El vidrio de soda-cal , también llamado vidrio de soda-cal-sílice , es el tipo de vidrio más común , utilizado para cristales de ventanas y envases de vidrio (botellas y frascos) para bebidas, alimentos y algunos artículos básicos. Algunos utensilios de vidrio para hornear están hechos de vidrio de cal sodada, a diferencia del vidrio de borosilicato más común . [1] El vidrio de cal sodada representa aproximadamente el 90% del vidrio fabricado. [2] [3]
El vidrio de cal sodada es relativamente económico, químicamente estable, razonablemente duro y extremadamente manejable. Debido a que se puede volver a ablandar y volver a fundir varias veces, es ideal para el reciclaje de vidrio . [4] Se utiliza con preferencia a la sílice químicamente pura , que es dióxido de silicio (SiO 2 ), también conocido como cuarzo fundido . Mientras que la sílice pura tiene una excelente resistencia al choque térmico , pudiendo sobrevivir a la inmersión en agua mientras está al rojo vivo, su alta temperatura de fusión (1723 ° C ) y su viscosidad dificultan el trabajo. [5] Por tanto, se añaden otras sustancias para simplificar el procesamiento. Uno es el "sosa" o carbonato de sodio (Na 2 CO 3 ), que reduce la temperatura de transición vítrea. Sin embargo, la soda hace que el vaso sea soluble en agua , lo que generalmente no es deseable. Para proporcionar una mejor durabilidad química, también se agrega la " cal ". Este es el óxido de calcio (CaO), generalmente obtenido de la piedra caliza . Además, el óxido de magnesio (MgO) y la alúmina, que es óxido de aluminio (Al 2 O 3 ), contribuyen a la durabilidad. El vidrio resultante contiene aproximadamente de un 70 a un 74% de sílice en peso.
El proceso de fabricación del vidrio sódico-cal consiste en fundir las materias primas , que son la sílice, la sosa, la cal (en forma de (Ca (OH) 2 ), la dolomita (CaMg (CO 3 ) 2 , que proporciona el óxido de magnesio ) y óxido de aluminio, junto con pequeñas cantidades de agentes clarificantes (por ejemplo, sulfato de sodio (Na 2 SO 4 ), cloruro de sodio (NaCl), etc.) en un horno de vidrio a temperaturas locales de hasta 1675 ° C. [6] La temperatura solo está limitada por la calidad del material de la estructura del horno y por la composición del vidrio. Por lo general, se utilizan minerales relativamente económicos como trona , arena y feldespato en lugar de productos químicos puros. Las botellas verdes y marrones se obtienen a partir de materias primas que contienen óxido de hierro La mezcla de materias primas se denomina lote .
De sosa y cal de vidrio se divide técnicamente en el vidrio utilizado para ventanas, llamado vidrio plano , y vidrio para envases, llamado vidrio de contenedores . Los dos tipos difieren en la aplicación, el método de producción ( proceso de flotación para ventanas, soplado y prensado para contenedores) y composición química. El vidrio plano tiene un contenido más alto de óxido de magnesio y óxido de sodio que el vidrio para envases, y un contenido más bajo de sílice, óxido de calcio y óxido de aluminio . [7] Debido al menor contenido de iones altamente solubles en agua (sodio y magnesio) en el vidrio para envases, proviene su durabilidad química ligeramente mayor frente al agua, que se requiere especialmente para el almacenamiento de bebidas y alimentos.
Composiciones y propiedades típicas
El vidrio de cal sodada experimenta un aumento constante de viscosidad con la disminución de la temperatura, lo que permite operaciones de precisión cada vez mayor. El vidrio es fácilmente conformable en objetos cuando tiene una viscosidad de 10 4 poises , típicamente alcanza a una temperatura alrededor de 900 ° C. El vidrio se ablanda y se somete a deformación constante cuando la viscosidad es inferior a 10 8 poises, cerca de 700 ° C. Aunque aparentemente endurecido, el vidrio de sosa-cal se puede templar para eliminar las tensiones internas con aproximadamente 15 minutos a 10 14 poises, cerca de 500 ° C. La relación entre viscosidad y temperatura es en gran parte logarítmica, con una ecuación de Arrhenius fuertemente dependiente de la composición del vidrio, pero la energía de activación aumenta a temperaturas más altas. [9]
La siguiente tabla enumera algunas propiedades físicas de los vidrios de cal sodada. A menos que se indique lo contrario, las composiciones de vidrio y muchas propiedades determinadas experimentalmente se toman de un gran estudio. [7] Los valores marcados en cursiva se han interpolado a partir de composiciones de vidrio similares (ver cálculo de las propiedades del vidrio ) debido a la falta de datos experimentales.
Propiedades | Recipiente de vidrio | Vidrio plano | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Composición química , % en peso |
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Logaritmo de viscosidad (η, dPa · so poise) = A + B / ( T en ° C - T 0 ) |
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Temperatura de transición vítrea , T g | 573 ° C (1.063 ° F) | 564 ° C (1.047 ° F) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Coeficiente de expansión térmica , ppm / K, ~ 100–300 ° C (212–572 ° F) | 9 | 9.5 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Densidad a 20 ° C (68 ° F), g / cm 3 | 2.52 | 2,53 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Índice de refracción n D a 20 ° C (68 ° F) | 1.518 | 1.520 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Dispersión a 20 ° C (68 ° F), 10 4 × ( n F - n C ) | 86,7 | 87,7 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Módulo de Young a 20 ° C (68 ° F), GPa | 72 | 74 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Módulo de corte a 20 ° C (68 ° F), GPa | 29,8 | 29,8 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Temperatura de Liquidus | 1.040 ° C (1.900 ° F) | 1.000 ° C (1.830 ° F) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Capacidad calorífica a 20 ° C (68 ° F), J / (mol · K) | 49 | 48 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Tensión superficial , a ~ 1300 ° C (2370 ° F), mJ / m 2 | 315 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Durabilidad química , clase hidrolítica , según ISO 719 [10] | 3 | 3 ... 4 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Factor de intensidad de estrés crítico , [11] (K IC ), MPa.m 0,5 | ? | 0,75 |
- Coeficiente de restitución (esfera de vidrio frente a pared de vidrio): 0,97 ± 0,01 [12]
- Conductividad térmica : 0,7–1,3 W / (m · K) [13]
- Dureza (escala de Mohs) : 6 [14]
- Dureza Knoop : 585 kg / mm 2 + 20 [ cita requerida ]
Ver también
- Cálculo de lotes de vidrio
Referencias
- ^ Estes, Adam Clark (16 de marzo de 2019). "La controversia del vidrio Pyrex que simplemente no morirá" . Gizmodo . Consultado el 22 de marzo de 2019 .
- ^ "Vidrio de borosilicato vs vidrio de cal sodada? - Rayotek News" . rayotek.com . Archivado desde el original el 23 de abril de 2017 . Consultado el 23 de abril de 2017 .
- ^ Robertson, Gordon L. (22 de septiembre de 2005). Envasado de alimentos: principios y práctica (segunda ed.). Prensa CRC. ISBN 978-0-8493-3775-8. Archivado desde el original el 2 de diciembre de 2017.
- ^ "Carbonato de calcio - Fabricación de vidrio" . congcal.com . congcal . Consultado el 5 de agosto de 2013 .
- ^ "Vidrio - Enciclopedia de química" . Archivado desde el original el 2 de abril de 2015 . Consultado el 1 de abril de 2015 .
- ^ BHWS de Jong, "Vidrio"; en "Enciclopedia de química industrial de Ullmann"; 5ª edición, vol. A12, VCH Publishers, Weinheim, Alemania, 1989, ISBN 978-3-527-20112-9 , págs. 365–432.
- ^ a b "Base de datos de propiedades de fusión de vidrio a alta temperatura para modelado de procesos"; Eds .: Thomas P. Seward III y Terese Vascott; La Sociedad Americana de Cerámica, Westerville, Ohio, 2005, ISBN 1-57498-225-7
- ^ "Vidrio óptico de cal sodada - transmitancia interna (2 mm)" . vpglass.com . Archivado desde el original el 9 de septiembre de 2011 . Consultado el 24 de agosto de 2013 .
- ^ Thomas H. Sanders Jr. "Comportamiento de la viscosidad de los vidrios de óxido" . Coursera.
- ^ "ISO 719: 1985 - Vidrio - Resistencia hidrolítica de los granos de vidrio a 98 grados C - Método de ensayo y clasificación" . iso.org .
- ^ Wiederhorn, SM (1969). "Energía de estrés por fractura de vidrio". Revista de la Sociedad Americana de Cerámica . 52 (2): 99-105. doi : 10.1111 / j.1151-2916.1969.tb13350.x .
- ^ Gondret, P .; M. Lance; L. Petit (2002). "Movimiento de rebote de partículas esféricas en fluidos" . Física de fluidos . 14 (2): 643–652. doi : 10.1063 / 1.1427920 .
- ^ Janssen, LPBM, Warmoeskerken, MMCG, 2006. Compañero de datos de fenómenos de transporte . Delft: VVSD.
- ^ "Propiedades del material de vidrio de cal sodada (flotado) :: MakeItFrom.com" . makeitfrom.com .