкообразных СМС может вызывать при вдыхании аллергическую реакцию у потребителей, поэтому содержание пыли в порошке нормируют. Порошкообразные СМС не должны сильно пылить.

Фосфорнокислые соли нормируют в строго установленном количестве по причине экологических требований.

Пенообразующая способность должна быть низкой, а пена малоустойчивой (не более 30%) в средствах для машинной стир­ки.

Определение моющей способности СМС обычно прово­дят путем стирки предварительно загрязненных стандартным загрязнителем образцов ткани в стандартной бытовой маши­не (ГОСТ 22567.15-95 «Средства моющие синтетические. Метод определения моющей способности»).

Срок годности порошков с химическими отбеливателями и/или биодобавками ограничен и составляет не менее 9 мес. Для остальных порошкообразных СМС срок годности не ограничен.

Маркировка средств для стирки проводится в соответствии с ГОСТ Р 52488-2005: наименование, включая торговое назва­ние, назначение средства, включая типы тканей и стиральных машин; наименование страны и предприятия-изготовителя с оказанием юридического адреса, товарного знака (при наличии).

Состав средства должен быть указан с учетом следующих требований:

- при массовой доле в составе средства 0,2% и более: фос­фаты; фосфонаты; анионные ПАВ; катионные ПАВ; амфотерные ПАВ; неионогенные ПАВ; отбеливающие вещества на основе кислорода; этилендиаминтетрауксусная кислота и ее соли; нитрилотриуксусная кислота и ее соли; мыло (соли жирных кислот); цеолиты; поликарбокислаты;

- независимо от массовой доли в составе средства указывают: энзимы; дезинфицирующие вещества; оптические отбеливатели; ароматизирующие добавки; консерванты.

Массовую долю указывают широким диапазоном: менее 5%, 5% или более, но менее 15%; 15% или более, но менее 30%; 30% и более.

Указывается способ применения с указанием информации о рекомендуемом расходе (количестве) и/или дозировке средства в зависимости от способа стирки, степени загрязнения ткани и жесткости воды, температуры стирки или интервала температур эффективного применения средства; меры предосторожности, в том числе требования: хранить вдали от пищевых - продуктов; беречь от детей и др.; условия хранения; масса не т то (г, кг) или объем (мл, л), т. е. номинальное содержание продукции в упаковке на момент изготовления; срок годности, обозначаемый фразой «Срок годности (месяцев, лет)» с обязательным указанием даты изготовления или «Годен (использовать) до (месяц, год)»; информацию о сертификации; штрихкод продукции (при наличии).

Хранение. Порошкообразные СМС в упакованном виде должны сохранять свои потребительские свойства при температуре не более 35 °С и относительной влажности воздуха не выше 95%. Необходимо защищать средства от прямых солнечных лучей.

Упаковывают порошкообразные СМС в пачки с четырьмя клапанами, которые тщательно заклеивают. Дополнительные вкладыши не требуются, если картон покрыт специальным по­крытием, защищающим порошок от влаги. Стандартные пачки вместимостью 450 г, 600 г, 1000 г. В экономной упаковке - полиэтиленовых пакетах вместимость может быть увеличена до 1-5 кг и более.

Функциональное назначение и состав СМС определяются природой поверхностно-активного вещества и типом ткани при стирке:

- для хлопчатобумажных и льняных тканей используют анионоактивные ПАВ, которые хорошо стирают в щелочной среде. Сильнощелочная среда не оказывает разрушающего действия на хлопок и лен;

- для шелковых и шерстяных тканей используют катионоактивные и неионогенные ПАВ; шерсть и шелк устойчивы и их действию в нейтральной или слабокислой средах;

- для синтетических и смешанных тканей используют смеси ПАВ.

Таблетированные формы СМС, которые имеют определен­ное преимущество при дозировании, упаковывают в блистеры. Жидкие и пастообразные СМС фасуют в полимер­ную тару - банки, флаконы, тубы. Жидкие средства снабже­ны дозирующими колпачками (типа «пуш-пул» - толкай-тяни и «флип-топ» - крышка с защелкой).

Вспомогательные средства для стирки. К ним относятся средства для отбеливания, подсинивания, аппретирования, опо­ласкивания, антистатики, гидрофобизаторы тканей и др.

Средства для отбеливания могут выполнять основную и дополнительную функцию - удаление пятен при стирке без кипя­чения. Действующее вещество - активный химический агент: атомарный кислород или атомарный хлор.

Хлорные отбеливатели (например, “Белизна”, “АСЕ”) со­держат обычно гипохлорит натрия в стабилизированной фор­ме. При разбавлении водой происходит гидролиз гипохлорита и образуется хлорноватистая кислота, которая обладает бакте­рицидным действием. При ее разложении выделяется атомар­ный кислород или хлор: в кислой среде образуется хлор, а в щелочной среде - атомарный кислород. Преимущество таких от­беливателей в том, что они не требуют кипячения.

Кислородсодержащие отбеливатели - персоли, например перборат натрия, содержат в молекуле кисло­родные мостики -О-О-. При температуре моющего раствора 60 - 90 °С это вещество гидролизуется, выделяя пероксид водо­рода, затем атомарный кислород, который и является отбелива­ющим и дезинфицирующим агентом. Таким же действием обла­дает перкарбонат натрия и аналогичные отбеливатели.

Форма выпуска - порошкообразные и жидкие (обычные и концентрированные). Порошкообразные отбеливатели фасу­ют в пакеты или баночки из полиэтилена по 50, 100, 200, 400 г; жидкие — в полимерные бутылки или флаконы вместимостью 0,5... 1,0 л с дозирующими устройствами. Для хлорсодержащих отбеливателей рекомендуется использовать специальные уку­порочные средства с защитой от вскрывания детьми.

Ополаскиватели для белья - это мягчители, или кондиционеры, которые добавляют в воду для полоскания при ручной и при машинной стирке. Ополаскиватели содержат в составе аниона активные и неионогенные ПАВ, отдушки и консервант, который обладает бактерицидным, противогрибковым действием. Ополаскивали придают тканям мягкость, уменьшают зольность (налет). Выпускаются в виде обычных и концентрированных растворов.

Средства для антистатической обработки тканей предназначены для снятия избыточного заряда статического электричества тканей из синтетических волокон и уменьшения электризации при эксплуатации изделий. С этой целью используются средства, содержащие растворы ПАВ, которые способствуют гидрофилизации поверхности волокон и тканей, что увеличивает поверхностную электропроводимость тканей, способствуют стоку зарядов и снижению электризуемости. Антистатики выпускают в двух формах - растворы для полоскания, которые добавляют в воду, или в аэрозольных баллонах, которые наносят на поверхность изделий разбрызгиванием.

Чистящие средства. Удаление загрязнений с предметов домашнего обихода, полов, оконных стекол, окрашенных и пластмассовых поверхностей, бытовых электроприборов и бытовой сантехники производится при помощи специальных чистящих средств. В состав чистящих средств входят моющие вещества, абразивы (толченая пемза, кремнезем), антиадсорбенты, которые отделяют грязь от поверхности, регуляторы кислотности, бактерицидные вещества, отдушки.

Ассортимент чистящих средств классифицируют:

- по назначению – универсальные; санитарно-гигиенические; для чистки и мытья посуды; для чистки и промывки канализационных труб; для чистки изделий из цветных и драгоценных металлов; для удаления накипи; для чистки газовых плит, электроплит и другого кухонного оборудования; для чистки обивки мебели и ковров; для чистки оконных стекол, зеркал;

- по составу – абразивные и безабразивные;

- по консистенции – твердые (в виде гранул, порошка, таблеток); жидкие (в виде суспензии, геля, эмульсии, крема); пастообразные. В последнее время получили широкое распространение чистящие средства в форме салфеток для чистки стекла, мебели, металла и др.

Средства для мытья и чистки посуды предназначены для удаления загрязне­ний любого типа за короткое время, при этом они должны полностью смываться при ополаскивании, быть нетоксичными и не раздражать кожу рук.

Важным тре­бованием к таким средствам является их способность обеспечивать блеск повер­хности, предотвращая потускнение стекла, фарфора и других материалов, корро­зию металла, а также появление пятен солей жесткости. Этим обусловлен сложный состав композиций для мытья и чистки посуды, аналогичный составу стиральных порошков (смесь ПАВ и неорганические активные добавки — щелочи, полифос­фаты, силикаты и др.).

Ассортимент представлен пеномоющими средствами для мытья посуды (в том числе столовой) вручную (контакт с кожей рук) и в посудомоечных машинах.

Формы выпуска: жидкости, твердые вещества (порошкообразные или таблетированные).

Жидкие средства - водные растворы анионоактивных и неионогенных ПАВ. Сочетание ПАВ делает возможным мытье посуды в широком диапазоне температур, а специальные добавки - алкилглюкозид и кокамидопропилбетаин - минимально раздражают кожу рук. Содержание ПАВ в жидких средствах составляет суммарно от 4,5 до 11,5%.

Порошкообразные и таблетированные средства для мытья в посудомоечных машинах представляют собой смесь минеральных и органических соединений: карбонат и силикат натрия, фосфаты для улучшения растворимости солей жесткости и снятия накипи, от 5 до 15% кислородсодержащих отбеливатели.

Многие порошкообразные порошки для чистки металлической посуды содер­жат абразивные материалы - жесткие (кварц и пемза молотые или порошок и др.) и мягкие (глинозем, мел, каолин и др.).

Препараты для чистки ковров в процессе применения представляют собой су­хую пену поверхностно-активных веществ, которая разрушает загрязнения и втягивает их и осевшие на ковер пылинки вглубь пленок. Для повышения вязко­сти раствора и стабильности пены вводят добавки стабилизаторов - КМЦ, поли­акриламида, полихлорвинилового спирта, фосфатов, амидов жирных кислот.

Пятновыводящие средства оказывают различные воздействия на загрязнения: растворение, солюбилизация (растворение в присутствии ПАВ веществ, которые обычно в воде нерастворимы, например, жиры), эмульгирование, диспергирование, химическое взаимодействие и биологическое воздействие. Легче выводятся све­жие пятна, со временем масляные загрязнения полимеризуются и удаляются труднее. Обычно используют смеси органических растворителей (изопропил, циклогексанол и др.), ПАВ, смеси ферментов. Химическое воздействие, например, на пятна ржавчины, оказывает щавелевая кислота.

Выпускают пятновыводящие средства для удаления определенных видов заг­рязнений, но большим спросом пользуются универсальные пятновыводители.

Усилителями химической чистки (детергентами) являются жировое мыло, смеси ПАВ (апкиларилсульфонаты, сложные эфиры сульфированных жирных кислот, сульфаты жирных спиртов, амиды и амины жирных кислот и др.

Вопросы и задания для проверки

1. Назовите группы товаров бытовой химии.

2. Как группируются клеи по происхождению?

3. В чем преимущество синтетических клеев?

4. Почему синтетические моющие средства следует применять согласно инструкции?

5. Как делятся средства для чистки по назначению?

6. Какими свойствами обладает олифа?

7. В чем отличие лака от олифы?

8. В чем отличие масляных красок от эмалей?

9. Какие требования предъявляются к маркировке товаров бытовой химии? Назовите общие требования и специфичные.

10. Какие условия необходимо обеспечивать для сохранения качества каждой подгруппы товаров бытовой химии?

11. Составьте схему экспертизы каждой подгруппы товаров бытовой химии. Отметьте специфичные особенности каждой подгруппы при проведении экспертизы.

Лекция 6

Стеклянные товары

Классификация, состав и строение.

Требования к маркировке, упаковке и условиям хранения.

Экспертиза качества

Стекло – материал аморфно-кристаллитной структуры, получаемый путем переохлаждения расплава, состоящего из различных оксидов, и независимо от химического состава и температурной области затвердевания обладающий при постепенном повышении вязкости механическими свойствами твердого тела. Переход из жидкого состояния в стеклообразное является обратимым.

Стекло – это такое состояние аморфного вещества, которое получается при затвердевании переохлажденной жидкости. Стекло неравновесно по отношению к кристаллическому состоянию, которое может реализовываться при том же составе и при тех же внешних условиях. Отличие от кристаллов состоит в отсутствии периодичности строения.

Технологический процесс производства стеклянных изделий подразделяется на следующие основные этапы:

- подготовка сырьевых материалов и приготовление шихты;

- варка стекломассы;

- формование (выработка) изделий;

- отжиг;

- декорирование изделий.

Схема технологического процесса представлена на рисунке 7.

Точность соблюдения технологических режимов на каждом из этапов оказывает существенное влияние на качество готовых изделий.

Чтобы стекло как материал в каждом отдельном случае удовлетворяло предъявляемым к нему требованиям, оно должно обладать соответствующими свойствами как в холодном состоянии, т. е. в виде стекла, так и в жидко-расплавленном, т. е. и виде стекломассы.

Подготовка сырья

Складирование

Приготовление шихты

Варка стекла

Формование

Упаковка

Контроль качества

Отжиг и обработка

Рисунок 7 – Типовая технологическая получения стекла

Свойства стекла в холодном состоянии определяют физико-механическую сущ­ность изделий, а свойства стекломассы обусловливают процесс их изготовления.

Многочисленные исследования всевозможных стекол и стекломасс показали, что важнейшие свойства их находятся в функциональной зависимости от химического состава. В зависимости от физико-механических и химических свойств стёкла классифицируются по назначению следующим образом:

- стеклотара (бутыли, консервные банки, бутылки, аптекарская и парфюмерная тара и т. д.);

- стекла для изготовления изделий технического назначения (электроизоляторы, водомерные стекла, лабораторная посуда, оптика, электролампы, светофильтры и т. д.);

- стекла для изготовления изделий медицинского назначения (физиотерапевтические лампы, шприцы, кюветы, дистилляторы и т. д.);

- стекла для изготовления изделий строительного назначения (оконное, зер­кальное, витринное, армированное, узорчатое и другие плоские стекла; стеклоблоки, стеклотрубы, стекловолокно, стеклоткани и т. д.

Стекло как материал широко используют для изготовления художественных изделий и имитации драгоценных камней.

Материалы для производства стекла делят на основные и вспомогательные.

Основные материалы служат для введения в стекломассу важнейших окислов, являющихся основой для образования стекла и называемых стеклообразующи­ми. Обычно состав стекла выражается процентным содержанием окислов. Крем­незем (кварцевый песок) Si0₂ является основной частью стекла. Его содержание в стекле колеблется от 60 до 80%. Оставшуюся часть стекломассы в разных ко­личествах составляют сульфат натрия, сода, поташ, мел, бура, свинцовый сурик, барит и др. От качества кварцевого песка зависит качество стекла, так как он может содержать вредные примеси, окрашивающие стекло в нежелательные цвета. По­этому для производства стекла многие пески предварительно подвергают искусст­венному обогащению для удаления слишком крупных и особенно мелких зерен, глины, окислов железа, остатков растительной жизни и других вредных примесей.

В качестве кислотного компонента в стекло добавляют борный ангидрид В₂О₃. Борный ангидрид делает стекло более упругим и увеличивает показатель его преломления, в то же время он ускоряет варку, понижает вязкость стекломассы, способствует более быстрой ее очистке и значительно уменьшает кристаллиза­ционную способность.

Сульфат натрия (Na₂S0₄) и сода (Na₂C0₃) необходимы для введения в состав стекла окиси натрия, которая ускоряет стеклообразование и снижает температу­ру плавления кварцевого песка.

Окись калия (К₂0) вводят с помощью поташа (К₂С0₃). В составе стекломассы окись калия повышает прозрачность и блеск стекла.

Окись кальция СаО является одной из главных составных частей стекла, она придает ему химическую устойчивость. Вводят СаО в стекло с известняком и мелом. Химический состав их выражается формулой СаС0₃.

Окись магния МgО снижает склонность стекол к кристаллизации и увеличивает скорость твердения, а совместно с А1₂0₃ повышает химическую стойкость. Окись магния вводят с помощью магнезита МgС0₃, а совместно с окисью кальция — в виде минерала доломита СаС0₃МgС0₃.

Окись бария ВаО вводят, главным образом, в состав оптических стекол и в со­став стекол для изготовления высокосортных художественных изделий. Сырьем для ввода ВаО является сернобариевая соль BaS0₄ в виде минерала барита, а также углебариевая соль ВаС0₃ в виде минерала витерита.

Окись свинца РbО придает стеклу высокую плотность, повышает показатель преломления, придает характерный блеск и игру цветов. В основном окись свин­ца вводят в состав оптических стекол, а также в стекла для изготовления хруста­ля и художественных изделий. Сырьем для ввода окиси свинца служит свинцо­вый глет РbО и свинцовый сурик Рb₃0₄.

Окись цинка ZnO снижает коэффициент термического расширения стекол и повышает химическую устойчивость. Окись цинка вводят при помощи цинковых белил ZnO или углекислого цинка ZnCO₃.

К вспомогательным сырьевым материалам относят красители, обесцвечиватели, окислители, восстановители, глушители и осветлители.

Красителями называют такие вещества, которые, будучи введены в состав сте­кол, окрашивают их в тот или иной цвет. Так, например, соединения марганца ок­рашивают стекло в фиолетовый цвет, соединения кобальта — в синий, хрома — зеленый; никель придает стеклу дымчатую или красновато-фиолетовую окрас­ку. Соединения железа окрашивают стекла в сине-зеленый цвет (закись железа) или в желтый и коричневый цвета (окись железа).

Селен окрашивает стекло в красный и розовый цвета, золото дает так называемый «золотой рубин» от темно-красной до розовой окраски. Серебро придает стеклу зо­лотисто-желтый цвет, а медь — ярко-красный, или так называемый «медный рубин».

Обесцвечиватели — вещества, которые будучи введены в состав стекла, унич­тожают нежелательную окраску, вызванную красящими примесями, преимуществен­но окислами железа, попадающими в стекло в качестве неизбежных примесей к сырьевым материалам (мелу, песку, сульфату и т. д.).

Обесцвечивание может быть химическим и физическим. Сущность химическо­го обесцвечивания заключается в окислении закиси железа в окись, так как кра­сящее действие последней примерно в 10 раз слабее первой. В качестве окис­лителей используют трехокись мышьяка As₂0₃, аммонийную селитру NH₄*N0₃, сульфат натрия Na₂S0₄ и др.

Физическое обесцвечивание заключается в окраске стекломассы в дополнитель­ный цвет. Так, например, если стекло, окрашенное закисью железа в зелено-голу­боватый тон, дополнительно окрасить марганцевым или селеновым красителем в розово-красный цвет, то от сложения этих цветов оно становится бесцветным. Однако светопропускаемость его при этом значительно снижается.

Глушители делают стекло непрозрачным — глухим. В качестве глушителей используют фтористые соединения (минерал криолит 3NaFAIF₃, плавиковый шпат CaF₂) и соли кремнийфтористоводородной кислоты, например Na₂SiF₆. Наиболее эффективным глушителем среди фтористых соединений является криолит. Кро­ме фтористых соединений глушение стекла производят соединениями фосфора и соединениями олова. К этой группе относят костяную муку Са(Р0₄)₂, кислый фосфорнокислый кальций CaНP0₄*2Н₂0 и кислый фосфорно-кислый натрий NaHP0₄*12Н₂0, а также окись олова Sn0₂.

Осветлители в стекломассе быстро разлагаются с образованием большого количества газов. Эти газы, пронизывая стекломассу, захватывают мелкие газовые пузырьки, увлекают их и выводят в атмосферу. Благодаря этому стекломасса становится светопрозрачной. В качестве осветлителей употребляют азотнокислый аммоний NН_4*N0₃, хлористый аммоний NH₄CI, сернокислый аммоний.

Листовое стекло является базовым продуктом стекольной промышленности - это бесцветное, прозрачное натрий-кальций-силикатное стекло, изготавливаемое методами флόат или вертикального вытягивания без какой-либо дополнительной обработки поверхностей, имеющее вид плоских прямоугольных листов, толщина которых мала по отношению к длине и ширине. Обычно используют стекла с толщинами от 1,9 до 19 мм.

Флόат-стекло характеризуется исключительной ровностью и отсутствием оптических дефектов. Наибольший размер стекла, как правило, составляет 5100-6000 мм и 3210 мм, при этом толщина листа может быть даже меньше двух и достигать 25 мм. Получаемое стекло может быть прозрачным, окрашенным или иметь специально нанесенное покрытие. Стекло, изготавливаемое при помощи флоат-метода, называется флоат-стеклом и в настоящее время является наиболее распространенным типом стекла.

Получение стекла состоит в подготовке сырьевых материалов, составление шихты и варке стекла.

Сырьевые материалы в том виде, в каком они поступают на производство, не всегда бывают пригодны для использования в производственном процессе. Они могут содержать вредные примеси, зернистость не соответствует требуемой. Поэтому все сырьевые материалы предварительно обогащают, дробят, измельчают, просеивают и сушат.

Дозирование компонентов шихты осуществляется дозаторами, которые должны обеспечивать высокую точность процесса в условиях его высокой производительности. Отвешенные в соответствии с заданным составом компоненты шихты ленточным конвейером подаются в смеситель.

Под варкой стекла или стекловарением понимают термический процесс, в результате которого смесь разнородных компонентов образует однородный расплав.

Сущность процесса заключается в нагревании шихты в стекловаренных печах различных конструкций, в результате чего она превращается в жидкую стекломассу, претерпевая сложные физико-химические взаимодействия компонентов, происходящие на протяжении значительного временного интервала.

Различается пять основных этапов варки стекла:

1. Силикатообразование, на стадии которого образуются силикаты и другие промежуточные соединения. Для стекол обычного состава этот этап завершается при температуре 950-1150 C.

2. Стеклообразование, в ходе которого образовавшийся на первом этапе спек с повышением температуры плавится, завершаются реакции силикатообразования, а также происходит взаимное растворение силикатов. В расплаве силикатов протекает весьма медленное, постепенное растворение избыточного кварца, составляющее главное содержание этого этапа. К моменту его окончания образуется прозрачный неоднородный по составу расплав, включающий много пузырей. В общем случае этап стеклообразования завершается при температуре 1200-1250 C.

3. Осветление (дегазация), на протяжении которого из расплава удаляются видимые газовые включения – крупные и мелкие пузыри. Для обычных стекол этап завершается при 1500-1600 C.

4. Гомогенизация (усреднение), на стадии которой происходит усреднение расплава по составу, и он становится химически однородным. Важно отметить, что гомогенизация протекает одновременно с осветлением и в том же диапазоне температур.

5. Студка (охлаждение), в ходе которой происходит подготовка стекломассы к формованию, для чего температуру равномерно понижают до 300-400 C, добиваясь тем самым необходимой вязкости стекла.

Стекловаренная печь – это сердце стекловаренного завода, и именно здесь закладывается основа для получения качественного конечного продукта. В зависимости от количества стекла, которое нужно сварить, используются небольшие стекловаренные печи непрерывного действия.

Стекловарение является ответственным процессом с классическими задачами технологического управления, такими как измерение, управление, регулирование и вычисление. Типичными задачами регулирования являются уровень стекла, давление в печи, количество топлива и воздуха для сжигания, их соотношение.

В стекловаренной печи при высокой температуре в шихте происходят различные процессы и разнообразные превращения. При сравнительно небольших температурах (около 400°С) между материалами шихты начинаются химические реакции, ведущие к образованию силикатов. По мере дальнейшего нагревания шихта превращается в расплав различных солей. Образовавшие­ся силикаты и остатки непрореагировавших компонентов спека­ются в плотную массу. Это первая стадия варки стекла — сили­катообразование (температурный режим 800-900 °С).

При последующем повышении температуры силикаты рас­плавляются и растворяются. Образуется пенистый и непрозрач­ный расплав, пронизанный частицами материалов шихты и пу­зырьками газов, выделяющихся во время реакций. Постепенно твердые остатки шихты растворяются в расплаве, пена исчезает, образуется прозрачная стекломасса. Это вторая стадия стекло­варения — стеклообразование (протекает при температуре 1150-1200 °С).

Полученная масса содержит в себе газообразные включения различных размеров и неоднородна по химическому составу. Поэтому она пока еще непригодна для выработки изделий. Про­цесс удаления из стекломассы пузырей (дегазация) называется осветлением (температура 1400—1500 °С). Оно заключается в вы­делении газообразных включений из стекломассы при дальней­шем нагреве за счет снижения ее вязкости.