ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ ΠΡΟΙΟΝΤΩΝ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟΥ ΑΙΓΑΙΟΥ ΤΙΤΛΟΣ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ

Transcript

1 ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ ΠΡΟΙΟΝΤΩΝ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟΥ ΑΙΓΑΙΟΥ ΤΙΤΛΟΣ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ Μελέτη, κατασκευή και αξιολόγηση κράματος πηλού με υαλόθραυσμα ΣΥΓΓΡΑΦΗ ΕΡΓΑΣΙΑΣ Ξυνού Μαρία Ιωάννα Α.Μ 511/ ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ Παπανίκος Παρασκευάς ΤΡΙΜΕΛΗΣ ΕΠΙΤΡΟΠΗ Παπανίκος Παρασκευάς Ζαχαρόπουλος Νικόλαος Μουλιανίτης Βασίλειος Σύρος, Ιούνιος 2016

2 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 2

3 ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Αρχικά θα ήθελα να ευχαριστήσω τον επιβλέποντα καθηγητή μου κ. Παπανίκο Παρασκευά που από την πρώτη στιγμή εμπιστεύτηκε την αρχική ιδέα της διπλωματικής εργασίας και με καθοδήγησε καθ όλη τη διάρκειά της. Ευχαριστώ θερμά την κεραμίστρια κα. Τριγώνη Σοφία που στάθηκε δίπλα μου καθ όλη τη διάρκεια εκπόνησης της διπλωματικής εργασίας και με στήριξε σε οποιαδήποτε δυσκολία χρειάστηκε να ξεπεραστεί έως το τελικό αποτέλεσμα ενθαρρύνοντάς με σε κάθε αποτυχία και επιβραβεύοντάς με σε κάθε επιτυχία. Ο χώρος του εργαστηρίου, τα εργαλεία και οι γνώσεις της ήταν τα απαραίτητα συστατικά για την επίτευξη αυτής της διπλωματικής εργασίας ενώ το όμορφο περιβάλλον στα Χρούσσα της Σύρου έκανε αυτή τη διαδικασία ιδιαίτερα απολαυστική. Θα ήθελα ακόμα να ευχαριστήσω τους φίλους μου που με στήριξαν από την αρχική ιδέα έως το τελικό αποτέλεσμα τόσο ενθαρρύνοντάς με όσο και αποθαρρύνοντάς με οδηγώντας με σε ένα καλύτερο αποτέλεσμα. Ένα τελευταίο ευχαριστώ στην οικογένειά μου που πάντα με στηρίζει σε οποιαδήποτε προσπάθειά μου με υπομονή και εμπιστοσύνη. ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 3

4 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ - ΠΕΡΙΛΗΨΗ 2 Ο ΠΗΛΟΣ 2.1 ΔΙΝΟΝΤΑΣ ΜΟΡΦΗ ΣΤΟΝ ΠΗΛΟ 2.2 ΓΕΩΛΟΓΙΚΗ ΠΡΟΕΛΕΥΣΗ ΤΗΣ ΑΡΓΙΛΟΥ 2.3 Η ΧΗΜΙΚΗ ΣΥΝΘΕΣΗ ΤΟΥ ΠΗΛΟΥ 2.4 ΠΡΩΤΕΣ ΥΛΕΣ ΠΛΑΣΤΙΚΕΣ ΥΛΕΣ ΦΥΣΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΗΣ ΑΡΓΙΛΟΥ ΞΕΝΑ ΣΩΜΑΤΑ ΚΑΙ ΟΥΣΙΕΣ ΠΟΥ ΥΠΑΡΧΟΥΝ ΣΤΗΝ ΑΡΓΙΛΟ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΤΩΝ ΑΡΓΙΛΩΝ ΑΝΤΙΠΛΑΣΤΙΚΕΣ ΥΛΕΣ 2.5 ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΩΝ ΦΟΡΜΑΡΙΣΜΑ ΣΤΕΓΝΩΜΑ ΠΙΑΤΕΛΙΑΣΜΑ [ ΠΥΡΟΔΟΧΕΙΑ ] ΚΑΜΙΝΙΑΣΜΑ 3 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ½ 3.1 ΠΡΩΤΟ ΣΤΑΔΙΟ 3.2 ΠΡΩΤΗ ΔΟΚΙΜΗ - ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑΣ ΥΛΙΚΑ ΒΗΜΑΤΑ ΕΡΓΑΛΕΙΑ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ - ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΠΟΥ ΕΝΤΟΠΙΣΤΗΚΑΝ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 4

5 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΜΕΤΑ ΤΟ ΨΗΣΙΜΟ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ 3.3 ΕΠΟΜΕΝΕΣ ΔΟΚΙΜΕΣ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΜΕΤΑ ΤΟ ΨΗΣΙΜΟ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ 4 ΓΥΑΛΙ 4.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ - ΠΕΡΙΛΗΨΗ ΠΡΩΤΕΣ ΥΛΕΣ ΥΑΛΟΥΡΓΙΑΣ ΑΝΑΛΥΣΗ ΓΥΑΛΙΟΥ ΦΙΑΛΩΝ ΚΑΙ ΒΑΖΩΝ ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗ ΓΥΑΛΙΟΥ 4.2 Η ΙΣΤΟΡΙΑ ΤΟΥ ΓΥΑΛΙΟΥ 4.3 ΔΟΜΗ - ΣΥΣΤΑΣΗ ΤΟΥ ΓΥΑΛΙΟΥ ΔΟΜΙΚΑ ΣΥΣΤΑΤΙΚΑ ΥΑΛΟΥ 4.4 ΠΑΡΑΓΩΓΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΓΥΑΛΙΟΥ ΠΡΩΤΕΣ ΥΛΕΣ - ΑΝΑΜΙΞΗ 4.5 ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗ ΓΥΑΛΙΟΥ Ο ΚΥΚΛΟΣ ΤΟΥ ΓΥΑΛΙΟΥ ΤΟ ΚΑΘΕΣΤΩΣ ΤΗΣ ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗΣ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ 4.6 ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΠΟΥ ΚΑΘΟΡΙΖΟΥΝ ΤΟ ΧΡΩΜΑ ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΩΝ ΧΡΩΜΟΦΟΡΩΝ ΟΜΑΔΩΝ ΣΙΔΗΡΟΥ, ΧΡΩΜΙΟΥ ΚΑΙ ΘΕΙΟΥ ΣΤΟ ΧΡΩΜΑ ΤΟΥ ΓΥΑΛΙΟΥ 5 ΥΠΑΡΧΟΥΣΕΣ ΜΕΛΕΤΕΣ 5.1 Η ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΟΥ ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΙΜΟΥ ΓΥΑΛΙΟΥ ΣΤΙΣ ΦΥΣΙΚΕΣ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΩΝ ΤΟΥΒΛΩΝ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΓΙΑ ΤΗΝ ΧΡΗΣΗ ΥΑΛΟΘΡΑΥΣΜΑΤΟΣ ΣΤΟΝ ΠΗΛΟ 6 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ 2/2 6.1 ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ ΔΕΙΓΜΑΤΩΝ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 5

6 ΒΗΜΑΤΑ ΕΡΓΑΛΕΙΑ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ 6.2 ΤΕΛΙΚΑ ΔΕΙΓΜΑΤΑ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΤΗΣ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑΣ ΚΑΤΑΣΚΕΗΣ ΔΟΚΙΜΙΩΝ 7 ΤΕΣΤ ΑΝΤΟΧΗΣ 7.1 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ 7.2 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 8 ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΔΙΑΚΟΣΜΗΤΙΚΟΥ ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟΥ 8.1 ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟΥ ΣΚΟΠΟΣ ΒΗΜΑΤΑ ΕΡΓΑΛΕΙΑ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΣΥΓΚΡΙΣΗ - ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ 9 ΠΡΟΣΠΑΘΕΙΑ ΑΠΟΤΙΜΗΣΗΣ ΤΗΣ ΑΞΙΑΣ ΤΟΥ ΚΡΑΜΑΤΟΣ 9.1 ΚΟΣΤΟΣ ΓΥΑΛΙΟΥ 10 ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ 10.1 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ 10.2 ΠΕΡΑΙΤΕΡΩ ΕΡΕΥΝΑ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΚΑΙ ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΜΕ ΑΛΛΑ ΔΕΙΓΜΑΤΑ ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΤΩΝ ΔΥΝΑΤΟΤΗΤΩΝ ΤΟΥ ΥΛΙΚΟΥ 11 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 6

7 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ - ΠΕΡΙΛΗΨΗ Ο πηλός είναι ένα φυσικό υλικό με μια ιδιαίτερη δυνατότητα συγκριτικά με άλλα υλικά. Μπορεί να πάρει οποιαδήποτε μορφή θελήσει κανείς να του δώσει. Αξιοποιώντας αυτή την ιδιότητα τέθηκε ο στόχος μιας αισθητικής διαφοροποίησης σε κεραμικά διακοσμητικά αντικείμενα δίνοντας ένα διαφορετικό οπτικό και απτικό αποτέλεσμα. Η αξιοποίηση ενός υλικού που αποτελεί ρύπο για το περιβάλλον και η εξοικονόμηση του πηλού ως πρώτη ύλη, δίνει ένα βαθύτερο νόημα σε αυτή την αισθητική προσέγγιση. Αυτές είναι οι αναγκαίες συνθήκες υπό τις οποίες διεξάγεται η μελέτη. Η πειραματική διαδικασία περιλαμβάνει δοκιμές με διάφορα ανακυκλώσιμα υλικά ώστε να αποφασιστεί το καταλληλότερο υλικό που επιτυγχάνει την ομοιογένεια του κράματος χωρίς να αλλοιώνει τις ιδιότητες του πηλού και να επηρεάζει αρνητικά το αποτέλεσμα. Ως βέλτιστη λύση βάσει των επιλεχθέντων υλικών αποφασίστηκε η μελέτη και κατασκευή ενός κράματος πηλού με υαλόθραυσμα. Στη συνέχεια κατασκευάζεται ένα σύνολο δοκιμίων τα οποία θα υποστούν τεστ αντοχής ώστε να μελετηθούν οι μηχανικές τους ιδιότητες. Τέλος, το αποτέλεσμα θα αξιολογηθεί και θα εφαρμοστεί σε ένα τελικό αντικείμενο για την επαλήθευση των αποτελεσμάτων της πειραματικής διαδικασίας και την αξιολόγηση των αρχικών στόχων. ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 7

8 2 Ο ΠΗΛΟΣ 2.1 ΔΙΝΟΝΤΑΣ ΜΟΡΦΗ ΣΤΟΝ ΠΗΛΟ Εικ : Θεοδώρα Χωραφά - Μορφές σε κίνηση 2008 Με τον πηλό φτιάχνω μεμβράνες και με αυτές τυλίγω το κενό. Ψάχνοντας τα όρια των δυνατοτήτων του υλικού μου πλησιάζω περισσότερο και τα δικά μου όρια. Προεκτείνοντας τον εαυτό μου μέσα στην γη-πηλός που πλάθω, χτίζω κόσμους που δίνουν νόημα στη ύπαρξή μου. - Θεοδώρα Χωραφά Ο πηλός είναι ένα φαινομενικά απλό υλικό. Είναι οικονομικό και άφθονο. Συχνά μπορεί να βρεθεί στο έδαφος ήδη μαλακός από υγρασία και έτοιμος να δουλευτεί. Κρατάει για πάντα και βελτιώνεται με τον καιρό. Μη πυρακτωμένα κεραμικά αντικείμενα μπορούν να θρυμματιστούν να αναμειχθούν ξανά με νερό και να μετατραπούν σε κάτι άλλο. Ως υλικό είναι μαλακό, εύκαμπτο, πλαστικό, ευαίσθητο χωρίς κόκκους. Μπορεί να μοντελοποιηθεί, να κοπανηθεί, να ισοπεδωθεί, να κυλιστεί, να τσιμπηθεί, να τυλιχθεί, να πατηθεί, να τοποθετηθεί σε τροχό, να καλουπωθεί, να χαραχθεί, να τεμαχιστεί, να τρυπηθεί, να σφραγιστεί, να τραβηχτεί, να κοπεί και να περιστραφεί. Μικρά και λεπτεπίλεπτα αντικείμενα μπορούν να δημιουργηθούν από πηλό αλλά και ογκώδεις αρχιτεκτονικές φόρμες. Πήλινες φόρμες μπορεί να μοιάζουν σε χαλαρότητα με τσαλακωμένο πανί ή να έχουν την ακρίβεια ηλεκτρονικών συσκευών. Σε χρώμα, αντικείμενα από πηλό μπορεί να είναι εκθαμβωτικά άσπρα, γαλακτώδη, κόκκινα, κίτρινα, πορτοκαλί, γκρι, καφέ, μαύρα, με ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 8

9 υφή με κουκίδες, ραβδώσεις, στίγματα, λαμπερά και χρωματιστά. Μπορεί να είναι λεία, σαν ελεφαντοστό ή τραχιά και αμμώδη. Ο ψημένος πηλός μπορεί να έχει διαφανή προσέγγιση σαν αυτή του γυαλιού ή πυκνότητα σαν τον πιο σκληρό βράχο. Όλες αυτές οι δυνατότητες μπορούν να αναζητηθούν στη τέχνη της κεραμικής. Ο πηλός μπορεί να πάρει σχήμα, να στεγνώσει, να ψηθεί, να αναμιχτεί και να συνδυαστεί, να δεχθεί υφή, να λειανθεί. Μια μάζα από πηλό μπορεί να γίνει κεραμίδι, τούβλο, αναθηματικό γλυπτό ή ομοίωμα, κανάτα, παιδικό παιχνίδι, τσαγιέρα ή βάζο σε βιτρίνα μουσείου να θαυμάζεται από χιλιάδες ανθρώπους. Η κατάκτηση γνώσης των τρόπων δημιουργίας πραγμάτων από πηλό και ψησίματός τους έφερε ένα σημαντικό προβάδισμα στον τρόπο ζωής του ανθρώπου. Τούβλα, πλακάκια, διοχετεύσεις, σωλήνες νερού, πιάτα, μπολ, μαγειρικά σκεύη και λάρνακες νερού έχουν βοηθήσει ώστε να γίνει η ζωή πιο εύκολη και ευχάριστη. Αλλά πολλές δυσκολίες προκύπτουν κατά τη διάρκεια πλασίματος του πηλού και ψησίματός του. Κάθε παιδί ή ενήλικας όταν καλούνται να δημιουργήσουν ένα κεραμικό αντικείμενο αντιδρούν αρχικά με τον ίδιο τρόπο. Το θεωρούν εύκολο. Είναι εύκολο, αλλά ο πηλός έχει τους δικούς του ύπουλους τρόπους αντίδρασης σε αδέξιο χειρισμό. Ο πηλός δεν έχει την άκαμπτη σκληρότητα της πέτρας, τις ευέξαπτες ίνες του ξύλου ή την δύσκολα διαχειρίσιμη ιδιοσυγκρασία του μετάλλου, αλλά έχει ευθραυστότητα και αμεταβλητότητα που απαιτούν απαλές κινήσεις. Ένα σύνολο προβλημάτων ανακύπτει από την αναπόφευκτη συρρίκνωση του πηλού καθώς στεγνώνει. Κατά το ψήσιμο, με την περαιτέρω συρρίκνωση του και την σχεδόν ολική μεταμόρφωση του υλικού από τη μια μορφή στην άλλη, φέρνει ακόμα μεγαλύτερες δυσκολίες οι οποίες πρέπει να προβλεφτούν και να ξεπεραστούν. Ακόμα και οι πιο πρωτόγονες διαδικασίες κεραμικής περιλαμβάνουν δεξιοτεχνία και ευαισθησία. Κάθε τούβλο, πλακάκι ή δοχείο έγινε ένα λειτουργικό αντικείμενο μέσω της φροντίδας. Η κεραμική χρειάζεται αυθορμητισμό, ταχύτητα, διαίσθηση αλλά δεν δέχεται την απροσεξία. Αμέτρητες γενιές κεραμιστών μας έχουν κληροδοτήσει μια τέχνη μεγάλης πολυπλοκότητας και ομορφιάς. Για πολλούς πολιτισμούς η κεραμική ήταν μια οικιακή τέχνη. Η κεραμική είναι ένας χώρος έκφρασης θηλυκών αλλά και αρσενικών ευαισθησιών. Απλώς, για να χειριστείς ένα στεγνό, άψητο αντικείμενο κατάλληλα και να το τοποθετήσεις στο καμίνι απαιτείται κάποιου είδους τρυφερότητας ως προς αυτό. Όπως οι περισσότερες χειροτεχνίες, η κεραμική είναι βασισμένη σε κάποιες αρχές. Μεγάλος αριθμός μεταβλητών μπορεί να προκύψει και κυμαίνεται από διαφορές στη σύνθεση των υλικών έως την ιδιομορφία της φωτιάς. H δουλειά των χημικών και των γεωλόγων έχει φυσικά επιφέρει σε μεγάλο βαθμό τάξη και κατανόηση σε μια τέχνη η οποία κάποτε ασκούταν εξ ολοκλήρου εμπειρικά. Ο πηλός είναι ένα από τα ελάχιστα υλικά που δεν έχουν εμφανή αξία στην ακατέργαστη μορφή τους, όμως μπορούν να μετατραπούν σε αξιέπαινα αντικείμενα. Η αξία τίθεται από ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 9

10 τον κεραμίστα. Ο ίδιος ο πηλός είναι άμορφος και οι φόρμες που δίνει ο κεραμίστας είναι δικές του εφευρέσεις και σχέδια που προκύπτουν από την έμφυτη φύση του πηλού. Φυσικά, ο πηλός θέτει όρια στο σχήμα. Για παράδειγμα, φόρμες που είναι πολύ λεπτές με κενά δεν είναι κατάλληλες για τον πηλό εξαιτίας της ευθραυστότητας του υλικού μετά το ψήσιμο και ταυτόχρονα φόρμες μεγάλες και βαριές μπορούν να καταρρεύσουν κατά τη διάρκεια που στεγνώνουν πριν τελειοποιηθούν. Όμως, εντός αυτών των ορίων ο κεραμίστας είναι ελεύθερος να εκφράσει το όραμά του και οι φόρμες των δημιουργημάτων του θα χαρακτηρίζονται από τεράστια ποικιλία και ελευθερία. Η κεραμική, τουλάχιστον για αυτούς που την ασκούν φαίνεται να έχει αξία που ξεπερνά τη χρησιμότητα και την ομορφιά μαζί. Υπάρχει ένα συνδετικό νήμα με τις παλαιότερες παραδόσεις πολιτισμού και κουλτούρας. Οι φόρμες ακόμα και οι πολύ απλές όπως κούπες ή πιάτα, συμβολίζουν για εμάς με έναν ιδιαίτερα άμεσο τρόπο μια από τις πιο θεμελιώδεις ανθρώπινες δραστηριότητες. Πολλά συνηθισμένα δοχεία, περιλαμβανομένων και εκείνων που δεν έχουν κάποιο ιδιαίτερο λόγο να διακριθούν, μοιάζουν να μοιράζονται κάτι κοινό με τα σπουδαιότερα παραδείγματα τέχνης που έχουν υπάρξει ως το όχημα για φαντασία, χιούμορ, συμβολισμό και γλυπτική εφεύρεση καθώς και για τις κοινότυπες πρακτικές ανάγκες της κουζίνας και της αυλής. (1) Κεραμική είναι η τέχνη που χρησιμοποιεί ως πρώτη ύλη το αργιλώδες χώμα ή άργιλο. Το χώμα αυτό έχει την ιδιότητα όταν είναι υγρό να πλάθεται και να παίρνει διάφορες μορφές, όταν όμως ψηθεί να σκληρύνεται. (2) Η κεραμική ίσως μπορεί να οριστεί ως η τέχνη της δημιουργίας χρήσιμων και/ή όμορφων αντικειμένων μέσω της θερμικής επεξεργασίας γήινων πρώτων υλών. Η κεραμική περιλαμβάνει εκτός από πήλινα αγγεία, γυαλί, τούβλο, πλακάκι, και άλλα οικοδομικά υλικά, πυρίμαχα υλικά, εργαστηριακές πορσελάνες, είδη υγιεινής όλων των ειδών, διηλεκτρικές πορσελάνες, μονωτές και άλλα στοιχεία που χρησιμοποιούνται σε ηλεκτρικές συσκευές, τσιμέντο, γύψος, ασβέστης και σμάλτο σε μέταλλο. Οι βιομηχανίες που μεταλλεύουν και λατομούν κεραμικά, κατασκευάζουν και διανέμουν κεραμικά προϊόντα στο σύνολό τους αποτελούν ένα σημαντικό τμήμα της βιομηχανίας. Σπάνια η λήψη των πρώτων υλών από τη γη ανατρέπει την οικολογική ισορροπία της φύσης, και όσα κεραμικά αντικείμενα έχουν χρησιμοποιηθεί ή απορριφθεί βυθίζονται διακριτικά πίσω στη γη και δεν προκαλούν μόλυνση. Η κεραμική, μια από τις πρώτες χρήσιμες τέχνες που αναπτύχθηκαν από τον άνθρωπο συνεχίζει να είναι μια ουσιώδης δραστηριότητα. (1) ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 10

11 2.2 ΓΕΩΛΟΓΙΚΗ ΠΡΟΕΛΕΥΣΗ ΤΗΣ ΑΡΓΙΛΟΥ Εικ : Αργιλώδες έδαφος και η συλλογή της αργίλου. Kirstie van Noort Για να κατανοήσουμε την άργιλο ως πρώτη ύλη είναι απαραίτητο να εξετάσουμε τη γεωλογική της προέλευση. Η άργιλος είναι το προϊόν της γεωλογικής αποσάθρωσης της επιφάνειας της γης και από τη στιγμή που η διαδικασία αποσάθρωσης είναι συνεχής και γίνεται παντού, ο πηλός είναι ένα εξαιρετικά κοινό και άφθονο υλικό της φύσης. Ο πηλός παράγεται διαρκώς από τις δυνάμεις της φύσεως και δεν υπάρχει αμφιβολία ότι καθημερινά παράγεται περισσότερος πηλός από όσο μπορεί να χρησιμοποιήσει ο άνθρωπος στην κεραμική. Η επιφάνεια της γης δεν μένει στάσιμη, αλλά συνεχώς μεταβάλλεται. Η επιφάνεια της γης έτσι όπως την ξέρουμε - με βουνά, πεδιάδες, ποταμούς, κοιλάδες, λίμνες, έρημους και ωκεανούς - αντιπροσωπεύει την επίδραση γεωλογικών δυνάμεων μέσα σε εκατομμύρια χρόνια. Κάποτε η γη ήταν μια λιωμένη μάζα, όμως με τη πάροδο του χρόνου ο φλοιός της γης ψύχθηκε και στερεοποιήθηκε. Τα πετρώματα που δημιουργήθηκαν κατά τη διαδικασία αυτή ονομάζονται πυριγενή πετρώματα. Η μέση σύνθεση όλων των πυριγενών πετρωμάτων της γης, σε βάθος περίπου 10 χμ. είναι κατά προσέγγιση: ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 11

12 οξείδιο πυριτίου SiO οξείδιο αργιλίου (αλουμίνα) Al οξείδιο του σιδήρου Fe 2 O οξείδιο του ασβεστίου CaO 5.08 οξείδιο του νατρίου Na 2 O 3.84 οξείδιο του μαγνησίου MgO 3.49 οξείδιο του καλίου K 2 O 3.13 νερό H 2 O 1.15 οξείδιο του τιτανίου TiO όλα τα υπόλοιπα 0.90 σύνολο 100 Ένα ενδιαφέρον χαρακτηριστικό της ανάλυσης είναι το γεγονός ότι πολύ λίγα οξείδια συνθέτουν το μεγαλύτερο μέρος της επιφάνειας της γης. Το οξείδιο του πυριτίου (silica) και το οξείδιο αργιλίου (alumina) αποτελούν περίπου το 75% του φλοιού της γης και όπως μπορούμε να δούμε αυτά είναι τα βασικά συστατικά του πηλού. Καθώς η επιφάνεια της γης ψύχθηκε διάφορα ορυκτά δημιουργήθηκαν με διαφορετική χημική σύσταση. Κατά προσέγγιση τα ποσοστά των ορυκτών που συνθέτουν την επιφάνεια της γης είναι τα εξής: feldspar - άστριο 59.5 σιδηρομαγνησιούχα κράματα 16.8 χαλαζίας 12.0 βιοτίτης 3.8 τιτανιούχα ορυκτά 1.5 υπόλοιπα 6.4 σύνολο 100 Το άστριο είναι το πιο κοινό ορυκτό και η αποσύνθεσή του είναι χρήσιμη για τη δημιουργία πηλού. Είναι αξιοσημείωτο ότι μόνο πέντε ορυκτά καλύπτουν το 90% περίπου της επιφάνειας της γης. (1) ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 12

13 2.3 Η ΧΗΜΙΚΗ ΣΥΝΘΕΣΗ ΤΟΥ ΠΗΛΟΥ Ως ορυκτό, ο πηλός έχει τον ακόλουθο τύπο: Al 2 O 3 2SiO 2 2H 2 O Ένα μόριο Al 2 O 3 συνδυάζεται με δύο μόρια SiO 2 και δύο μόρια H 2 O. Αυτός ο τύπος, ο οποίος είναι τυπικός, παραβλέπει την πολυπλοκότητα των προσμείξεων που παρουσιάζονται σε ρεαλιστικά δείγματα. Καολινίτης είναι η ορυκτολογική ονομασία που έχει δοθεί στον καθαρό πηλό. Στην εξιχνίαση της χημικής καταγωγής του πηλού πρέπει να δούμε πιο προσεκτικά την οικογένεια αστρίου από όλα τα ορυκτά, καθώς είναι όπως έχουμε δει τα πιο άφθονα ορυκτά και τα πιο σημαντικά στον σχηματισμό του πηλού. Οι άστριοι (feldspars) περιέχουν αλουμίνα ( Al 2 O 3 ) και οξείδιο του πυριτίου ( SiO 2 ) σε συνδυασμό με ένα ή περισσότερα οξείδια αλκαλικής φύσης. Οι πιο συχνά εμφανιζόμενοι τύποι αστρίων παρουσιάζονται με τους εξής τύπους: Orthoclase K 2 O Al 2 O 3 6Si0 2 Albite Na 2 O Al 2 O 3 6Si0 2 Anorthite CaO Al 2 O 3 2Si0 2 Αυτοί είναι οι τυπικοί τύποι. Σε περίπτωση πραγματικών δειγμάτων πέτρας είναι πιθανό ότι δύο ή περισσότερα αλκάλια θα παρουσιαζόντουσαν σε οποιοδήποτε άστριο και θα υπήρχαν επιπλέον και κάποιες προσμίξεις όπως σίδηρος. Επίσης, η αναλογία των μορίων σπάνια είναι ακριβώς ένα, προς ένα, προς έξι, όπως είδαμε πιο πάνω. Όταν το άστριο διαχωριστεί λόγω καιρικών συνθηκών, το αλκαλικό μέρος, δηλαδή σόδα, ποτάσσα, ή ασβέστης που καθίσταται γενικά διαλυτό, μεταφέρεται από το νερό. Αυτό αφήνει την αλουμίνα και το οξείδιο του πυριτίου. Μέρος του οξειδίου του πυριτίου αποκόπτεται από χημικές συνθέσεις. Τα εναπομείναντα αλουμίνα και οξείδιο του πυριτίου, μετά από έκθεσή τους στην υγρασία, γίνονται ένυδρα ή χημικά ενώνονται με το νερό. Αναφερόμενη ως χημική εξίσωση, η όλη διαδικασία, η οποία μπορεί να πάρει εκατομμύρια χρόνια για να διεκπεραιωθεί και δεν μπορεί να αντιγραφεί στο εργαστήριο, έχει ως εξής: K 2 O Al 2 O 3 6SiO 2 + xh 2 O --> Al 2 O 3 2SiO 2 2H 2 O + K 2 O(SiO 2 ) + SiO 2 άστριο ορυκτός πηλός σε διάλυμα σε διάλυμα ή στον πηλό Είναι προφανές ότι ο πηλός, ένα υλικό το οποίο είναι το τελικό προϊόν μιας μακράς διαδικασίας διάβρωσης και αλλαγής, είναι ένα εξαιρετικά αδρανές χημικά υλικό. Όλες οι χημικές αλλαγές που δέχτηκε ο πηλός έχουν να κάνουν με τη θερμότητα και τη πίεση. Το σημείο τήξης του είναι υψηλό, πάνω από 1000 ο C. Ο λόγος είναι ότι όλες οι πιο εύτηκτες αλκαλικές ενώσεις έχουν απομακρυνθεί αφήνοντας μόνο τα πολύ πυρίμαχα οξείδια της ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 13

14 αλουμίνας και του οξειδίου του πυριτίου, μαζί με μικρότερα ποσά σιδήρου και άλλων ορυκτών. (1) Λίγο πολύ όλα τα χώματα περιέχουν άργιλο σε περισσότερη ή λιγότερη αναλογία. Δεν είναι όμως όλα κατάλληλα για την κεραμική. Τα επιφανειακά χώματα χάνουν με τις βροχές ένα μεγάλο ποσοστό από τον άργιλό τους και επιπλέον έχουν ανεπιθύμητες ύλες όπως διάφορα χόρτα και ρίζες. Μπορούμε βέβαια να χρησιμοποιήσουμε ένα επιφανειακό χώμα στη κεραμική αλλά είναι καλύτερα να διαλέγουμε χώματα που βρίσκονται σε βαθύτερα στρώματα. Όπως βγαίνει από τις χωματερές η άργιλος είναι ακατάλληλη για την κατασκευή κεραμικών αντικειμένων. Πρέπει πρώτα να την καθαρίσουμε και να την δουλέψουμε με το ανάλογο νερό ώστε να τη μετασχηματίσουμε σε μάζα πλαστική, κατάλληλη δηλαδή να πάρει και να διατηρήσει τα σχήματα που θα της δώσουμε. Σ αυτό το στάδιο προσθέτουμε συχνά και ξένες ύλες που λέγονται αντιπλαστικές και που προσδίδουν ειδικές ιδιότητες στην σχηματοποίηση και το ψήσιμο. Με τη κατάλληλη πια μάζα (ή πηλό ή λάσπη) πλάθουμε τα αντικείμενα που θέλουμε και τα αφήνουμε να στεγνώσουν στην φυσική θερμοκρασία του περιβάλλοντος. Τα στεγνά πλέον αντικείμενα τοποθετούνται στο καμίνι για να ψηθούν. Στο στάδιο του ψησίματος πραγματοποιούνται διάφορες μεταβολές στον πηλό ανάλογα με τη σύστασή του και την θερμοκρασία στην οποία θα ψηθεί. Εάν στο εσωτερικό του καμινιού η φωτιά άρει βαθύ κόκκινο χρώμα τότε ο πηλός χάνει μόνο την ιδιότητα να λιώνει στο νερό, δεν έχει αποκτήσει μεγάλη σκληρότητα και είναι πολύ πορώδης. Τα αντικείμενα που ψήνονται κατ αυτό τον τρόπο ονομάζονται τερρακόττες. Στην κατηγορία αυτή ανήκουν τα τούβλα, οι κοινές γλάστρες, στάμνες όπως και κάθε πήλινο αντικείμενο που διατηρεί το χρώμα του πηλού και δεν έχει υαλεπίχρισμα. Σε αντικείμενα όμως που προορίζονται για άλλες χρήσεις, το πορώδες βλάπτει. Το μειονέκτημα αυτό διορθώνεται όταν καλύψουμε τα αντικείμενα με μια ουσία που έχει την ιδιότητα να λιώνει με την θερμότητα και να μεταβάλλεται σε ένα λεπτότατο στρώμα γυαλιού διαφανές και αδιάβροχο που ονομάζουμε υάλωμα (ή αλοιφή ή βερνίκι). Τα εφυαλωμένα αυτά αντικείμενα ονομάζονται φαγεντιανά ή φαγιέντσες. Όταν η θερμοκρασία στο καμίνι ανέβει ακόμα περισσότερο τότε το πορώδες του πηλού σιγά - σιγά ελαττώνεται και τελικώς εξαφανίζεται. Το αντικείμενο γίνεται αδιάβροχο και δεν χρειάζεται υάλωμα. Ο πηλός ο ίδιος έχει υαλοποιηθεί. Για την καθαρή άργιλο, η υαλοποίηση γίνεται σε πολύ υψηλή θερμοκρασία πράγμα που δεν συμφέρει καθόλου στην βιομηχανία. Κατεβάζουμε το σημείο τήξεως του πηλού αναμιγνύοντας διάφορες εύτηκτες ουσίες. ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 14

15 Τα μη πορώδη κεραμικά είναι δύο ειδών: Τα γκρε (gres, stoneware) που γίνονται κυρίως από χρωματιστό πηλό. Είναι υαλοποιημένα, αλλά δεν έχουν αποκτήσει διαφάνεια. Στην κατηγορία αυτή ανήκουν ορισμένα σκεύη χημείου, πλακάκια για πατώματα και πεζοδρόμια και διάφορα καλλιτεχνικά είδη. Οι πορσελάνες, που γίνονται από άσπρα και πολύ καθαρά χώματα, ψήνονται και υαλοποιούνται μέχρι του σημείου να γίνουν διαφανή. (2) ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 15

16 2.4 ΠΡΩΤΕΣ ΥΛΕΣ Εικ : Άργιλος. - Kirstie van Noort Η σύνθεση της αργίλου είναι ορισμένη, αλλά οι ξένες ουσίες που σχεδόν πάντοτε περιέχει, μεταβάλλουν πολύ τις φυσικές της ιδιότητες, τη σύνθεσή της και κατά συνέπεια, στο είδος στο οποίο θα χρησιμοποιηθεί. ΠΛΑΣΤΙΚΕΣ ΥΛΕΣ Ονομάζουμε πλαστικές ύλες τις ουσίες που με την προσθήκη νερού μετατρέπονται σε μια μάζα στην οποία μπορούμε να δώσουμε διάφορα σχήματα με το χέρι μας. Στην κεραμική η βασική πλαστική ύλη είναι η άργιλος. Όταν στεγνώσει χάνει όγκο (μαζεύει) και όταν ψηθεί αποβάλλει το νερό που έχει, γίνεται σκληρή και μαζεύει ακόμα περισσότερο. Αν συνεχίσουμε το ψήσιμο σε υψηλότερη θερμοκρασία, τότε φθάνουμε σε σημείο υαλοποιήσεως του χώματος, που αποκτά όψη και κόψη γυαλιού, ύστερα χάνει σιγά - σιγά το σχήμα του και λιώνει. Αναλόγως της περιοχής από όπου γίνεται η χωματοληψία, αν δηλαδή η άργιλος σχηματίστηκε στο μέρος εκείνο ή ήρθε από μακριά ή άλλαξε θέση με τις διάφορες γεωλογικές μεταβολές, αλλάζει και το χρώμα της. Η καθαρή άργιλος είναι λευκή, με διάφορες όμως προσμίξεις από μεταλλικές ή και οργανικές ουσίες που έγιναν κατά καιρούς ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 16

17 μπορεί να είναι κίτρινη, κόκκινη, καφέ, μπλε, ακόμα και μαύρη. Οι προσμίξεις αυτές επηρεάζουν επίσης και την πλαστικότητα της αργίλου, η οποία αναλόγως αυξάνεται ή ελαττώνεται. (2) ΦΥΣΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΗΣ ΑΡΓΙΛΟΥ Η πλαστική άργιλος είναι λιπαρή στα δάχτυλά μας και γυαλιστερή στο κομμένο της μέρος. Μαλακώνει όταν την ρίχνουμε στο νερό, το απορροφά και γίνεται πλαστική. Υπάρχουν άργιλοι που μπορούν να απορροφήσουν μέχρι 70% νερό, χωρίς να στάζουν. Η βρεγμένη άργιλος όταν στεγνώσει σκληραίνει και ο όγκος της μικραίνει. Το φαινόμενο αυτό το ονομάζουμε μάζεμα ή συστολή. Η στεγνωμένη άργιλος ξαναλιώνει στο νερό. Πλαστικότητα Η πλαστικότητα που προαναφέρθηκε είναι τόσο πιο έντονη όσο πιο λεπτοί είναι οι κόκκοι που αποτελούν τη μάζα. Η πλαστικότητα είναι επίσης ανάλογη και με την ποσότητα νερου που προσθέτουμε: όταν π.χ. ρίξουμε νερό η μάζα γίνεται πολτός και η πλαστικότητα εξαφανίζεται. Όταν το νερό λιγοστεύει, π.χ. με το στέγνωμα της μάζας, η άργιλος χάνει και τότε την πλαστικότητά της και το αντικείμενο μπορεί να σπάσει αν θελήσουμε να μεταβάλουμε το σχήμα του. Αφαιρώντας ή προσθέτοντας νερό ανάλογα με το αν η μάζα είναι νερουλή ή στεγνή, μπορούμε να δώσουμε στην άργιλο την πλαστικότητα που είχε προσωρινά χάσει. Συστολή (μάζεμα) Η συστολή είναι μια άλλη χαρακτηριστική ιδιότητα της αργίλου. Πρόκειται για την ελάττωση των διαστάσεων και του όγκου του αντικειμένου κατά το στέγνωμα του πηλού και κατά το ψήσιμό του. Αν αφήσουμε στον ατμοσφαιρικό αέρα ένα αντικείμενο που μόλις κατασκευάσαμε, δηλαδή ακόμα βρεγμένο, το νερό του πηλού εξατμίζεται σ όλη την επιφάνεια του αντικειμένου. Το νερό που χάνεται στον αέρα αντικαθίσταται από νέες ποσότητες που μετακινούνται από το εσωτερικό των τοιχωμάτων προς το εξωτερικό. Λόγω της πλαστικότητας, τα μόρια της μάζας πλησιάζουν το ένα προς το άλλο για να ισορροπήσουν το μάζεμα του όγκου που οφείλεται στην εξάτμιση του νερού. Κι αυτό συνεχίζεται μέχρι το στέγνωμα της μάζας. Βλέπουμε λοιπόν πως το μάζεμα της μάζας γίνεται αρχικά από την εξωτερική επιφάνειά της και προχωράει διαδοχικά προς το κέντρο. Η διαφορά υγρασίας, και κατά συνέπεια και όγκου μεταξύ της περιφέρειας και του κέντρου, είναι τόσο μεγαλύτερη όσο η μάζα είναι πιο ογκώδης και το στέγνωμα πιο γρήγορο. Αν η εξωτερική επιφάνεια έχει στερεοποιηθεί ενώ το εσωτερικό της μάζας πρόκειται να χάσει ακόμα πολύ όγκο, δημιουργούνται διάφορες τάσεις που προκαλούν παραμορφώσεις και σκασίματα. Το θέμα της συστολής είναι σημαντικό γιατί το στέγνωμα μιας πλαστικής αργίλου πρέπει να είναι αργό για να αποφεύγουμε τις ζημιές. ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 17

18 Η δεύτερη φάση του <μαζέματος> γίνεται κατά τη διάρκεια του ψησίματος. Το μάζεμα είναι ελάχιστο ή τελείως ανύπαρκτο, έως ότου η μάζα αρχίσει να υαλοποιείται. Τότε το μάζεμα μπορεί να είναι πολύ μεγάλο (γκρέ, πορσελάνες). Επίδραση της θερμότητας Η θερμότητα επιδρά επί της αργίλου κατά τρόπο που προκαλεί βασικές μεταβολές στη φυσική της κατάσταση και στις χημικές της ιδιότητες. Όταν θερμαίνουμε μια άργιλο σε θερμοκρασία 100 o Ο η υγρασία που έχει μείνει μέσα ακόμα και αν το αντικείμενο φαίνεται στεγνό, φεύγει. Η θερμοκρασία αυτή δε μεταβάλλει σε τίποτα τις ιδιότητες της αργίλου. Δεν συμβαίνει όμως το ίδιο όταν η θερμοκρασία φτάσει τους 400 ο ο. Τότε το νερό που υπάρχει μέσα στα μόρια της αργίλου φεύγει και οι ιδιότητές της μεταβάλλονται τελείως. Γίνεται σκληρή, πορώδης και δεν λιώνει πια στο νερό. Έχουμε μια τερρακόττα. Το νερό που περιέχεται στα μόρια της αργίλου πρέπει να φύγει πολύ σιγά, γιατί η απότομη άνοδος της θερμοκρασίας δημιουργεί υδρατμούς με μεγάλη πίεση που ξεπερνά καμιά φορά το όριο αντοχής του αντικειμένου και προκαλεί το σπάσιμό του. Με τη θέρμανση μια άργιλος, όταν δεν είναι καθαρή, αλλάζει χρώμα. Αυτό γίνεται επειδή περιέχει διάφορες μεταλλικές ουσίες και κυρίως οξείδιο σιδήρου (η κοινή σκουριά). Επίδραση του κρύου Η παγωνιά δεν έχει καμιά επίδραση στη στεγνή άργιλο, ωμή ή ψημένη. Αντίθετα προκαλεί την καταστροφή της υγρής αργίλου που διαλύεται τελείως όταν αρχίζει να θερμαίνεται η ατμόσφαιρα. Οι βρεγμένες τερρακόττες σπάζουν σε πολλά κομμάτια με την παγωνιά. (2) ΞΕΝΑ ΣΩΜΑΤΑ ΚΑΙ ΟΥΣΙΕΣ ΠΟΥ ΥΠΑΡΧΟΥΝ ΣΤΗΝ ΑΡΓΙΛΟ Είναι δύο ειδών: - διάφορα υπολείμματα ορυκτών που υπάρχουν στα πετρώματα απ όπου προέρχονται οι άργιλοι - διάφορες ουσίες και υπολείμματα ορυκτών που προστέθηκαν κατά τη μετακίνηση των αργίλων στο διάστημα των διαφόρων γεωλογικών μεταβολών ή εισχώρησαν με τα νερά της βροχής μέσα στη μάζα τους. Οι διαστάσεις των ξένων αυτών σωμάτων είναι διάφορες: από μεγάλα κομμάτια έως σκόνη τόσο λεπτή όσο είναι και η ίδια η άργιλος. Τα μεγάλα κομμάτια τα αφαιρούμε με το χέρι ή τα κονιοποιούμε σε ειδικά μηχανήματα, διότι διαφορετικά, μπορούν να προκαλέσουν καταστροφές κατά την ώρα του ψησίματος. Οι ξένες ουσίες, οι πιο συχνές, είναι το οξείδιο του πυριτίου σε διάφορες μορφές (πυριτική άμμος, χαλαζίας, κλπ.) που υπάρχει μέσα σε όλες τις αργίλους και σε μεγάλη συχνά ποσότητα, το άστριο, το ανθρακικό ασβέστιο, το οξείδιο σιδήρου, κλπ. Επίσης βρίσκουμε και διάφορα υπολείμματα φυσικής προελεύσεως. ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 18

19 ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΤΩΝ ΑΡΓΙΛΩΝ Ο τρόπος με τον οποίο <συμπεριφέρονται> οι άργιλοι στο ψήσιμο, μας επιτρέπει να κατατάξουμε τις αργίλους σε τρεις κατηγορίες: - η καθαρή άργιλος, δηλαδή εκείνη που περιέχει ξένες ουσίες σε τόσο ελάχιστη ποσότητα, ώστε δεν αρχίζει να λιώνει πριν από τους 1600 ο. Την ονομάζουμε πυρίμαχη, αντέχει δηλαδή στη φωτιά. Την ίδια την καθαρή άργιλο την διαιρούμε σε καολίνη και σε πυρίμαχα χώματα. - οι άργιλοι που γίνονται αδιάβροχοι στις θερμοκρασίες των 1300 ο περίπου βαθμών. Τις ονομάζουμε υαλοποιήσιμες. - οι άργιλοι που περιέχουν μεγάλες ποσότητες οξειδίου σιδήρου, σόδας, ποτάσσας ή ασβεστίου. Σ αυτές ανήκουν γενικά τα χρωματιστά χώματα: η σιδηρούχος άργιλος (κόκκινος πηλός Μαρουσιού), η ασβεστούχος ή μάργη που είναι κίτρινη ή γκριζωπή και περιέχει περισσότερο ασβέστη από τις άλλες (πηλός Αίγινας). Πάντως η ποσότητα του ασβέστη που υπάρχει στην κοινή άργιλο είναι γενικά αρκετά σημαντική. Όσο πιο καθαρή είναι μια άργιλος από ξένες ουσίες (σκουριές, σόδα, ασβέστη, φυτικές ουσίες, κλπ.), τόσο πιο πολύ αντέχει στη φωτιά και τόσο το χρώμα της πλησιάζει το λευκό. Είδαμε πιο πάνω ότι την καθαρή άργιλο την διαιρούμε σε καολίνη και σε πυρίμαχα χώματα. Ο καολίνης, αποτελεί μια ειδική κατηγορία της αργίλου και διαφέρει κυρίως απ αυτήν σε δυο σημεία: είναι λιγότερο πλαστικός και πολύ πιο λευκός αν και η χημική του σύνθεση είναι όμοια με πολλές αργίλους. Η διαφορά αυτή οφείλεται κατά πάσα πιθανότητα στο γεγονός ότι οι άργιλοι μετατοπίσθηκαν με τον καιρό από το μέρος που είχαν σχηματισθεί κι ανακατώθηκαν με διάφορες άλλες ουσίες, ενώ οι καολίνες έμειναν στο μέρος που σχηματίστηκαν και δεν παρουσιάστηκε μεταβολή ούτε στην υφή ούτε στη σύνθεσή τους. Ο καολίνης χρησιμοποιείται για την κατασκευή της λευκής φαγιέντσας και πολύ περισσότερο της πορσελάνης. Στην Ελλάδα τον βρίσκουμε κυρίως στη Μήλο. Οι πυρίμαχοι άργιλοι δεν παρουσιάζουν σημεία υαλοποιήσεως μέχρι τους 1600 ο. Για να αντέξουν σε μια τόσο υψηλή θερμοκρασία δεν πρέπει να περιέχουν εύτηκτες ύλες (σόδα, ποτάσσα, ασβέστη κλπ.) σε αναλογία μεγαλύτερη από 2-3%. Αντιθέτως, έχουν συχνά αρκετή ποσότητα οξειδίου πυριτίου που επηρεάζει ελάχιστα τις πυρίμαχες ιδιότητες της αργίλου. Τα πιο καθαρά μίγματα αργίλου με οξείδιο πυριτίου αντέχουν και στους 1700 ο. Από τις εύτηκτες ύλες που μπορεί να περιέχει μια άργιλος προτιμότερη είναι το οξείδιο σιδήρου γιατί επηρεάζει λιγότερο τις πυρίμαχες ιδιότητές της. (2) ΑΝΤΙΠΛΑΣΤΙΚΕΣ ΥΛΕΣ Η πλαστικότητα, που είναι βασική ιδιότητα μιας αργίλου και είναι απαραίτητη για την σχηματοποίηση αντικειμένων, όταν είναι πολύ μεγάλη καταντά μειονέκτημα. Μια πολύ πλαστική άργιλος δουλεύεται πολύ δύσκολα: κολλάει στα χέρια του τεχνίτη, ξεκολλάει με ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 19

20 μεγάλη δυσκολία απ τα καλούπια, αργεί πολύ να στεγνώσει, στραβώνει στο στέγνωμα και συχνά σκάζει. Γι αυτό το λόγο ή προσθέτουμε μια άλλη άργιλο με πολύ μικρότερη πλαστικότητα ώστε να ελαττώσουμε την πλαστικότητα της πρώτης, ή προσθέτουμε διάφορες ουσίες, αδρανείς, χωρίς καμιά πλαστικότητα. Σαμώτ Η κυριότερη από αυτές τις ουσίες και η καλύτερη είναι η σαμώτ, δηλαδή η άργιλος την οποία ψήσαμε σαν σκόνη ή ψημένα κομμάτια που κοπανίσαμε. Η σαμώτ που έγινε από μια ορισμένη άργιλο που έχουμε τυποποιήσει και χρησιμοποιούμε στη δουλειά μας, έχει το πλεονέκτημα ότι δεν μεταβάλει τη σύνθεση της μάζας μας. Η σαμώτ χρησιμοποιείται επίσης σε μεγάλη κλίμακα και στην κατασκευή των πυροδοχείων μέσα στα οποία βάζουμε τα κεραμικά αντικείμενα για να ψηθούν. Η χρησιμοποίηση χονδροκοπανισμένης σαμώτ, επιτρέπει την κατασκευή πυροδοχείων που αντέχουν στις απότομες μεταβολές της θερμοκρασίας. Οξείδιο πυριτίου (πυριτική άμμος, χαλαζίας) Είναι η πυρίμαχη αντιπλαστική ύλη. Έχει το μειονέκτημα να αλλάζει ύλη τη σύνθεση ενός πηλού. Εκτός από την ελάττωση της πλαστικότητας που φέρνει σε μια μάζα, το οξείδιο πυριτίου ενώνεται συγχρόνως και με ορισμένες εύτηκτες ύλες (ποτάσσα, σόδα, ασβέστη) και σχηματίζει μάζες υαλοποιήσιμες. Το οξείδιο πυριτίου έχει τεράστια σημασία στην κεραμική γιατί εκτός από την σημασία που έχει στη σύνθεση μιας μάζας, είναι η βάση της κατασκευής των διαφόρων υαλωμάτων που χρησιμοποιούμε και στην κεραμική. Αντιπλαστικές ύλες που καίγονται Χρησιμοποιούμε φυτικές ύλες: άχυρα, πριονίδι, καρβουνόσκονη, κλπ., που όταν είναι πολύ λεπτά τριμμένες, σαν σκόνη, δίνουν αν τις αναμείξουμε μέσα στον πηλό μας, μια μάζα πολύ πορώδη που μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε για φίλτρο. Οι ύλες αυτές χρησιμεύουν για να κατασκευάσουμε ορισμένα κεραμικά είδη που θέλουμε να είναι πολύ ελαφρά, καίγονται, όπως είναι φυσικό, στη φωτιά και αφήνουν στη μάζα πολύ λεπτές ή και μεγαλύτερες τρύπες. Εύτηκτες ύλες Ονομάζουμε εύτηκτες ύλες μια ειδική κατηγορία αντιπλαστικών υλών που έχουν την ιδιότητα να κατεβάζουν το σημείο τήξεως της αργίλου (το σημείο δηλαδή που λιώνει) και έτσι επιτρέπουν να ψήνουμε τα αντικείμενα σε χαμηλότερη φωτιά από εκείνη που θα χρειαζόταν μια σκέτη, καθαρή άργιλος. Χρησιμεύουν επίσης για να προκαλέσουν, εφ όσον το θέλουμε, την υαλοποίηση μιας αργίλου. Όλα τα μεταλλικά οξείδια που μπορούν να προστεθούν σε μια άργιλο κατεβάζουν το σημείο τήξεώς της. ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 20

21 Οι εύτηκτες ύλες είναι πολλές, στην πράξη όμως χρησιμοποιούμε κυρίως τα αλκάλια (ποτάσσα και σόδα) και τον ασβέστη. Επίσης, εφ όσον υπάρχει και μέσα στον πηλό, και το οξείδιο σιδήρου. Η ποτάσσα και η σόδα διαλύονται στο νερό, γι αυτό και δεν μπορούμε να της χρησιμοποιήσουμε έτσι σκέτες, είτε διότι ορισμένη ποσότητα φεύγει κατά το πλύσιμο του χώματος, είτε διότι στην ελεύθερή τους μορφή μπορούν να παρουσιάσουν ανεπιθύμητα φαινόμενα στο ψήσιμο. Γι αυτούς τους λόγους, χρησιμοποιούμε χώματα που περιέχουν τις ουσίες αυτές ενωμένες με το οξείδιο πυριτίου: το άστριο είναι ορυκτό που αποτελείται από οξείδιο πυριτίου και οξείδιο αργιλίου (όπως η άργιλος), αλλά έχει και ορισμένη ποσότητα ποτάσσας ή σόδας (ή και τα δύο) σε αναλογία περίπου 7-15%. Ο πηγματίτης είναι υλικό που αποτελείται από ένα μίγμα άστριου και ελεύθερου χαλαζία. Η περιεκτικότητά του σε άστριο είναι περίπου 75%. Οι αλκαλικές εύτηκτες ύλες έχουν το πλεονέκτημα να προκαλούν μια βαθμιαία υαλοποίηση της μάζας. Τα αντικείμενα που έγιναν από μια τέτοια μάζα, κυρίως όταν δεν περιέχει και πολύ οξείδιο πυριτίου, αρχίζουν να χάνουν το σχήμα τους στο ψήσιμο μόνο όταν έχουν υαλοποιηθεί τελείως. Μπορούν λοιπόν, να μας δώσουν εξαιρετικώς καλά γκρέ και πορσελάνες. Εκτός από τα αλκάλια (ποτάσσα και σόδα), άλλη εύτηκτη ύλη είναι και ο ασβέστης που βρίσκουμε σε καθαρή μορφή στην κιμωλία και κυρίως στο μάρμαρο. Η χρησιμοποίηση του ασβέστη σε μια άργιλο, μας επιτρέπει να έχουμε μια μάζα φθηνότερη από εκείνη που περιέχει πηγματίτη και κυρίως άστριο. Όμως η ποιότητα των προιόντων υστερεί κατά πολύ. Άλλο μειονέκτημα του ασβέστη είναι ότι την υαλοποίηση της μάζας ακολουθεί σχεδόν αμέσως η παραμόρφωση και το λιώσιμό της. (2) ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 21

22 2.5 ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΩΝ Εικ : Η κεραμίστρια Helen Levi για την κατασκευή του αντικειμένου έχουν χρησιμοποιηθεί διάφορα εργαλεία σε συνδυασμό με τα χέρια ενώ ο τροχός ως μέσον δίνει ένα πιο ομοιόμορφο αποτέλεσμα. Τέλος, τα αντικείμενα ψήνονται στον κλίβανο. ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 22

23 Εικ : Για την δημιουργία του φωτιστικού Segment Shade, ο σχεδιαστής Philip Cuttance από το Λονδίνο, επέλεξε να κατασκευάσει 11 καλούπια με διαφορετική κλίση το καθένα, τα οποία δίνουν την επιθυμητή μορφή στον πηλό. ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 23

24 ΦΟΡΜΑΡΙΣΜΑ Αρχικά, το αντικείμενο που θέλουμε να κατασκευάσουμε πρέπει να έχει ένα ορισμένο μέγεθος όταν είναι τελειωμένο, δηλαδή ψημένο. Αν π.χ. ετοιμάσουμε ένα κύλινδρο, τον στεγνώσουμε και τον ψήσουμε, ο κύλινδρος αυτός θα μικρύνει λόγω της συστολής του πηλού. Αν θέλουμε να κατασκευάσουμε αργότερα ένα νέο κύλινδρο όμοιο με τον πρώτο, πρέπει να ξέρουμε ακριβώς πόσο μάζεψε ο πρώτος από την ώρα που έγινε έως ότου βγει ψημένος. Όταν γνωρίζουμε πόσο μαζεύει ο πηλός μας είναι πολύ εύκολο, να βρίσκουμε πάντα το μέγεθος που θα δώσουμε στο αντικείμενο για να έχει ορισμένο μέγεθος όταν ψηθεί. ΣΤΕΓΝΩΜΑ Δεν μπορούμε να ψήσουμε αμέσως τα κεραμικά αντικείμενα που κατασκευάσαμε. Πρέπει πρώτα να τα στεγνώσουμε για να φύγει το μεγαλύτερο μέρος του νερού που περιέχουν. Εάν τα βάλουμε μόλις γίνουν σε μέρος αρκετά θερμότερο απ την θερμοκρασία περιβάλλοντος, τα βλέπουμε να σκάζουν ή και να σπάζουν ακόμα από την απότομη συστολή του πηλού και την ξαφνική έξοδο του νερού. Αναλόγως με τη σύνθεση της μάζας μας θα παρατηρήσουμε ότι αλλάζει η ταχύτητα του στεγνώματος όπως και η συστολή. Μάζα με μικρή πλαστικότητα στεγνώνει γρήγορα και μαζεύει λίγο: κίνδυνοι σπασίματος μικροί. Μάζα με μεγάλη πλαστικότητα αργεί να στεγνώσει και μαζεύει πολύ: κίνδυνοι σπασίματος μεγάλοι. Επίσης ο κίνδυνος σπασίματος ενός μεγάλου και με χοντρά τοιχώματα αντικειμένου είναι πολύ μεγαλύτερος από τον κίνδυνο που παρουσιάζει ένα μικρό αντικείμενο με λεπτά τοιχώματα. Η φυσική θερμοκρασία του περιβάλλοντος παίζει και αυτή μεγάλο ρόλο: το καλοκαίρι π.χ. ένα μεγάλο αντικείμενο κινδυνεύει να σκάσει αν δεν φροντίσουμε να το σκεπάσουμε, ώστε να επιβραδύνουμε κάπως την έξοδο του νερού. Πάντως γενικά το στέγνωμα γίνεται μέσα στα εργαστήρια. Πάντως πρέπει να αποφεύγουμε να στεγνώνουμε τα αντικείμενά μας στον ήλιο, στο ύπαιθρο γενικά, και σε μέρη όπου υπάρχει μονόπλευρο ρεύμα αέρος, ώστε το στέγνωμα να μη γίνεται πιο γρήγορα από τη μια πλευρά του αντικειμένου διότι τότε ή θα στραβώσει ή θα σκάσει. ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 24

25 ΠΙΑΤΕΛΙΑΣΜΑ [ ΠΥΡΟΔΟΧΕΙΑ ] Τα αντικείμενα που στέγνωσαν θα τοποθετηθούν στο καμίνι για να ψηθούν. Υπάρχουν διάφοροι τρόποι τοποθέτησης αντικειμένων στο καμίνι. Σ έναν από αυτούς τους τρόπους χρησιμοποιούνται τα πυροδοχεία ή αλλιώς πιατέλες. Το καμίνιασμα με πιατέλες γίνεται όταν υπάρχει φόβος να χαλάσουν τα αντικείμενα από τις φλόγες ή τις στάχτες της φωτιάς. Τα πυροδοχεία είναι δοχεία κατασκευασμένα είτε από κοινό πηλό, όπως γίνεται στα περισσότερα καμίνια είτε από πυρόχωμα, (χώμα που αντέχει πολύ στη φωτιά) όπως γίνεται σε όσα καμίνια ενδιαφέρονται για καλύτερα αποτελέσματα και λιγότερους κινδύνους φθοράς. ΚΑΜΙΝΙΑΣΜΑ Ο σκοπός που επιδιώκουμε κατά το καμίνιασμα είναι να τοποθετήσουμε όσο το δυνατόν περισσότερα αντικείμενα, σε θέση τέτοια, ώστε η θερμοκρασία να είναι καλά μοιρασμένη παντού και με αρκετά κενά μεταξύ τους για να μην εμποδίζουμε το τράβηγμα της φωτιάς. (2) ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 25

26 3 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ½ 3.1 ΠΡΩΤΟ ΣΤΑΔΙΟ Στο πρώτο στάδιο της πειραματικής διαδικασίας θα δοκιμαστεί ο πηλός σε συνδυασμό με διάφορα υλικά. Σκοπός είναι η δημιουργία ενός κράματος πηλού με υλικό το οποίο: - δεν αλλοιώνει τις ιδιότητες του πηλού - αξιοποιεί υλικό το οποίο αποτελεί ρύπο για το περιβάλλον εξοικονομώντας πηλό - αποτελεί οικονομικότερη λύση έναντι του κοινού πηλού - ενώ ταυτόχρονα παρουσιάζει ένα διαφορετικό αισθητικό αποτέλεσμα Οι πρώτες δοκιμές περιλαμβάνουν: - κομμάτια γυαλιού από μπουκάλια μπύρας - κομμάτια κάρβουνου και στάχτη (με σκοπό την σύγκρισή του ως προς τα άλλα υλικά) - ρινίσματα από αμμοβολή του ναυπηγείου της Σύρου - κομμάτια αλουμινίου από κουτάκια μπύρας Σε όλες τις δοκιμές έχει χρησιμοποιηθεί λευκός πηλός με σκοπό να είναι διακριτά τα υλικά που αναμειγνύονται μαζί του. Μόνο στην πρώτη δοκιμή χρησιμοποιήθηκε και ο καφέ, ο πιο κοινός πηλός αλλά το αισθητικό αποτέλεσμα δεν ήταν ικανοποιητικό. Χαρακτηριστικά λευκού πηλού: Χημική ανάλυση (ψημένος) Απώλεια ανάφλεξης SiO 2 % TiO 2 % Al 2 O 3 % Fe 2 O 3 % MgO % CaO % K 2 O % BaO % Na 2 O % % (CO 2 ) 52,3 0, ,8 11,1 14,47 1,06 0,13 0,11 21,81 (17,39) ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 26

27 Συρρίκνωση (κατά το στέγνωμα) Συρρίκνωση (κατά το ψήσιμο) % 3,7 % 4,2 Απορρόφηση νερού % 19 Αντοχή σε κάμψη (κατά το στέγνωμα) Αντοχή σε κάμψη (κατά το ψήσιμο) Kg/cm 2 60 Kg/cm Θερμοκρασία ψησίματος ο C Πίνακας 3.1.1: Χαρακτηριστικά λευκού πηλού - colorobbia clays - όνομα terraglia - κωδικός TFF 1505/10. ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 27

28 3.2 ΠΡΩΤΗ ΔΟΚΙΜΗ - ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑΣ Στην πρώτη δοκιμή σκοπός είναι ένα πρώτο δείγμα της αλληλεπίδρασης πηλού γυαλιού. Κατασκευάστηκαν τέσσερα πρωτότυπα αναμειγνύοντας πηλό με τρίμματα γυαλιού. ΥΛΙΚΑ Λευκός πηλός + πράσινο γυαλί Λευκός πηλός + πράσινο και καφέ γυαλί Καφέ πηλός (80%) 500g + πράσινο γυαλί (20%) 100g Καφέ πηλός (90%) 500g + καφέ γυαλί (10%) 50g Το μέγεθος των κομματιών υάλου ποικίλει μεταξύ 1mm και 3cm αλλά το σχήμα είναι ακαθόριστο. ΒΗΜΑΤΑ - Συλλογή γυάλινων μπουκαλιών μπύρας χρώματος πράσινου και καφέ. - Καθαρισμός από ετικέτες και υπολείμματα. - Σπάσιμο μπουκαλιών και αφαίρεση πάτου καθότι το υλικό σε αυτό το σημείο είναι διαφορετικού πάχους από το υπόλοιπο. Τύλιγμα με σελίδες εφημερίδας και χτύπημα με σφυρί. - Συλλογή τριμμάτων σε διαφορετικά δοχεία. - Ζύμωση με καφέ και άσπρο πηλό. ΕΡΓΑΛΕΙΑ - Σφυρί για το σπάσιμο μπουκαλιών. - Κομμάτι ξύλου για να αναμειχθεί το μίγμα καθότι με τα χέρια δεν ήταν δυνατό αφού τα κομμάτια γυαλιού είναι επικίνδυνα. - Σφουγγάρι για να φανούν περισσότερο τα τρίμματα υάλου. ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 28

29 ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ - Γάντια στο αρχικό στάδιο ζύμωσης όπου τα τρίμματα γυαλιού είναι επικίνδυνα για τα χέρια. Εικ : Θρυμματισμός γυαλιού και συλλογή σε δοχείο. Εικ : Ζύμωμα του μίγματος πηλού - γυαλιού. ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 29

30 Εικ : Τέσσερα αρχικά δείγματα πριν το ψήσιμο. ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ - ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΠΟΥ ΕΝΤΟΠΙΣΤΗΚΑΝ - Είναι πολύ δύσκολο να δουλευτεί - ζυμωθεί το μίγμα καθότι το χέρι απροστάτευτο μπορεί να τραυματιστεί λόγω των κοφτερών άκρων του γυαλιού. - Ο λευκός πηλός ήταν αρκετά μαλακός και βοήθησε στην ανάμιξη των δυο υλικών κατά τη διαδικασία ζυμώματος. - Μόνο όταν το πρωτότυπο πήρε τη τελική του μορφή και είχε ζυμωθεί καλά το μίγμα χρησιμοποιήθηκαν τα χέρια. - Δημιουργία οπών κατά το ζύμωμα κυρίως γύρω από τα κομμάτια γυαλιού. ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 30

31 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΜΕΤΑ ΤΟ ΨΗΣΙΜΟ Εικ : Τα πρώτα δείγματα ψημένα. ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ Τα πρώτα δείγματα απέτυχαν καθότι δημιουργήθηκαν πολλές ρωγμές γύρω από τα κομμάτια γυαλιού αλλά και στην επιφάνεια από τις τάσεις που δημιουργήθηκαν λόγω της διαφορετικής σύνθεσης των υλικών. Στον λευκό πηλό διαπιστώθηκε ακόμα ότι το γυαλί αφού έλιωσε σε κάποια σημεία άλλαξε σχήμα παίρνοντας μια μορφή σφαίρας. Το γυαλί το οποίο εξέχει από την επιφάνεια του πηλού καθίσταται πολύ επικίνδυνο για να έρθει σε επαφή με το δέρμα. ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 31

32 3.3 ΕΠΟΜΕΝΕΣ ΔΟΚΙΜΕΣ Όλα τα δοκίμια έχουν διάμετρο περίπου 100mm και πάχος περίπου 5mm. 10% ποσοστό υαλοθραύσματος 20% ποσοστό υαλοθραύσματος 5% ποσοστό υαλοθραύσματος τοποθετημένο επιφανειακά με σπάτουλα Υαλοθραύσμα τοποθετημένο πάνω στην επιφάνεια Εικ : Μίγμα πηλού - υαλοθραύσματος. ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 32

33 Κομμάτια κάρβουνου τοποθετημένα επιφανειακά Στάχτη τοποθετημένη επιφανειακά 5% ποσοστό στάχτης μέσα στο μίγμα 5% ποσοστό κάρβουνου μέσα στο μίγμα Εικ : Μίγμα πηλού - κάρβουνου. 10% ποσοστό ρινισμάτων σιδήρου 20% ποσοστό αμμοβολής 30% ποσοστό ρινισμάτων σιδήρου Ρινίσματα σιδήρου τοποθετημένα επιφανειακά Εικ : Μίγμα πηλού - ρινισμάτων σιδήρου + πηλού - σκόνης από αμμοβολή Νεωρίου. ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 33

34 5% ποσοστό φύλλων αλουμινίου Φύλλα αλουμινίου τοποθετημένα κάθετα Φύλλα αλουμινίου ενσωματωμένα στον πηλό Μεγάλα φύλλα αλουμινίου με σκοπό την πλήρη τήξη τους Εικ 3.3.4: Μίγμα πηλού - φύλλων αλουμινίου από κουτάκια μπύρας. Εικ 3.3.5: Δοκιμή κομματιών γυαλιού μέγιστης διάστασης 1cm σε ποσοστό 15%. ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 34

35 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΜΕΤΑ ΤΟ ΨΗΣΙΜΟ Τα επιτυχή δείγματα είναι τα ακόλουθα: Ρινίσματα σιδήρου σε ποσοστό 10% (υαλωμένο δοκίμιο) Ρινίσματα σιδήρου σε ποσοστό 30% Σκόνη από αμμοβολή σε ποσοστό 20% (υαλωμένο δοκίμιο) Φύλλα αλουμινίου (υαλωμένο δοκίμιο) Στάχτη σε ποσοστό 5% Κομμάτια κάρβουνου τοποθετημένα επιφανειακά με σπάτουλα Υαλόθραυσμα μεγέθους 1cm maximum σε ποσοστό 15% Υαλόθραυσμα μεγέθους 3mm maximum σε ποσοστό 20% Εικ 3.3.6: Ψημένα δείγματα στους 1000 ο C. ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 35

36 ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ Ως δεδομένο λαμβάνουμε υπ όψιν ότι το τελικό δείγμα είναι υαλωμένο για την περίπτωση που μέρος του ανακυκλώσιμου υλικού αποκολληθεί. Υαλόθραυσμα Κάρβουνο Σκόνη Ρινίσματα Φύλλα αμμοβολής σιδήρου αλουμινίου Ομοιογένεια Ασφάλεια διαδικασίας * + +?? - Ασφάλεια χρήσης** Αισθητική Πολυπλοκότητα διαδικασίας Αντοχή? -??? Πίνακας 3.3.1: Αξιολόγηση δειγμάτων. *Ασφάλεια κατά την διαδικασία ψησίματος λόγω των αερίων που παράγονται ** Ασφάλεια κατά την επαφή ενός αντικειμένου με τον τελικό χρήστη Υαλόθραυσμα Μειονέκτημα αποτελεί η χρονοβόρα διαδικασία που ακολουθήθηκε η οποία μπορεί να βελτιωθεί αρχικά χρησιμοποιώντας έτοιμο υαλόθραυσμα και στη συνέχεια μελετώντας τα μέσα παραγωγής. Το αποτέλεσμα έτοιμου υαλοθραύσματος με χειροποίητο θα έχει αποκλίσεις και θα χρειαστεί μελέτη καθότι το έτοιμο έχει μια πιο κυβική μορφή (και μεγαλύτερο πάχος). Κάρβουνο Αν και το αισθητικό αποτέλεσμα έχει ενδιαφέρον, η αντοχή του είναι μειωμένη λόγω των οπών που δημιουργούνται. Σκόνη αμμοβολής Είναι μια ενδιαφέρουσα αισθητική προσέγγιση ενώ ταυτόχρονα ανακυκλώνεται ένα βλαβερό απόρριμμα. Παρ όλα αυτά λόγω του ότι πρόκειται για ένα βλαβερό απόρριμμα με διάφορα συστατικά δεν συνίσταται για καύση σε υψηλές θερμοκρασίες. Ρινίσματα σιδήρου Το συγκεκριμένο αισθητικό αποτέλεσμα δεν διαφέρει σε κάτι από ένα κοινό τρόπο χρωματισμού του πηλού. ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 36

37 Φύλλα αλουμινίου Πέραν της ιδιαίτερης δυσκολίας της διαδικασίας το αποτέλεσμα δεν είναι ικανοποιητικό καθότι καθίσταται επικίνδυνο κατά την τελική επαφή με τον χρήστη. Από τα παραπάνω δοκίμια προκύπτει ότι έχει νόημα να εξεταστεί περαιτέρω και δοκιμαστεί σε αντοχή το κράμα πηλού με υαλόθραυσμα. Εικ : Επιλεχθέν δείγμα. ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 37

38 4 ΓΥΑΛΙ 4.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ - ΠΕΡΙΛΗΨΗ Το γυαλί είναι από τα πρώτα υλικά συσκευασίας και έχει μακροχρόνια θέση στο χώρο της συσκευασίας. Η υαλουργία έχει δραστηριότητα ετών, χρησιμοποιεί πρώτες ύλες που είναι ανεξάντλητες όπως, άμμο, σόδα, μαρμαρόσκονη. Η αρχαιολογική έρευνα τοποθετεί την εφεύρεσή του γυαλιού στην τρίτη χιλιετία, Π.Χ. στην περιοχή της Μεσοποταμίας. Βρέθηκε μια συνταγή μίγματος υλικών (σε σφηνοειδή γραφή) που τηκόμενα δίδουν υαλόμαζα. Η πρώτη σημαντική ανακάλυψη για τη μορφοποίηση της υαλόμαζας, ο υαλουργικός αυλός, συνέβη στην εποχή του Χριστού, και με αυτόν παράγονται τα υαλουργικά φυσητά αντικείμενα. Το γυαλί που χρησιμοποιείται για τις γνωστές μας φιάλες είναι της άμμου-σόδαςμάρμαρου (Soda- Lime - Glass) και παρακάτω φαίνεται η μέση σύνθεση των διαφόρων γυαλιών που χρησιμοποιείται διεθνώς για τους υάλινους περιέκτες. Είναι η πλέον οικονομική με τις καλύτερες ιδιότητες για την παραγωγή των περιεκτών. (3) ΠΡΩΤΕΣ ΥΛΕΣ ΥΑΛΟΥΡΓΙΑΣ 1. ΑΜΜΟΣ (SiO 2 ) 59% 2. ΣΟΔΑ (Na 2 Co 3 ) 19% 3. ΜΑΡΜΑΡΟΣΚΟΝΗ (CaCO 3 ) 13% 4. ΔΟΛΟΜΙΤΗΣ (MgCO 3 CaCO 3 ) 5% 5. ΑΣΤΡΙΟΙ (πηγή Al 2 O 3 ) 4% 6. ΓΥΑΛΙ ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗΣ ΑΠΟ 15% ΕΩΣ 50% ΣΤΟ ΜΙΓΜΑ ΑΝΑΛΥΣΗ ΓΥΑΛΙΟΥ ΦΙΑΛΩΝ ΚΑΙ ΒΑΖΩΝ SiO 2 72,1% Να 2 Ο 15,1% CaO+MgO 11.0% Al 2 O 3 1.7% Άλλο 0.1% Η σύνθεση αυτή θα δώσει γυαλί διαφανές (flint) με μια ελαφριά απόχρωση υποπράσινη που η χροιά της εξαρτάται από την περιεκτικότητα των πρώτων υλών σε οξείδια του σιδήρου. Emerald Green: τα εμπορικά χρώματα των περιεκτών είναι το πράσινο γυαλί που χρωματίζεται στη μάζα του από οξείδια χρωμίου και σιδήρου. ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 38

39 Amber: το χρώμα της φιάλης της μπύρας χρωματίζεται με κάρβουνο και θειάφι επίσης μέσα στη μάζα του. Blue: ωραίο λαμπερό μπλε χρώμα που το δίδει το κοβάλτιο. Οι πρώτες ύλες δηλαδή Άμμος-Σόδα-Μάρμαρο και διάφορες άλλες βοηθητικές ύλες αναμιγνύονται σε αναλογίες τέτοιες ώστε μετά την τήξη τους να δώσουν υαλόμαζα της συνθέσεως που αναφέρθηκε κιλά αυτού του μίγματος αποδίδουν 1000 κιλά υαλόμαζας. Στο μίγμα των πρώτων υλών προστίθεται γυαλί από ανακύκλωση. Για την παραγωγή της υαλόμαζας σε μεγάλες ποσότητες που απαιτούνται από τις σύγχρονες μηχανές υαλουργίας απαιτείται ένας υαλουργικός κλίβανος. Ο κλίβανος αυτός κατασκευάζεται από πυρίμαχα υψηλής ποιότητας. Το μυστικό της καλής υαλόμαζας βρίσκεται στην επιτυχία της διατήρησης σταθερών συνθηκών στον κλίβανο. Αν ο κλίβανος φτάσει στη θερμοκρασία των 1580 ο C μετά από προσεκτική προθέρμανση διάρκειας δύο εβδομάδων θα πρέπει να διατηρηθεί σε αυτή τη θερμοκρασία μέχρι το τέλος της ζωής του. Ένας κλίβανος των 100m 2 κοστίζει περισσότερο από 9 εκατομμύρια ευρώ. Και είναι δυνατόν να αποδώσει συνολικά έως τόνους υαλόμαζας στη διάρκεια της ζωής του. Η υαλόμαζα που έχει διαυγάσει και η θερμοκρασία της έχει ρυθμιστεί έτσι ώστε να έχει ένα ιξώδες κατάλληλο για μορφοποίηση, δια ειδικού καναλιού οδεύει προς τις μηχανές σχηματοδοτήσεως. Η Ελληνική αγορά σε γυάλινους περιέκτες βρίσκεται περίπου στους τόνους ετησίως ή 600εκ. τεμάχια. Αυτή η αγορά καλύπτεται από την εγχώρια παραγωγή και από εισαγωγές. Οι εισαγωγές από το 2000 άρχισαν να μειώνονται σημαντικά. Ο Έλληνας καταναλωτής τα τελευταία χρόνια μέτρησε όχι μόνο την ευκολία του αλλά και την επιβάρυνση που υφίσταται από ακριβές συσκευασίες. Η ευαισθησία του προς το περιβάλλον τον ώθησε τώρα προς τη γυάλινη συσκευασία. Το γυαλί είναι φιλικό προς το περιβάλλον και ανακυκλώνεται άπειρες φορές, χωρίς να υποβαθμίζεται η ποιότητά του. Τα πλεονεκτήματα της γυάλινης συσκευασίας είναι η διαφάνεια και η αδράνεια της προς το περιεχόμενο, το οποίο διατηρεί χωρίς να το αλλοιώνει, αλλά ούτε και να του προσθέτει ανεπιθύμητες ιδιότητες. Ο καταναλωτής έχει τη δυνατότητα να βλέπει τι αγοράζει. Η υαλουργία προσπάθησε και πέτυχε με τη βοήθεια των ηλεκτρονικών υπολογιστών να ελαφρύνει κατά 50% τα προϊόντα της, χωρίς αυτά να χάσουν τις αντοχές τους κι έτσι να είναι ανταγωνιστική σε σχέση με τα άλλα υλικά συσκευασίας. Η ΓΙΟΥΛΑ ΑΕ κατέχει δεσπόζουσα θέση στα Βαλκάνια μετά την εξαγορά δύο μεγάλων υαλουργικών βιομηχανιών στη Βουλγαρία και μιας στη Ρουμανία. Σε σύντομο χρονικό διάστημα πραγματοποιήθηκαν σημαντικές επενδύσεις και τα τρία αυτά εργοστάσια εκσυγχρονίστηκαν, καλύπτοντας ανάγκες των τοπικών αγορών και επιτυγχάνοντας σημαντικές εξαγωγές στις γειτονικές χώρες. (3) ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 39

40 ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗ ΓΥΑΛΙΟΥ Το γυαλί όπως αναφέρθηκε είναι ένα μίγμα ανόργανων οξειδίων. Η ανακύκλωση του γυαλιού είναι μια απλή διαδικασία. Το γυαλί που συλλέγεται θραύεται σε μέγεθος φουντουκιού, καθαρίζεται από ξένες ουσίες που πιθανόν να έχουν ευρεθεί τυχαίως μέσα του. Τα μαγνητιζόμενα υλικά, κυρίως καπάκια σιδηρά που χρησιμοποιούνται για την πωμάτωση των φιαλών, απομακρύνονται με ισχυρούς μαγνήτες. Τα ελαφρά αντικείμενα π.χ. χαρτιά, ορισμένα ελαστικά προϊόντα απομακρύνονται με αέρα που φυσάει στην επιφάνεια της μεταφορικής ταινίας που μεταφέρει το υαλόθραυσμα. Η απομάκρυνση άλλων υλικών π.χ. καπάκια αλουμινίου, πορσελάνες, χαλίκια και άλλα στερεά υλικά γίνεται με χειροδιαλογή. Εν συνεχεία το γυαλί πλένεται με νερό για να απομακρυνθούν οργανικές ενώσεις, κυρίως σάκχαρα. Είναι δυνατόν να στεγνωθεί το γυαλί και εν συνεχεία να χωρισθεί στα διάφορα χρώματά του. Στις χώρες με μεγάλα ποσοστά ανακύκλωσης γυαλιού, υπάρχουν κάδοι ανακύκλωσης γυαλιού σε κάθε νοικοκυριό. Στη χώρα μας ανακυκλώνονται περίπου τόνοι ετησίως υαλοθραύσματος. Οι συνολικές ανάγκες της χώρας είναι της τάξεως των τόνων ετησίως. Επομένως το ποσοστό της ανακύκλωσης της γυάλινης συσκευασίας προς το παρόν είναι αρκετά χαμηλό και ακόμη περισσότερο απογοητευτικό γίνεται αν αναλογισθεί κανείς ότι από τους τόνους της ετήσιας ανακύκλωσης οι τόνοι προέρχονται από τους μεγάλους εμφιαλωτές τροφίμων και ποτών. Στη ζωή μας σύντομα θα υιοθετηθεί η φιάλη μιας χρήσεως οπότε η κατά κεφαλή κατανάλωση γυάλινων φιαλών από 50 σήμερα θα ξεπεράσει τις 100, όταν στις χώρες τις Ευρώπης ευρίσκεται τώρα πλέον στις 200. Η ανακύκλωση θα γίνει επιτακτική ανάγκη και το ποσοστό μας στην ανακύκλωση θα πρέπει να αυξηθεί εντυπωσιακά. Μια φιάλη πολλαπλής χρήσεως συνήθως το χρόνο γεμίζει 6 φορές και η μέση διάρκεια αυτών των φιαλών είναι περίπου 5 χρόνια. Στην υαλουργία η ανακύκλωση του γυαλιού είναι ένα μέρος της βιομηχανικής διαδικασίας. Σε ένα λίαν αποδοτικό εργοστάσιο το ποσοστό απόδοσης σε εμπορεύσιμα προϊόντα συνήθως δεν ξεπερνά ένα 92% και σε μέση απόδοση εργοστάσιο το ποσοστό αυτό μειώνεται στο 85%. Επομένως πρέπει να λαμβάνεται μέριμνα ώστε αυτό το 15% των προϊόντων να ανακυκλώνεται και να αποτελεί πρώτη ύλη μαζί με το μίγμα των πρώτων υλών για την παραγωγική διαδικασία. Τα Ελληνικά υαλουργεία τώρα δέχονται τόνους ετησίως υαλόθραυσμα προς ανακύκλωση. Το ποσό αυτό είναι δυνατό να αυξηθεί και να φτάσει τους τόνους ετησίως. Με αυτό το υψηλό ποσοστό θα εξοικονομηθούν σημαντικές πρώτες ύλες όπως άμμος περίπου τόνους ετησίως, σόδα τόνους ετησίως που εισάγονται και θα εξοικονομηθεί και ανάλογο συνάλλαγμα. Στην υαλουργία δεν δημιουργούμε στερεά απόβλητα διότι όπως τονίσθηκε όλα τα προϊόντα που απορρίπτονται ανακυκλώνονται. (3) ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 40

41 4.2 Η ΙΣΤΟΡΙΑ ΤΟΥ ΓΥΑΛΙΟΥ Εικ : Φυσητό γυαλί. Το γυαλί είναι ένα υλικό που χρησιμοποιήθηκε από τους αρχαιοτάτους χρόνους. Οι βασικές τεχνικές παρασκευής του είναι πανάρχαιες και πολλές σύγχρονες τεχνικές και διεργασίες είναι απλώς βελτιώσεις και εκμηχάνιση των παλιών τεχνικών. Οι πρωτόγονοι άνθρωποι είχαν την ευτυχία να ζήσουν την εποχή που υπήρχε άφθονο φυσικό γυαλί. Αν και σπάνια μπορεί να βρει κανείς καθαρό φυσικό γυαλί, σε μερικές περιοχές όπως τα Βαλκάνια, είναι δυνατόν να ανευρεθεί. ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 41

42 Τα αρχαιότερα παραδείγματα γυαλιού που κατασκευάστηκαν από τον άνθρωπο βρέθηκαν στα απομεινάρια των πολιτισμών της Μέσης Ανατολής. Πιθανώς, τα αρχαιότερα αντικείμενα κατασκευασμένα εξ ολοκλήρου από γυαλί είναι Αιγυπτιακές χάντρες, ενώ στη Μεσοποταμία βρέθηκαν χάντρες που πιστεύεται ότι είναι περίπου ετών. (4) (34) Οι υαλουργικές τεχνικές εξαπλώθηκαν στις γειτονικές χώρες της Αιγύπτου μέχρι την Ανατολική Μεσόγειο. Το π.χ. περίπου, οι υαλουργοί της Αλεξάνδρειας τελειοποίησαν την κατασκευή γυάλινων ράβδων που ήταν χρωματισμένες σύνθετα και ονομάζονταν μωσαϊκές ράβδοι. Αυτές μπορούσαν να κοπούν σε φέτες και να συσσωματωθούν σε τήγμα με βάση την άμμο. Τα βάζα που κατασκευάστηκαν από Ρωμαίους τεχνίτες τον πρώτο αιώνα π.χ. ή μ.χ. είναι ίσως το πιο γνωστό παράδειγμα μιας άλλης διαδικασίας που αναπτύχθηκε και τελειοποιήθηκε από τους υαλουργούς της Αλεξάνδρειας αποκλειστικά. Η πρώτη σημαντική επανάσταση στην υαλουργία ήταν η εφεύρεση του υαλουργικού αυλού, ισάξια με αυτή του τροχού της αγγειοπλαστικής. Πρόκειται για ένα σιδερένιο σωλήνα που φέρει ένα εξόγκωμα στο ένα άκρο και ένα στόμιο στο άλλο. Ο υαλουργός εμφυσά τήγμα υάλου στο ένα άκρο που φτάνει στο άλλο και γεμίζει με αέρα. Έτσι σχηματοποιείται η φιάλη. Η υαλουργία αναπτύχθηκε και εξαπλώθηκε πολύ σε όλη τη Ρωμαϊκή αυτοκρατορία, από τη Συρία μέχρι τη Βρετανία. Οι Ρωμαίοι υαλουργοί ήταν κορυφαίοι σε όλες τις τεχνικές διεργασίες της υαλουργίας και της διακοσμητικής. Υπάρχουν διάφορες μέθοδοι μορφοποίησης. Το τήγμα μπορεί να εγχυθεί μέσα σε καλούπια διάφορων σχημάτων ή να σχηματισθεί με πίεση μέσα στις εσοχές του καλουπιού ή με πίεση του αέρα που υπάρχει μέσα στο καλούπι ή χειρωνακτικά. Όταν το γυαλί είναι ακόμα ζεστό μπορεί να καμφθεί, να περιστραφεί ή να τεντωθεί, λόγω του πλαστικού του χαρακτήρα που ήταν γνωστός στους Ρωμαίους. Οι Αιγύπτιοι και οι Ρωμαίοι γνώριζαν πως μπορούν να επιτύχουν ειδικά χρώματα προσθέτοντας οξείδια μετάλλων στις πρώτες ύλες. Ο χαλκός έδινε ρουμπινί ή πράσινο χρώμα, το κοβάλτιο σκούρο μπλε, το μαγνήσιο μωβ ή αμέθυστο, το αντιμόνιο κίτρινο, ο σίδηρος καφέ, πράσινο ή μαύρο, ο κασσίτερος αδιαφανές λευκό. Μικρές αυξήσεις του κάθε οξειδίου δίνουν πιο βαθιά χρώματα. Οι πρώτοι υαλουργοί θεωρούσαν δυσκολότερο το να επιτύχουν απόλυτη διαύγεια από ότι ένα ικανοποιητικό χρωματισμό αυστηρώς ελεγχόμενο. Τον 18 ο και 19 ο αιώνα οι αγγλικές γυάλινες φιάλες είχαν ένα χαρακτηριστικό σκούρο πράσινο και καφέ χρώμα εξαιτίας της υψηλής περιεκτικότητάς τους σε οξείδιο του σιδήρου. Οι Βενετοί και οι μετέπειτα υαλουργοί επιχείρησαν να χρησιμοποιήσουν αποχρωστικές ουσίες όπως το μαγγάνιο, όπου οι αποχρώσεις δεν ήταν οι επιθυμητές. Πρόκειται για δευτερεύουσες χρωστικές ουσίες που παράγουν ένα συμπληρωματικό στο ανεπιθύμητο χρώμα. Τελικά, μειώνεται ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 42

43 ακόμα περισσότερο η διαφάνεια του γυαλιού και έτσι το γυαλί θα μπορούσε να ενεργεί ως ένα μάλλον συμπαγές φυσικό φίλτρο. Τα πρώτα υλικά υαλουργίας ήταν η άμμος, ο ασβεστόλιθος και η σόδα. Το γυαλί άσβεστου ήταν εύκολο στην κατασκευή και το χειρισμό και γι αυτό κάλυπτε το μεγαλύτερο μέρος της παραγωγής, όπως και σήμερα άλλωστε. Οι απαραίτητες πρώτες ύλες μπορούσαν να βρεθούν παντού και ο κλίβανος δεν χρειαζόταν να είναι εξειδικευμένος για την επίτευξη των επιθυμητών θερμοκρασιών. Το γυαλί που προέκυπτε είχε επιφανειακή σκληρότητα ικανοποιητική για πολλούς σκοπούς, ήταν χημικώς σταθερό και είχε χαμηλό σημείο μαλάκυνσης. Οι τύποι γυαλιού ποίκιλλαν από περιοχή σε περιοχή και εξαρτιόνταν, όπως και σήμερα, από τα διάφορα διαθέσιμα υλικά. Η ραγδαία αύξηση του πληθυσμού και η τάση προς αστικοποίηση στην Ευρώπη του 19 ου αιώνα καθώς επίσης και στην Αμερική αύξησαν τις απαιτήσεις σε γυαλί. Το γυαλί έβρισκε πολλές εφαρμογές σε πολλούς τομείς. Για παράδειγμα προς το τέλος του αιώνα το κρασί, η μπύρα, το μεταλλικό νερό, οι σάλτσες, το τουρσί, η μαρμελάδα και άλλα πολλά προϊόντα πλέον συσκευάζονταν σε γυάλινα δοχεία, ενώ μέχρι τότε πωλούντο χωρίς συσκευασία. Η εξέλιξη της διεργασίας κατασκευής φιαλών παρέμενε στάσιμη. Οι φιάλες που φτιάχνονταν με εμφύσηση σε καλούπι ήταν περίεργα παραμορφωμένες. Ωστόσο, σημειώθηκε μια σταδιακή πρόοδος. Το 1821 επινοήθηκε από έναν κατασκευαστή ένα χειροκίνητο σιδερένιο καλούπι που μπορούσε να σχηματίσει ολόκληρη τη φιάλη (σώμα και λαιμό), ενώ μέχρι τότε μόνο το σώμα μπορούσε να σχηματιστεί. Το 1880, ο W. Ashley επινόησε μια ημιαυτόματη μηχανή κατασκευής φιαλών, και το 1903 στην Αμερική, ο M. Owens κατασκεύασε την πρώτη πλήρως αυτοματοποιημένη μηχανή. (5) (34) Έτσι, στα μέσα του 19ου αιώνα, δόθηκε στους Ευρωπαίους υαλουργούς η μοναδική ευκαιρία να επιδείξουν την επιτυχία τους. Στη Βρετανία το 1845 αποσύρθηκαν οι φόροι και έτσι εξαπλώθηκαν όλα τα είδη υαλουργίας και υπήρξε περισσότερο επεξεργασία των ειδών προς οικιακή χρήση. Τα εργοστάσια της Ευρώπης και των Η.Π.Α. που παρήγαγαν αυτή την πληθώρα των γυάλινων προϊόντων κατά το δεύτερο μισό του 20 ου αιώνα διέφεραν σε δυο σημεία από τις μεγαλύτερες υαλουργίες του 18 ου αιώνα. Πρώτον, ο κλίβανος, ο οποίος είχε δημιουργηθεί για τη μεταλλουργία, αναγεννήθηκε και προσαρμόστηκε στην τήξη του γυαλιού, παρέχοντας καλύτερη χρήση του καυσίμου και πιο ισχυρή πηγή θέρμανσης. Δεύτερον, ο κλιβανίσκος δοχείων αντικαταστάθηκε από υαλουργικό κλίβανο, εξασφαλίζοντας συνεχή παραγωγή. Οι ερχόμενες βελτιώσεις απαντούσαν στην αυξημένη ζήτηση και παρείχαν άφθονο, φθηνό γυάλινο υλικό. Το 1827 περίπου, αναπτύχθηκε στις Η.Π.Α. μια μέθοδος για τη μηχανική πίεση του γυαλιού στα καλούπια. Όπως προαναφέρθηκε, η κατασκευή φιαλών έγινε ημιαυτόματη το 1880 και τελείως αυτόματη το Η διακόσμηση του γυαλιού ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 43

44 συνεχίστηκε. Μια νέα μέθοδος επινοήθηκε για τη σκλήρυνση του γυαλιού με απότομη ψύξη. Μέχρι το 1900, πολλές βελτιώσεις που σημειώθηκαν εισήγαγαν το γυαλί στο νέο αιώνα και μαζί με την πληρέστερη κατανόηση της σύνθεσης και της δομής του γυαλιού και τις απαιτήσεις για μαζική παραγωγή οδήγησαν σε περαιτέρω εξέλιξη και βελτίωση της υαλουργίας. (34) ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 44

45 4.3 ΔΟΜΗ - ΣΥΣΤΑΣΗ ΤΟΥ ΓΥΑΛΙΟΥ Εικ : Σπασμένο γυαλί. Φωτογραφία από Jacqueline Sinclair. ΔΟΜΙΚΑ ΣΥΣΤΑΤΙΚΑ ΥΑΛΟΥ Αν και σχεδόν κάθε στοιχείο του περιοδικού πίνακα μπορεί να βρεθεί στη σύσταση ενός γυαλιού, στη πλειοψηφία των υάλων τα στοιχεία που περιέχονται σε σχετικά μεγάλες ποσότητες είναι το πυρίτιο, το βόριο ή ο φώσφορος. Τα στοιχεία αυτά χαρακτηρίζονται ως δομικά στοιχεία υάλου (glass forming elements) ή σε μορφή οξειδίων ως δομικά οξείδια υάλου. Γενικά, τέτοια στοιχεία που είναι απαραίτητα για το σχηματισμό υαλώδους δομής ονομάζονται κατασκευαστές υάλου (glass formers). Οξείδια που από μόνα τους δεν σχηματίζουν γυαλί αλλά το επιτυγχάνουν όταν τακούν με κατάλληλη ποσότητα ενός δεύτερου οξειδίου ονομάζονται ενδιάμεσα (intermediates) και αυτά που δεν έχουν την τάση να σχηματίσουν γυαλί ονομάζονται τροποποιητές (modifiers) που σημαίνει ότι τέτοια οξείδια τροποποιούν τις ιδιότητες του γυαλιού στο οποίο είναι παρόντα. Αν και δεν υπάρχει ακριβές όριο διαχωρισμού των οξειδίων μεταξύ των παραπάνω κατηγοριών, η ταξινόμηση των οξειδίων σε αυτές τις κατηγορίες στον παρακάτω πίνακα παρέχει έναν συμβατικό τρόπο καθορισμού της σχετικής τάσης των διαφόρων οξειδίων για το σχηματισμό γυαλιού. (6) (34) ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 45

46 Δομικά (Glass formers) Ενδιάμεσα (Intermediates) Τροποποιητικά (Modifiers) B 2 O 3 SiO 2 GeO 2 P 2 O 5 Sb 2 O 3 As 2 O 5 Al 2 O 3 V 2 O 5 TeO 2 MoO 2 SeO 2 Bi 2 O 3 WO 3 MgO Li 2 O BaO CaO SrO Na 2 O K 2 O Πίνακας 4.3.1: Ταξινόμηση οξειδίων αναλόγως του ρόλου τους στην υαλώδη δομή. Ο διαχωρισμός των οξειδίων γίνεται με βάση την πιο κλασική θεωρία δομής των υάλων που διατυπώθηκε το 1932 από τον Zachariasen και υποστηρίζει ότι οι θεμελιακοί κανόνες της κρυσταλλοχημείας εφαρμόζονται και στα πυριτικά γυαλιά όπως και στις κρυσταλλικές ενώσεις του πυριτίου. Πιο συγκεκριμένα, θεώρησε τη σχετική ικανότητα των οξειδίων να σχηματίσουν γυαλί και κατέληξε ότι η συνθήκη για την κατασκευή γυαλιού είναι ότι μια ουσία μπορεί να σχηματίσει εκτεταμένα τρισδιάστατα πλέγματα χωρίς περιοδικότητα που να περιέχουν ενέργεια ανάλογη αυτής ενός κρυσταλλικού πλέγματος. (7) (34) ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 46

47 4.4 ΠΑΡΑΓΩΓΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΓΥΑΛΙΟΥ Εικ : Στάδιο από την διαδικασία κατασκευής αντικειμένου από φυσητό γυαλί. Για την παραγωγή ενός γυαλιού νατρίου ασβεστίου πυριτίου είναι απαραίτητο να αναπτυχθεί μια διαδικασία που στις βασικές της γραμμές θα αποτελείται από θέρμανση και παραμονή σε υψηλή θερμοκρασία και ιδανική ανάμειξη οξειδίων με σκοπό να παραχθεί ένα ομοιογενές υγρό με κατάλληλα χαρακτηριστικά ώστε κατά τη σωστή ψύξη του να δώσει μια υαλώδη κατάσταση. Η πρακτική πραγματοποίηση μιας διαδικασίας που έχει ως πρώτο στόχο την παραγωγή ενός υαλώδους υγρού επιφέρει μια σειρά από αλληλένδετες ενέργειες, των οποίων η μεγαλύτερη ή η μικρότερη απόδοση έχει άμεσο αντίκτυπο στην ποιότητα του προϊόντος, ενέργειες οι οποίες περιλαμβάνουν την επιλογή των πρώτων υλών, την κατάλληλη ανάμειξή τους και την τήξη τους. ΠΡΩΤΕΣ ΥΛΕΣ - ΑΝΑΜΙΞΗ Το γυαλί αποτελείται από οξείδια και γι αυτό οι αναγκαίες πρώτες ύλες είναι οι ίδιες: οξείδια ή ενώσεις που αποσυντίθεται κατά την έψηση δίνοντας οξείδια. Κατά συνέπεια, το ίδιο οξείδιο μπορεί να εισαχθεί με διάφορες μορφές και να βρίσκεται στο γυαλί ξεκινώντας από διάφορες πρώτες ύλες. ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 47

48 Μια επιλογή των πρώτων υλών μπορεί να ανταποκρίνεται στα ακόλουθα κριτήρια: 1. Σταθερότητα στο χρόνο της αναλυτικής σύνθεσης, διότι ανεξέλεγκτες μεταβολές στο χρόνο επιδρούν στο ιξώδες και στην ομοιογένεια του γυαλιού με αρνητικές συνέπειες στην απόδοση παραγωγής. 2. Απουσία ανεπιθύμητων ακαθαρσιών και υλικών που περιέχουν χρωμοφόρα οξείδια, όπως Fe 2 O 3, Cr 2 O 3, NiO, CuO, και CoO, που χρωματίζουν το γυαλί, των οποίων η περιεκτικότητα πρέπει να είναι αυστηρά εντός των επιτρεπτών ορίων σε σχέση με το είδος παραγωγής γυαλιού. 3. Επίδραση που επιφέρουν στον αριθμό οξειδοαναγωγής του γυαλιού που επηρεάζει το χρώμα του τελικού προϊόντος, το βαθμό διάυγασης, την αφριστική συμπεριφορά της υαλόμαζας και τα αέρια εγκλείσματα σε αυτή. 4. Σταθερότητα των φυσικοχημικών χαρακτηριστικών, όπως μέγεθος, σχήμα, πυκνότητα και ποσοστό υγρασίας των κόκκων (κοκκομετρία), των οποίων ανεξέλεγκτες μεταβολές επηρεάζουν τη συμπεριφορά κατά τη φάση της μεταφοράς και της αποθήκευσης των πρώτων υλών και ευνοούν διαδικασίες διαχωρισμού των υλικών της ανάμιξης προς υαλοποίηση. 5. Το κόστος της κάθε πρώτης ύλης πρέπει να είναι οικονομικά το πλέον συμφέρον και η εύκολη διαθεσιμότητά της απαραίτητη προϋπόθεση για την επιλογή της. Μια εμπορική σύνθεση γυαλιού αποτελείται από μια ανάμιξη επτά έως δώδεκα συστατικών. Τα κύρια συστατικά είναι άμμος, μαρμαρόσκονη, δολομίτης, σόδα και άστριοι. Τα υπόλοιπα δευτερεύοντα συστατικά προστίθενται για να προσδώσουν στο γυαλί διάφορα ποιοτικά χαρακτηριστικά και αυτά είναι: α. Διαυγαστικά γυαλιού: θειικό νάτριο, νιτρικό νάτριο, χλωριούχο νάτριο, κλπ. β. Αποχρωστικά γυαλιού: σελήνιο, κοβάλτιο, διοξείδιο του μαγγανίου, έρβιο, δημήτριο, νεοδήμιο. γ. Χρωστικά γυαλιού: οξείδια ή άλατα του σιδήρου, κοβαλτίου, χρωμίου, νικελίου, μαγγανίου. δ. Οξειδοαναγωγικά στοιχεία όπως άνθρακας, καλουμίτης, θειικό νάτριο κλπ. (8) Στον ακόλουθο πίνακα παρατίθενται τα κύρια συστατικά για την παρασκευή γυαλιών νατρίου - ασβεστίου - πυριτίου. Ονομασία Κύρια Συστατικά (% w/w) στις α ύλες Άμμος Σόδα Ασβεστόλιθος Δολομίτης Άστριοι SiO 2 Na 2 CO 3 CaCO 3 CaCO 3 - MgCO 3 K 2 (Na 2 )O - Al 2 O 3-6SiO 2 Πίνακας 4.4.1: Κύρια συστατικά γυαλιού Na 2 O - CaO - SiO ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 48

49 Τα συστατικά αυτά καλύπτουν τις ανάγκες της υάλου σε δομικά, σταθεροποιητικά συστατικά και ρευστοποιητές (ευτηκτικές ουσίες). (9) (34) Στον παρακάτω πίνακα παρατίθενται τα δευτερεύοντα συστατικά για την παρασκευή γυαλιών νατρίου - ασβεστίου - πυριτίου, που είναι απαραίτητα για τον χρωματισμό, τον αποχρωματισμό και την επίτευξη των επιζητούμενων οξειδοαναγωγικών συνθηκών ανά περίπτωση. Ονομασία Κύρια Συστατικά (% w/w) στις α ύλες Καλουμίτης SiΟ 2, Al 2 O 3, CaO, CaS 1 5 Θειικό νάτριο Χρωμίτης Οξείδιο σιδήρου Άνθρακας Αποχρωστικά Na 2 SO 4 Cr 2 O 3 FeO Fe 2 O 3 C Se, Co Πίνακας 4.4.2: Δευτερεύοντα συστατικά γυαλιού Na 2 O - CaO - SiO 2. <1 0-0,6 0-0,3 0-0,3 0-0,0005 Επιπροσθέτως των ανωτέρων υλικών σε όλες τις αναμείξεις χρησιμοποιείται και γυαλί ανακύκλωσης ιδίου χρώματος. Ο ποιοτικός έλεγχος όλων των πρώτων υλών, όπως της άμμου, των ασβεστόλιθων και των αστρίων, είναι συνήθως αποτελεσματικός, εντούτοις το υαλόθραυσμα που χρησιμοποιείται ως ευτηκτικό είναι πολύ δύσκολο να καθαριστεί και να ελεγχθεί χημικά με ακρίβεια. Κατά τη διάρκεια της τήξης, οι πρώτες ύλες υπόκεινται σε μια σειρά μετατροπών που έχουν ως αποτέλεσμα να βρεθούν στο γυαλί στη μορφή οξειδίων. Για κάθε πρώτη ύλη πρέπει να είναι γνωστό ποια ποσότητα από αυτήν θα υπάρχει στο τελικό γυαλί σε μορφή οξειδίου. Ο λόγος μεταξύ της ποσότητας μιας πρώτης ύλης που βρίσκεται ως πραγματικό συστατικό ενός γυαλιού προς τη συνολική ποσότητα που εισήχθηκε από αυτήν προς τήξη ονομάζεται συντελεστής υαλοποίησης. Στον παρακάτω πίνακα φαίνονται οι θεωρητικοί συντελεστές υαλοποίησης για τον υπολογισμό της σύνθεσης ενός γυαλιού. (10) (34) Πρώτη Ύλη Άμμος Ανθρακική σόδα Μάρμαρο Δολομίτης Άστριος (Νεφελίνης) Χημικός Τύπος SiΟ 2 Na 2 CO 3 CaCO 3 MgCa(CO 3 ) 2 3Na 2 O K 2 O 4Al 2 O 3 Οξείδια Υαλοποίησης SiΟ 2 Na 2 O CaO MgO CaO SiO 2 Συντελεστής Υαλοποίησης 1,000 0,585 0,560 0,219 0,304 0,556 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 49

50 Θειικό νάτριο Καλουμίτης Χρωμίτης Οξείδιο σιδήρου 8SiΟ 2 Na 2 SO 4 2CaO MgO 2SiΟ 2 2CaO Al 2 O 3 2SiΟ 2 2(CaO SiO 2 ) Cr 2 O 3 FeO Al 2 O 3 Na 2 O K 2 O Na 2 O SO 3 SiΟ 2 Al 2 O 3 CaO MgO S 2- Cr 2 O 3 FeO Al 2 O 3 MgO Fe 2 O 3 0,239 0,079 0,088 0,437 0,563 0,370 0,107 0,375 0,112 0,008 0,460 0,260 0,154 0,103 1,000 Υαλόθραυσμα Fe 2 O 3 1,000 Πίνακας 4.4.3: Συντελεστές υαλοποίησης πρώτων υλών. Οι συστάσεις των γυαλιών νατρίου - ασβεστίου - πυριτίου εκφρασμένες σε οξείδια εμπεριέχονται στον ακόλουθο πίνακα χρησιμοποιώντας τους συντελεστές υαλοποίησης του παραπάνω πίνακα. Οξείδιο πυριτίου (SiΟ 2 ) Οξείδιο νατρίου (Na 2 O) Οξείδιο ασβεστίου (CaO) Οξείδιο μαγνησίου (MgO) Οξείδιο αργιλίου (Al 2 O 3 ) Οξείδιο καλίου (K 2 O) Χρωστικά κ.ά % % 9-12 % 0,2-3,5 % 1-4 % 0,3-1,5 % 0,1-0,5 % Πίνακας 4.4.4: Σύσταση γυαλιών Na 2 O - CaO - SiO 2. ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 50

51 4.5 ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗ ΓΥΑΛΙΟΥ Εικ : Γυάλινο μπουκάλι μπύρας. Τις τελευταίες δεκαετίες, η επιτακτική ανάγκη για αποτελεσματική προστασία του περιβάλλοντος και ορθολογική χρήση αποθεμάτων καυσίμων και ορυκτών οδήγησε τις αναπτυγμένες χώρες στη διεύρυνση της ανακύκλωσης πολλών προϊόντων όπως μετάλλου, χαρτιού, γυαλιού και πλαστικού. Περισσότερο από όλα τα άλλα υλικά, το γυαλί ανακυκλώνεται εύκολα και για απεριόριστο αριθμό επανατήξεων αρκεί να διατίθεται στους παραγωγούς χωρίς ξένες προσμίξεις. Η χρήση του ανακυκλωμένου υαλοθραύσματος στην υαλουργία έχει πολλά οφέλη, τα κυριότερα των οποίων είναι: 1. Εξοικονόμηση ορυκτών πόρων. Με τη χρήση του γυαλιού ανακύκλωσης απαιτούνται λιγότερες ποσότητες πρώτων υλών και συγκεκριμένα για κάθε τόνο υαλοθραύσματος εξοικονομούνται περισσότερο από ένας τόνος άμμου, σόδας και ασβεστόλιθου μαζί. Το γεγονός αυτό συμβάλλει σημαντικότατα στην προστασία του περιβάλλοντος. 2. Μείωση της κατανάλωσης ενέργειας και καυσίμων. Με τη χρήση υαλοθραύσματος στο μίγμα των πρώτων υλών μειώνεται αισθητά η απαιτούμενη ενέργεια για την τήξη της υαλόμαζας (η χαρακτηριστική δομή των πυριτικών τετραέδρων έχει ήδη δημιουργηθεί) με ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 51

52 αποτέλεσμα η τροφοδοσία 20% πρώτων υλών με 80% υαλοθραύσματος να αποδίδει εξοικονόμηση ενέργειας στο φούρνο της τάξης του 20%. 3. Βελτίωση της τήξης του γυαλιού, ειδικά εάν το μέγεθός του είναι ελεγχόμενο και το υαλόθραυσμα διακινείται χωριστά κάτω από την ανάμειξη και όχι αναμιγμένο μαζί της. Αντίθετα ψιλοτριμμένο υαλόθραυσμα (κάτω των 5 mm) μπορεί να είναι επιβλαβές στην διαδικασία τήξης. Αυτό οφείλεται στο ότι η σόδα αντιδρά με το υαλόθραυσμα νωρίτερα από ότι η άμμος με συνέπεια την καθυστέρηση της τήξης της πρώτης ύλης. 4. Αύξηση της διάρκειας λειτουργίας των υαλουργικών κλιβάνων. Αυτό οφείλεται στον βελτιωμένο ρυθμό τήξης, στις χαμηλότερες θερμοκρασίες τήξης, στην μειωμένη σκόνη από την ανάμιξη. Έχει εκτιμηθεί αύξηση του χρόνου ζωής των κλιβάνων κατά 10% με τη χρήση υαλοθραύσματος. 5. Περιορισμός της μόλυνσης του περιβάλλοντος. Η υποκατάσταση πρώτων υλών από υαλόθραυσμα μειώνει την εκπομπή σωματιδίων και την κατανάλωση καυσίμου με αποτέλεσμα τη μείωση της μόλυνσης της ατμόσφαιρας από αέριους ρύπους και την προστασία του περιβάλλοντος γενικότερα. 6. Μείωση του όγκου των στερεών απορριμμάτων. Μέσω προγραμμάτων ανακύκλωσης γυαλιού, μειώνεται ο κίνδυνος της επιβάρυνσης των δημοτικών απορριμμάτων, των δρόμων και των χωματερών με συνέπεια την αναβάθμιση της ποιότητας ζωής. (11-16) (34) Ο ΚΥΚΛΟΣ ΤΟΥ ΓΥΑΛΙΟΥ Ο κύκλος του γυαλιού στη σύγχρονη αγορά μπορεί να συνοψισθεί στο ακόλουθο σχήμα: ΟΡΥΚΤΕΣ Α ΥΛΕΣ ΥΑΛΟΥΡΓΙΕΣ ΥΑΛΟΘΡΑΥΣΜΑ ΕΠΑΝΑΓΕΜΙΖΟΜΕΝΕΣ ΦΙΑΛΕΣ ΠΟΛΛΑΠΛΩΝ ΧΡΗΣΕΩΝ ΚΑΤΑΝΑΛΩΤΕΣ ΕΝΑΛΛΑΚΤΙΚΑ ΠΡΟΙΟΝΤΑ ΚΕΝΤΡΑ ΔΙΑΛΟΓΗΣ ΥΛΙΚΩΝ ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗΣ Σχήμα 4.5.1: Ο κύκλος του γυαλιού. ΑΣΤΙΚΑ ΑΠΟΡΡΙΜΜΑΤΑ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 52

53 Από το παραπάνω σχήμα διαφαίνεται ότι πηγές υαλοθραύσματος είναι τα δίκτυα ανακύκλωσης των καταναλωτών στις πόλεις καθώς και τα αστικά απορρίμματα αυτά καθαυτά όταν υφίστανται κατάλληλες διεργασίες διαχωρισμού των αξιοποιήσιμων υλικών. Προς το παρόν η δεύτερη αυτή πηγή παραμένει ουσιαστικά αναξιοποίητη, αν και το κόστος διαχωρισμού του γυαλιού από τα απορρίμματα είναι μικρότερο του κόστους εξόρυξης και επεξεργασίας των πρώτων υλών. Εντούτοις, απαιτείται υψηλό κόστος επένδυσης, ενώ παράλληλα το υαλόθραυσμα που συγκεντρώνεται απευθείας από τους καταναλωτές είναι πολύ υψηλότερης καθαρότητας και υπερκαλύπτει τις δυνατότητες απορρόφησής του από τις υαλουργίες. Το γεγονός ότι σημαντικό κλάσμα του ανακυκλούμενου γυαλιού δεν πληρεί τις προδιαγραφές καθαρότητας των υαλουργιών και το γεγονός ότι σε πολλές περιπτώσεις οι διατιθέμενες ποσότητες υαλοθραύσματος υπερβαίνουν τη ζήτηση οδήγησε στη διεύρυνση του κατά πόσο είναι εφικτή η αξιοποίηση του απορριπτόμενου γυαλιού σε νέα εναλλακτικά προϊόντα. Χαρακτηριστική είναι η περίπτωση της Βρετανικής Ομοσπονδίας Υάλου, η οποία δραστηριοποιήθηκε προς την κατεύθυνση αυτή με αφορμή τον κορεσμό της Βρετανικής αγοράς σε πράσινο υαλόθραυσμα από τις συσκευασίες κρασιού και μπύρας. Ένα τέτοιο εναλλακτικό προϊόν είναι η λεγόμενη υαλάσφαλτος (glasphalt), η οποία χρησιμοποιείται στις Η.Π.Α. εδώ και 20 έτη για την κατασκευή πεζοδρομίων, χωρίς να υστερεί σε κανένα σημείο έναντι των παραδοσιακών υλικών. Το προϊόν αυτό δεν είναι παρά άσφαλτος στην οποία μέρος των χαλικιών και της άμμου έχει αντικατασταθεί από υαλόθραυσμα, ενώ έχει προστεθεί και υδράσβεστος, απαραίτητη για την συνεκτικότητα του υλικού. Στη Μ. Βρετανία κατασκευάζονται σε δοκιμαστικό στάδιο και δρόμοιο με υαλόθραυσμαστην άσφαλτο έως και 17%. Τα αποτελέσματα από πλευράς αντοχών είναι θετικά, αλλά το κόστος δεν μειώνεται σε σχέση με τα παραδοσιακά υλικά. (17) (34) Μια άλλη εφαρμογή είναι η χρήση λεπτοαλεσμένου υαλοθραύσματος ως ρευστοποιητή (fluxing agent) στην κατασκευή πλίνθων. Με προσθήκη έως και 10 % οι αντοχές δεν επηρεάζονται, ενώ η θερμοκρασία εψήσεως μειώνεται κατά 50 ο C. Αυτό το όφελοςισοσταθμίζει το κόστος της αλέσεως του γυαλιού που απαιτείται. Επίσης γυαλί μπορεί να χρησιμοποιηθεί και ως αδρανές συστατικό χωρίς να αλεσθεί, αλλά τότε θα πρέπει να έχει τιμή ανταγωνιστική της αργίλου των τούβλων (στην Αγγλία μόνο 1 ανά τόνο). Οι οικοδομές μπορούν όμως να απορροφήσουν υαλόθραυσμα και σε άλλες εφαρμογές. Το αλεσμένο γυαλί μειώνει το πορώδες και συνεπώς αυξάνει την αντοχή των κεράμων, δίνει χρώμα σε πλακίδια και μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε συνδυασμό με υλικά κατεδαφίσεων σε αφρώδη μονωτικά μπλοκ. Αντικαθιστώντας το μάρμαρο σε ένα υλικό επιστρώσεως δαπέδων που καλείται terrazzo και έχει ως βάση το τσιμέντο Portland, δίνει καλά αισθητικά αποτελέσματα με μικρότερο κόστος πρώτων υλών. Παρά ταύτα η τελική τιμή δεν διαφέρει σημαντικά σε σχέση με το terrazzo μαρμάρου λόγω του υψηλού κόστους ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 53

54 εγκατάστασης και για αυτόν το λόγο οι καταναλωτές δεν του δείχνουν ιδιαίτερη προτίμηση. Τέλος, εφαρμογές που μπορούν να απορροφήσουν υαλόθραυσμα χαμηλής καθαρότητας είναι η κατασκευή υαλοβάμβακα για χρήσεις μονώσεως και η υαλοποίηση ραδιενεργών ή άλλων αποβλήτων. ΤΟ ΚΑΘΕΣΤΩΣ ΤΗΣ ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗΣ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ Στην Ελλάδα, η ζήτηση φιαλών είναι της τάξεως των τόννων (στοιχεία 2000). Από αυτούς, τους κάλυπτε η εγχώρια παραγωγή και τους οι εισαγωγές(κυρίως από την Βουλγαρία). Η ζήτηση οικιακών σκευών από γυαλί (ποτήρια, βάζα, κλπ.) έφτανε τους τόνους εκ των οποίων οι εισάγονταν. Επίσης, αποκλειστικά εισαγωγές κάλυπταν τη ζήτηση των υαλοπινάκων ( τόνοι), με χώρες προέλευσης την Ιταλία, το Βέλγιο, την Τουρκία, την Ουγγαρία και την Ισπανία. (18) (34) Στον ελληνικό χώρο δραστηριοποιούνται οι ακόλουθες εταιρείες: Γιούλα Α.Ε., με έδρα το Αιγάλεω (ετήσια δυναμικότητα τόνοι φιαλών), Υαλουργία Κρόνος Α.Ε., με έδρα την Ελευσίνα (δυναμικότητα τόνων σκευών), Βαλαβάνης Υαλουργία Α.Ε., με έδρα τη Λάρισα (δυναμικότητα τόνων σκευών) Επίσης, εξάγονται συνολικά περίπου τόνοι φιαλών και τόνοι σκευών. Συνολικά ανακυκλώνεται το 26% της καταναλισκόμενης ποσότητας φιαλών ( τόνοι για το 2000). (19) (34) ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΛΕΥΚΟ ΠΡΑΣΙΝΟ ΚΑΦΕ ΑΛΛΟ ΣΥΝΟΛΟ Πίνακας 4.5.1: Παραγωγή στην Ελλάδα από το 1997 έως το ΑΝΑΚΎΚΛΩΣΗ(τόνοι υαλοθραύσματος) ΛΕΥΚΟ ΠΡΑΣΙΝΟ ΚΑΦΕ ΑΛΛΟ ΣΥΝΟΛΟ Πίνακας 4.5.2: Ανακύκλωση στην Ελλάδα από το 1997 έως το ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 54

55 Στην ελληνική αγορά το υαλόθραυσμα διατίθεται σε τιμές αρκετά χαμηλές ώστε να είναι επικερδής η συλλογή, επεξεργασία και χρησιμοποίησή του από τις υαλουργίες, όπως φαίνεται στον ακόλουθο πίνακα: Άμμος Σόδα Μάρμαρο Δολομίτης Νεφελοσυενίτης Καλουμίτης Θειικό νάτριο Οξείδιο σιδήρου Χρωμίτης Οπτάνθραξ Σελήνιο Οξείδιο κοβαλτίου Υαλόθραυσμα λευκό Υαλόθραυσμα πράσινο Υαλόθραυσμα καφέ Υαλόθραυσμα ανάμεικτο Πίνακας 4.5.3: Τρέχουσες τιμές πρώτων υλών (ευρώ / κιλό). Οι πρώτες ύλες για την παρασκευή ενός τόνου φιαλών κοστίζουν από έως ευρώ (αναλόγως χρώματος). Όταν οι διεργασίες εμπλουτισμού του υαλοθραύσματος είναι απλές όπως στην περίπτωση που το υαλόθραυσμα είναι αρκετά καθαρό και απαιτεί μαγνητικό διαχωρισμό μετάλλων, χειρωνακτικό καθαρισμό και θραύση, τότε το περιθώριο κέρδους είναι ιδιαιτέρως υψηλό. Πρέπει να ληφθεί υπ όψιν ότι όταν το υαλόθραυσμα χρησιμοποιείται σε πολύ υψηλά ποσοστά στις πρώτες ύλες, απαιτούνται πολύ υψηλές επενδύσεις σε εγκαταστάσεις και εξοπλισμό (εξελιγμένες συσκευές καθαρισμού και ειδικά σχεδιασμένοι φούρνοι). (20) (34) ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 55

56 4.6 ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΠΟΥ ΚΑΘΟΡΙΖΟΥΝ ΤΟ ΧΡΩΜΑ Εικ : Χρώμα γυάλινου μπουκαλιού. - Περιεκτικότητα χρωμοφόρων οξειδίων - Είδος και διακυμάνσεις κύριων συστατικών - Θερμοκρασία, χρόνος, και ατμόσφαιρα εψήσεως - Οξειδωτικά - αναγωγικά συστατικά πρώτων υλών Στον Πίνακα που ακολουθεί αναγράφεται μια σειρά συνήθων χρωμοφόρων οξειδίων και οι χρωματισμοί που προκαλούν στα γυαλιά νατρίου-ασβεστίου-πυριτίου. Τα γυαλιά αυτά συνιστούν τα σκεύη, τις φιάλες και τους υαλοπίνακες του εμπορίου. (21) (34) Χρωμοφόρα οξείδια Fe 2 O 3 FeO Cr 2 O 3 CrO 3 CuO Cu 2 O CoO MnO Mn 2 O 3 NiO Συνήθης χρωματισμός Κιτρινοπράσινο Γαλαζοπράσινο Πράσινο σκούρο Κίτρινο Γαλάζιο (τυρκουάζ) Κόκκινο Μπλε Ανοικτό κίτρινο Ιώδες (βιολετί) Καφεπράσινο ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 56

57 SeO 2 Συνδυασμοί οξειδίων Mn - Fe Συνδυασμοί οξειδίων Fe - Cr - Cu - Co Ροζ με καφέ σκιές Καφεκίτρινα χρώματα Γαλαζοπράσινα πολλών αποχρώσεων Πίνακας 4.6.1: Χρωμοφόρα οξείδια και οι χρωματισμοί που προκαλούν στα γυαλιά Na 2 O - CaO - SiO 2. SiO 2 Al 2 O 3 Na 2 O K 2 O CaO MgO SO 3 Fe 2 O 3 Cr 2 O 3 ΛΕΥΚΑ ΠΡΑΣΙΝΑ ΚΑΦΕ 69,40-71,60 1,40-2,20 11,90-14,5 0,30-0,60 9,60-10,70 2,40-3,10 0,10-0,40 0,20-0,40 0,20-0,30 69,30-72,00 1,30-2,20 11,70-14,0 0,40-0,70 9,70-11,70 1,70-3,20 0,30-0,60 0,05-0,09-70,20-72,20 1,6-2,10 12,30-14,3 0,40-0,80 9,50-11,20 2,30-2,90 0,03-0,11 0,20-0,50 0,01-0,10 Πηγή: ΓΙΟΥΛΑ Α.Ε. Πίνακας 4.6.2: Διακυμάνσεις συστάσεως γυαλιών νατρίου - ασβεστίου - πυριτίου (soda - lime - silica glasses) Εκτός από τη χημική σύσταση, σημαντικό ρόλο στο χρωματισμό του γυαλιού παίζει και η επίδραση του φούρνου εψήσεως (θερμοκρασία, διάρκεια κι ατμόσφαιρα εψήσεως). Το είδος του καυσίμου, η γωνία της φλόγας, η θερμοκρασία της φλόγας και ο ρυθμός εκροής προϊόντος μπορούν να οδηγήσουν σε σημαντικές χρωματικές διακυμάνσεις. Τα οξειδωτικά και αναγωγικά συστατικά παίζουν τόσο σημαντικό ρόλο όσο σχεδόν και τα ίδια τα χρωμοφόρα οξείδια, εφόσον καθορίζουν περισσότερο από οτιδήποτε άλλο το οξειδοαναγωγικό περιβάλλον μέσα στην υαλόμαζα την ώρα της εψήσεως. Στη βιομηχανική πρακτική τρία είναι τα συστατικά που κατέχουν το ρόλο αυτό: - Το θειικό νάτριο Na 2 SO 4 (salt cake), περιορίζει τον αφρισμό του υαλοτήγματος και συντελεί θετικά στη διαύγαση του τελικού προϊόντος. Εκτός αυτών όμως ασκεί και μια σημαντική οξειδωτική επίδραση στο υαλότηγμα. -Ο άνθρακας (carbon) είναι το πλέον απαραίτητο συστατικό για την επίτευξη αναγωγικών συνθηκών και κατ επέκταση για τη δημιουργία του καφέ χρώματος. - Ο καλουμίτης (calumite slag) περιέχει κυρίως τα οξείδια CaO, SiO 2, Al 2 O 3, MgO και έχει ευνοική επίδραση στην έψηση και τη διαύγαση του γυαλιού. Η αναγωγική του δράση είναι πολύ ήπια σε σχέση με αυτή του άνθρακα και οφείλεται στα ιόντα S 2- που περιέχει υπό μορφή CaS. Για τις ακόλουθες χαρακτηριστικές συστάσεις παρτίδων λευκού, πράσινου και καφέ γυαλιού, υπολογίζονται οι αναμενόμενοι αριθμοί οξειδοαναγωγής: ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 57

58 ΣΥΣΤΑΤΙΚΟ ΛΕΥΚΟ ΠΡΑΣΙΝΟ ΚΑΦΕ Άμμος Σόδα Μάρμαρο Δολομίτης Νεφελοσυενίτης Καλουμίτης Θειικό νάτριο Χρωμίτης Σκωρία σιδήρου Άνθρακας Αποχρωστικά 57,5 19,4 13,4 4,4 3,0 1,6 0, , ,5 19,4 12,0 4,4 3,4 2,0 0,6 0, ,4 19,0 12,8 4,7 3,2 2,0 0,4 0,1 0,25 0,15 - Πίνακας 4.6.3: Αριθμοί οξειδοαναγωγής για τις αντίστοιχες συστάσεις παρτίδων λευκού, πράσινου και καφέ γυαλιού. ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΩΝ ΧΡΩΜΟΦΟΡΩΝ ΟΜΑΔΩΝ ΣΙΔΗΡΟΥ, ΧΡΩΜΙΟΥ ΚΑΙ ΘΕΙΟΥ ΣΤΟ ΧΡΩΜΑ ΤΟΥ ΓΥΑΛΙΟΥ Γενικά για το σίδηρο Τα δυο βασικά οξείδια του σιδήρου είναι το FeO και το Fe 2 O 3 και η ένωσή τους FeO Fe 2 O 3 Fe 3 O 4. Οι ενώσεις του σιδήρου, όπως ο χλωριούχος σίδηρος και ο θειικός σίδηρος, είναι περίπου φυσιολογικές και μπορούν εύκολα να οξειδωθούν σε ατμοσφαιρικό οξυγόνο. Όταν το υδροξείδιο του σιδήρου είναι καθαρό είναι λευκό, αλλά οξειδώνεται γρήγορα με οξυγόνο και γίνεται περίπου μαύρο. Στο γυαλί, τα ιόντα του δισθενούς σιδήρου δίνουν ένα καθαρό μπλε χρώμα το οποίο οξειδώνεται εύκολα και μετατρέπεται σε μπλε - πράσινο των μιγμάτων του δισθενούς και τρισθενούς σιδήρου. Καθώς όλο και περισσότερος σίδηρος οξειδώνεται το χρώμα μετατρέπεται σε κίτρινο - πράσινο και τελικά σε συνθήκες πλήρους οξείδωσης σε κίτρινο - καφέ. Το ιόν σιδήρου στο γυαλί εμφανίζεται σε διάφορες μορφές, ανάλογα με τον χαρακτήρα του γυαλιού και την παρουσία άλλων ιόντων. Υπάρχει μια άχρωμη κατάσταση που προωθείται από την παρουσία του φωσφόρου, μια κίτρινη μορφή από την παρουσία του χλωρίου και αλουμινίου στο γυαλί και μια κόκκινη - καφέ κολλοειδής μορφή. Καθώς το μπλε του ιόντος σιδήρου ακολουθεί το νόμο του Beer, εάν υπάρχει άλλο ιόν σιδήρου στο γυαλί εμφανίζεται μια διαταραχή μεταξύ του δισθενούς και τρισθενούς σιδήρου και παράγεται το πράσινο χρώμα. (22,23) (34) Η επίδραση της συγκέντρωσης σιδήρου Το κύρος ή όχι του νόμου του Beer, δηλαδή η άμεση σχέση μεταξύ της απορρόφησης του φωτός και της συγκέντρωσης του σιδήρου έχει ιδιαίτερο ενδιαφέρον για αυτούς που ασχολούνται με τον αποχρωματισμό του γυαλιού. Προσδιορίζει αν είναι εφικτό ή όχι να μελετηθεί η συμπεριφορά του σιδήρου στο γυαλί χρησιμοποιώντας υψηλότερες συγκεντρώσεις και εφαρμόζοντας τα αποτελέσματα σε χαμηλότερες συγκεντρώσεις σε γυαλιά που αποχρωματίζονται κανονικά στην πράξη. Ο νόμος του Beer υποδηλώνει ότι η ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 58

59 απορρόφηση του φωτός από διαλύματα ή γυαλιά για ένα πάχος d, ενός επίπεδου στρώματος εξαρτάται από την συγκέντρωση c, του χρώματος σε αυτό το στρώμα: I d = I e -k c d όπου k προσδιορίζεται ως συντελεστής μοριακής απορρόφησης ανάλογα με το μέσο χρωματισμού. Συμπερασματικά, με την αύξηση του ποσού του οξειδίου του σιδήρου τα γυαλιά γίνονται πιο ρευστά και σχηματοποιούνται πιο εύκολα. Σε επτά διαφορετικά δείγματα τήγματος γυαλιού το περιεχόμενο οξείδιο του σιδήρου αυξήθηκε συστηματικά από 0,5 έως 7 τοις εκατό, με αποτέλεσμα την αλλαγή του χρώματος από φωτεινό σε σκούρο πράσινο, ενώ το γυαλί με τη μεγαλύτερη περιεκτικότητα σιδήρου ήταν πράσινο - καφέ. Αριθμός δείγματος Αναλογία mol Fe 2 O 3 / Na 2 O 3SiO 2 % Fe 2 O 3 στο ολικό Fe Χρώμα ,01 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0, Ανοιχτό πράσινο Ανοιχτό πράσινο Ανοιχτό πράσινο Κιτρινοπράσινο Σκούρο πράσινο Καφέ πράσινο Πράσινο καφέ Πίνακας 4.6.4: Σύσταση και χρώμα των επτά δειγμάτων. Το χρώμα των ενώσεων χρωμίου Η χρήση του χρωμίου και των ομάδων του στο χρωματισμό των γυαλιών αρχίζει από την αρχή του 19 ου αιώνα. Το χρώμιο ανακαλύφθηκε το 1795 και το όνομά του προέρχεται από την ελληνική λέξη χρώμα το οποίο οφείλεται στο ότι οι ομάδες χρωμίου έχουν χρώμα και χρησιμοποιούνται ευρέως για την παραγωγή πηγμέντων. Προτού χρησιμοποιηθεί το χρώμιο, τη θέση του είχε το οξείδιο του σιδήρου για την παραγωγή γυαλιού σκούρου πράσινου χρώματος. Πιο έντονα χρώματα μπορούσαν να παραχθούν από το συνδυασμό κοβαλτίου, μπλε με κίτρινο. Γυαλιά πλούσια σε οξείδιο του μολύβδου μπορούν να παραμείνουν πράσινα με την προσθήκη ενώσεων χαλκού. Οι ενώσεις του χρωμίου που έχουν ενδιαφέρον στο γυαλί και τα κεραμικά προέρχονται από το τρισθενές και εξασθενές χρώμιο. Το Cr 2 O 3 είναι το πιο σταθερό οξείδιο. Δίνει γκρι - πράσινη σκόνη σε επαφή με την ατμόσφαιρα. Η φύση του χρώματος του χρωμίου στο γυαλί Το 1901 έγινε η πρώτη συστηματική έρευνα για το χρώμα των γυαλιών χρωμίου. Τα γυαλιά χρησιμοποιήθηκαν ως τήγματα κάτω από τις ίδιες οξειδωτικές συνθήκες. Δεν παρατηρήθηκε μεγάλη διαφορά στην απορρόφηση φωτός στα διάφορα δείγματα. Το 1923 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 59

60 εξετάσθηκε όχι μόνο η επίδραση του γυαλιού αλλά και οι οξειδωτικές ή αναγωγικές συνθήκες. Σε αρκετά τήγματα, το συμπέρασμα ήταν ότι προσθέτοντας χρώμιο σε μορφή χρωμίτη ή διχρωμίτη παράγονται κιτρινοπράσινα γυαλιά. Το τρισθενές χρώμιο, ειδικά σε παρουσία αναγωγικών παραγόντων, παρήγαγε σμαραγδοπράσινα χρώματα. Η τήξη των γυαλιών χρωμίου Αν πρόκειται σε ένα γυαλί ή υαλόμαζα να προσθέσουμε χρώμιο, πρέπει να λάβουμε υπ όψιν μας τη διαλυτότητά του. Το οξείδιο του χρωμίου παρουσιάζει ομοιότητες με το κορούνδιο. Στο τήγμα, το χρωμικό οξείδιο μπορεί να σχηματίσει χρωμίτη όταν κατάλληλοι αλκαλικοί και οξειδωτικοί παράγοντες είναι παρόντες. Ο H. Jebsen-Marwedel αναφέρει τις επιπτώσεις του οξειδίου του χρωμίου στην κατασκευή των πράσινων μπουκαλιών. Εάν η συγκέντρωση του χρωμίου που απαιτείται δεν είναι αρκετά υψηλή ένα διάλυμα χρωμικού καλίου φαίνεται να δίνει τα καλύτερα αποτελέσματα. Με σκοπό την παραγωγή ενός λαμπερού σμαραγδοπράσινου χρώματος και προκειμένου να αποφύγουμε την κίτρινη χροιά, η προσθήκη αναγωγικών παραγόντων As 2 O 3 ή Sb 2 O 3 είναι απαραίτητη. Όλα τα γυαλιά χρωμίου, οξειδωτικά ή αναγωγικά, έχουν μεγάλη εκπομπή στην κόκκινη περιοχή του φάσματος. Το χρώμιο βέβαια δεν πρέπει ποτέ να χρησιμοποιείται ως κύριο μέσο χρωματισμού στα πράσινα γυαλιά. Το κύριο μέσο χρωματισμού πρέπει να είναι πάντα ο χαλκός. Το χρώμιο μπορεί να προστεθεί σε γυαλί χαλκού μόνο σε μικρά ποσά με σκοπό να ρυθμίσει το χρώμα. Το θείο στη παραγωγή καφέ γυαλιού Το θείο είναι το στοιχείο κλειδί για την παραγωγή καφέ γυαλιού. Πολλές καφέ φιάλες έχουν καφετίζον χρώμα το οποίο ονομάζεται κοινώς καφέ φιάλη μπύρας (beer-bottle brown). Αυτό το χρώμα δημιουργείται στα γυαλιά που περιέχουν σίδηρο και θείο. Ο άνθρακας χρησιμοποιείται στην ανάμειξη ως αναγωγικός παράγοντας για να εξασφαλίσει την παρουσία των θειούχων ιόντων. Ένα μοντέλο προτείνει ότι ο καφέ χρωματισμός οφείλεται στο Fe 3+ ιόν σε τετραεδρικό σχήμα με τρία ιόντα O 2- και ένα S 2+. (24-28) (34) Ο έλεγχος του καφέ χρώματος στα εμπορικά γυαλιά είναι δύσκολος. Η χρωστική ουσία, ή χρωμοφόρο, περιλαμβάνει και την οξειδωτική μορφή του σιδήρου και την αναγωγική μορφή του θείου. (29 ) (34) Αυτές οι μορφές μπορεί να συνυπάρξουν σε ένα τήγμα μόνο σε μια περιορισμένη περιοχή μερικής πίεσης του οξυγόνου. (30) (34)Από τη στιγμή που η ένταση του χρώματος αλλάζει με τη μερική πίεση του οξυγόνου, η αναπαραγωγή του χρώματος είναι εξαιρετικά δύσκολη. Η μερική πίεση του οξυγόνου συνήθως ελέγχεται από τη μεταβολή της ποσότητας άνθρακα που προστίθεται στην ανάμιξη ή από τον έλεγχο της οξειδοαναγωγικής κατάστασης στο σύστημα καύσης. Στις αναμίξεις που περιέχουν και υαλόθραυσμα με προσθήκη θειικού νατρίου και οργανικών υλών ή άνθρακα, διοξείδιο του θείου μπορεί να παραχθεί σε θερμοκρασία περίπου 900 ο C και που οφείλεται στην γρήγορη αποσύνθεση του θειικού νατρίου από τις ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 60

61 αναγωγικές ουσίες. Επίσης η αναγωγική ισχύς των οργανικών συστατικών ή του άνθρακα δύναται να παράγει θειούχα αντί θειικών. Κατ αυτόν τον τρόπο το θείο χάνεται η μετατρέπεται σε μια διαφορετική οξειδωτική κατάσταση. Οι αντιδράσεις των θειικών μπορούν να προκληθούν από αναγωγικά αέρια από την ατμόσφαιρα του κλιβάνου. Όλες αυτές οι διαδικασίες θα καθορίσουν το κατακρατηθέν θείο στο υαλότηγμα. (31-33) (34) ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 61

62 5 ΥΠΑΡΧΟΥΣΕΣ ΜΕΛΕΤΕΣ 5.1 Η ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΟΥ ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΙΜΟΥ ΓΥΑΛΙΟΥ ΣΤΙΣ ΦΥΣΙΚΕΣ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΩΝ ΤΟΥΒΛΩΝ Προηγούμενες μελέτες αναφέρουν ότι γυάλινα απορρίμματα μπορούν να χρησιμοποιηθούν βοηθώντας στη μείωση της θερμοκρασίας όπτησης κεραμικών αντικειμένων. Έτσι, η χρήση απορριμμάτων γυαλιού μπορεί να είναι ένας εναλλακτικός τρόπος εξοικονόμησης ενέργειας κατά την διαδικασία παραγωγής και ταυτόχρονα μείωσης του κόστους κατασκευής. Επιπλέον, χρησιμοποιώντας γυάλινα απορρίμματα στο μίγμα, μπορεί να προκληθεί υαλοποίηση, με αποτέλεσμα υψηλότερη πυκνότητα, μικρότερη απορρόφηση νερού και χαμηλότερη συρρίκνωση κατά την διαδικασία στεγνώματος (Topcu and Canbaz, 2004 and Rambaldi et al., 2007). (35) Ο Tucci και η ομάδα του (2004) έχουν δείξει τα οφέλη από την προσθήκη τριμμάτων γυαλιού με κύρια συστατικά νάτριο - ασβέστιο - πυρίτιο σε ένα μείγμα πλακιδίων πορσελάνης, η οποία απαιτεί συνήθως υψηλές θερμοκρασίες ψησίματος. Η μελέτη έδειξε ότι η αντικατάσταση με 10% κατά βάρος με αυτόν τον τύπο γυαλιού οδήγησε σε καλύτερα μηχανικά χαρακτηριστικά. Οι Luz και Ribeiro (2007) ανέφεραν επίσης ότι η χρήση σκόνης γυαλιού σε κεραμικό μίγμα για την κατασκευή των πλακιδίων πορσελάνης, επιτάχυναν τη διαδικασία πύκνωσης. Τα αποτελέσματα έδειξαν καλές μηχανικές και φυσικές ιδιότητες με μικρές ποσότητες προσθήκης σκόνης γυαλιού. Οι Chawakitchareon και Tiansiri (2008) απέδειξαν ότι θραύσματα γυαλιών από καφέ γυάλινα μπουκάλια θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν εξ ολοκλήρου για να αντικαταστήσουν τoν παραδοσιακό άστριο, προκειμένου να μειωθεί η θερμοκρασία όπτησης στην παραγωγή κεραμικών πλακιδίων. Απορρίμματα γυαλιού από τις οθόνες Η/Υ και τις τηλεοράσεις καθιστούν επίσης εφικτή την κατασκευή τούβλων και κεραμιδιών. Πρόσφατη έρευνα (Dondi et al., 2009) έδειξε ότι τα εν λόγω απόβλητα συμπεριφέρθηκαν ως ένας παράγοντας μείωσης της πλαστικότητας σε άψητο πηλό και ως ένας υποκινητής πυροσυσσωμάτωσης κατά την όπτηση. Ο κύριος στόχος της παρούσας μελέτης ήταν η διερεύνηση της δυνατότητας εφαρμογής της χρήσης γυάλινων απορριμμάτων σε κεραμικά μίγματα για την κατασκευή των τούβλων. Οι επιδράσεις της θερμοκρασίας ψησίματος και το περιεχόμενο γυαλιού στο μίγμα πηλού συζητήθηκαν με αναφορά στις φυσικές-μηχανικές ιδιότητες και τη μικροδομή. (35) Στο πείραμα χρησιμοποιήθηκε ανακυκλώσιμο γυαλί από τζάμια και πηλός από τοπικές πηγές. Στον Πίνακα βλέπουμε την χημική σύνθεση των πρώτων υλών. Το ανακυκλώσιμο γυαλί αλέθεται και κοσκινίζεται σε διαστάσεις που κυμαίνονται μεταξύ 75- ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 62

63 1000μm. Τα μίγματα με διάφορες αναλογίες από σκόνη γυαλιού (0, 15, 30 και 45 wt.%) και πηλού (αναφέρεται ως 0G, 15G, 30G, and 45G) διεξήχθησαν σε παρτίδες και παρασκευάστηκαν τουλάχιστον από έξι δείγματα για κάθε παρτίδα. Κατασκευάστηκαν τούβλα που περιείχαν 5 wt.% φλοιό ρυζιού (5R) ως αναφορά Τα δοκίμια παρασκευάστηκαν αναμιγνύοντας τα υλικά (σκόνη γυαλιού, φλοιοί ρυζιού και πηλός) σε διαφορετικές αναλογίες. Προστέθηκε νερό, σε ποσότητα 30 wt.%. βάσει του συνολικού βάρους, για να ενωθεί το μίγμα πηλού. Το εμποτισμένο μίγμα στη συνέχεια ανακατεύεται μηχανικά και ζυμώνεται με τα χέρια. Μετά το ζύμωμα, ο πηλός σχηματοποιήθηκε σε ξύλινα καλούπια. Τα τούβλα απομακρύνθηκαν από τα καλούπια περίπου μία ημέρα μετά την χύτευση και αφέθηκαν να στεγνώσουν στον αέρα μέχρι να επιτευχθεί σταθερό βάρος. Τα στεγνά τούβλα στη συνέχεια ψήνονται σε ηλεκτρικό κλίβανο σε μέγιστες θερμοκρασίες o C. (35) Σύνθεση % κατά βάρος πηλός % κατά βάρος γυαλί MgO Al 2 O 3 SiO 2 K 2 O CaO TiO 2 Fe 2 O 3 Na 2 O P2O5 CuO SrO MnO Cr 2 O 3 V 2 O < < Πίνακας 5.1.1: Το μέγεθος των κόκκων γυαλιού είναι μm και οι θερμοκρασίες ψησίματος είναι ο C. ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 63

64 Εικ : SEM μικρογραφίες τούβλων με 30% κατά βάρος γυαλί σε διαφορετικές θερμοκρασίες. Στην Εικ παρατηρούμε τις μικρογραφίες τούβλων που περιέχουν 30% υαλόθραυσμα και έχουν ψηθεί σε τρεις διαφορετικές θερμοκρασίες. Καθώς η θερμοκρασία ψησίματος αυξάνεται, τα σωματίδια γυαλιού τελικά λιώνουν και συνδέονται με τον πηλό, μειώνοντας το συνολικό πορώδες και ως εκ τούτου αυξάνοντας την πυκνότητα των τούβλων. Επιπλέον, παρατηρήθηκε ότι τα σωματίδια γυαλιού ήταν πιθανόν να ωθηθούν προς τις επιφάνειες όλων των τούβλων, όπου σχηματίζονται ή συσσωρεύονται σε μεγαλύτερα σωματίδια. Κατά την θερμοκρασία ψησίματος 1200 C, τα τούβλα ήταν ακανόνιστα σε σχήμα με ένα λεπτό στρώμα λιωμένου γυαλιού που επικαλύπτει τις επιφάνειες. Με βάση αυτά τα αποτελέσματα, η βέλτιστη θερμοκρασία ψησίματος 1100 C επελέγη για περαιτέρω διερεύνηση. (35) ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 64

65 Διάγραμμα 5.1.1: Φυσικές ιδιότητες των τούβλων που περιέχουν τρίμματα γυαλιού / φλοιούς ρυζιού σε θερμοκρασία ψησίματος 1100 C. Μεταξύ των τούβλων που περιέχουν υαλόθραυσμα, το ποσοστό της γραμμικής συρρίκνωσης μειώθηκε καθώς η ποσότητα ανακυκλώσιμου γυαλιού που προστέθηκε στο μίγμα αυξήθηκε. Η γραμμική συρρίκνωση είναι, συνήθως, ένας σημαντικός παράγοντας για τον καθορισμό του βαθμού πύκνωσης κατά την όπτηση. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι τα τούβλα ήταν πολύ πορώδη όταν προστέθηκε ένα σημαντικό ποσό υαλοθραύσματος (> 30 wt.% γυαλί). Ομοίως, η απορρόφηση ύδατος ήταν σχεδόν αμετάβλητη όταν μια μικρή ποσότητα ανακυκλώσιμου γυαλιού προστέθηκε στο μίγμα για τη δημιουργία τούβλου, αλλά μόλις η αύξηση ξεπέρασε το 30 wt.%, οι τιμές αυξήθηκαν δραστικά (Διάγραμμα 5.1.1). Μια μεγάλη αύξηση στην ικανότητα απορρόφησης νερού για τα τούβλα που περιέχουν ανακυκλώσιμο γυαλί, υψηλότερη από 30 wt.% θα μπορούσε να αποδοθεί στην αύξηση του ποσού των ανοιχτών πόρων, που προκαλείται από έναν αριθμό γυάλινων σωματιδίων που βγαίνουν έξω, επάνω στην επιφάνεια του τούβλου. Οι φάσεις υαλοποίησης ωστόσο, προκαλούν τον ψημένο πηλό για να συντηχθούν μαζί. Τα τούβλα που περιέχουν ανακυκλώσιμο γυαλί, κατά συνέπεια, έγιναν πυκνότερα με την αύξηση της περιεκτικότητας σε γυαλί. Το αποτέλεσμα αυτό πειραματικά επαληθεύτηκε από τη μείωση ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 65

66 της χύδην (bulk) πυκνότητας και την αύξηση της φαινομενικής πυκνότητας μεταξύ του υαλοθραύσματος των 30 wt.% και εκείνο των 45 wt.%. Παρ 'όλα αυτά, τα τούβλα που περιέχουν ανακυκλώσιμο γυαλί έως 30 wt.% βρέθηκαν να έχουν απορρόφηση ύδατος τόσο χαμηλά όσο 2-3%, το οποίο είναι πολύ λιγότερο από τα τούβλα που περιέχουν 5 wt.% φλοιό ρυζιού (5R). Σε σχέση με τις μηχανικές ιδιότητες (Διάγραμμα 5.1.2), τα ιστογράμματα έδειξαν ότι η αντοχή των τούβλων εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την ποσότητα του υαλοθραύσματος. Τόσο η αντοχή σε θλίψη όσο και η αντοχή σε κάμψη των δειγμάτων μειώθηκε με την αύξηση του υαλοθραύσματος. Παρ 'όλα αυτά, η αντοχή σε θλίψη σε όλες τις αναλογίες ήταν πολύ μεγαλύτερη από ό, τι στα τούβλα που περιέχουν 5 wt.% φλοιούς ρυζιού. Οι τιμές ήταν αποδεκτές και κατάλληλες για ορισμένες εφαρμογές όπως τούβλα. Σύμφωνα με το ASTM C902 (1992)*, η ελάχιστη απαιτούμενη αντοχή σε θλίψη ενός τούβλου είναι 17,2 έως 20,7 MPa ( psi). Με βάση τα ανωτέρω αποτελέσματα, βέλτιστος συνδυασμός των ιδιοτήτων αποφασίστηκε για τα τούβλα που περιέχουν wt.% υαλοθραύσματος, ψημένα στους 1100 C. Για αυτούς τους τύπους τούβλων επετεύχθη MPa αντοχή σε θλίψη.(35) Διάγραμμα 5.1.2: Μηχανικές ιδιότητες των τούβλων που περιέχουν τρίμματα γυαλιού / φλοιούς ρυζιού σε θερμοκρασία ψησίματος 1100 C. * Standard Specification for Pedestrian and Light Traffic Paving Brick ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 66

67 Η εικόνα δείχνει τις μικρογραφίες SEM των ψημένων τούβλων με διαφορετικές περιεκτικότητες σε ανακυκλώσιμο γυαλί. Από το σχήμα, η υαλώδης φάση* κατανεμήθηκε ομοιόμορφα στο σώμα του πηλού. Η αύξηση της περιεκτικότητας σε υαλόθραυσμα προκάλεσε αύξηση των υαλωδών φάσεων στα τούβλα. Οι κρυσταλλικές φάσεις που προσδιορίζονται στα τούβλα που περιέχουν 0-30 wt.% υαλόθραυσμα και ψήνονται στους 1100 C παρουσιάζονται στο Διάγραμμα Οι εικόνες έδειξαν την παρουσία νέων φάσεων, το ποσό των οποίων αυξάνεται με την αύξηση του ποσοστού υαλοθραύσματος. Αυτές οι νέες φάσεις προσδιορίστηκαν να είναι χριστοβαλίτη και αλβίτη. Ο σχηματισμός της φάσης μουλίτη σε υψηλή θερμοκρασία ψησίματος οφειλόταν σε μετασχηματισμό φάσης του καολινίτη. Οι μικρότερες εντάσεις φάσεων μουλίτη με 15 και 30 wt.% υαλοθραυσματος σε τούβλα, σε σύγκριση με τον ψημένο απλό πηλό, ήταν λόγω της χαμηλότερης περιεκτικότητας σε αλουμίνα. (35) Διάγραμμα 5.1.3: Μοντέλο XRD. (a) πηλός ως πρώτη ύλη και τούβλα ψημένα στους 1100 C (b) 0 wt.% (c) 15 wt.% γυαλί και (d) 30 wt.% γυαλί. Q - χαλαζίας, M - μουλίτης, Cr - χριστοβαλίτης, A - αλβίτης, Mu - μοσχοβίτης και K καολινίτης * Υαλώδεις φάσεις - Αυτές οι φάσεις δρουν καταλυτικά ως μέσα αντίδρασης στο συνολικό κεραμικό υλικό καθώς διευκολύνουν τη διάχυση των σωματιδίων με αποτέλεσμα τη μείωση της απαιτούμενης θερμοκρασίας για πυροσυσσωμάτωση. Κατά τη διάρκεια της πυροσυσσωμάτωσης οι υαλώδεις φάσεις μαλακώνουν και τήκονται σε θερμοκρασίες αρκετά πιο κάτω από τη θερμοκρασία τήξης των κρυσταλλικών φάσεων (που αποτελούν την πλειονότητα του μίγματος), με συνέπεια να γεμίζουν τους πόρους του κεραμικού, άρα να μειώνεται ο βαθμός πορώδους και έτσι να βελτιώνονται οι μηχανικές ιδιότητες του υλικού (μεγαλύτερη αντοχή). Το τήγμα του γυαλιού μπορεί να αντιδράσει με το κρυσταλλικό κεραμικό και μετά την ψύξη του υλικού σχηματίζει μια υαλώδη μήτρα που δρα ως συνδετικό για τα σωματίδια του κεραμικού στο σύνολό τους. Η όλη διαδικασία είναι γνωστή ως υαλοποίηση. ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 67

68 Εικ 5.1.2: SEM μικρογραφίες τούβλων σε θερμοκρασία ψησίματος 1100 C. Μια ενδιαφέρουσα παρατήρηση (Εικ ), όπως αναφέρθηκε προηγουμένως σε αυτή τη μελέτη, ήταν ότι τα σωματίδια γυαλιού ήταν πιθανόν να ωθηθούν προς τις επιφάνειες όλων των τούβλων. Ο βαθμός συσσώρευσης γυαλιού στις επιφάνειες των τούβλων αυξήθηκε με την ποσότητα του προστιθέμενου υαλοθραύσματος και τη θερμοκρασία ψησίματος. Ένα προκαταρκτικό πείραμα έδειξε ότι με μικρότερο μέγεθος σωματιδίων γυαλιού, το πρόβλημα αυτό μπορεί να αποφευχθεί. (35) ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 68

69 Εικ : Κεραμικά τούβλα ψημένα στους 1100 ο C. (a) 15 % κατά βάρος υαλόθραυσμα (b) 45% κατά βάρος υαλόθραυσμα Με βάση τα αποτελέσματα αυτής της μελέτης, είναι εφικτό να χρησιμοποιηθεί ανακυκλώσιμο γυαλί στο μίγμα για την κατασκευή τούβλων. Ανακυκλώσιμο γυαλί μπορεί να αναμιχθεί με πηλό σε διαφορετικές αναλογίες για την παρασκευή καλής ποιότητας τούβλα. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι, με την κατάλληλη θερμοκρασία ψησίματος 1100 C, το υαλόθραυσμα μέχρι 30 wt.% δεν έχει βλαβερές επιπτώσεις στις ιδιότητες των τούβλων, και τούβλα παρασκευασμένα με wt.% ήταν σε θέση να πληρούν τις ελάχιστες απαιτήσεις σε ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών, ακόμη και σε ορισμένες κατασκευές που φέρουν φορτία. Η αντοχή σε θλίψη και η αντοχή σε κάμψη των τούβλων μειώθηκε καθώς η περιεκτικότητα υαλοθραύσματος αυξήθηκε. Ωστόσο, καθώς προστέθηκε περισσότερο ανακυκλώσιμο γυαλί σε υψηλό ποσοστό όπως 45 wt.%, η απορρόφηση του νερού και το πορώδες των τούβλων αυξήθηκαν σημαντικά. (35) ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 69

70 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΓΙΑ ΤΗΝ ΧΡΗΣΗ ΥΑΛΟΘΡΑΥΣΜΑΤΟΣ ΣΤΟΝ ΠΗΛΟ Πλεονεκτήματα (+) - Ο πηλός με το υαλόθραυσμα δίνουν ομοιογενές αποτέλεσμα με την κατάλληλη κοκκομετρία και σε κατάλληλη θερμοκρασία. - Το υαλόθραυσμα μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε ποσοστό έως 45% βάσει των υπαρχόντων μέσων παραγωγής έχοντας καλύτερη απόδοση μεταξύ % wt υαλοθραύσματος. - Ήδη χρησιμοποιείται σε τούβλα από καφέ πηλό. - Μειώνει τη θερμοκρασία τήξης οπότε ενισχύονται οικονομικά οφέλη. - Αυξάνεται η απορρόφηση του νερού και το πορώδες των τούβλων. - Η ανακύκλωση του γυαλιού είναι η σημαντικότερη επιτυχία του κράματος. Μειονεκτήματα (-) - Το μέγεθος των κόκκων υάλου φτάνουν το 1mm, μέγεθος που δεν τους καθιστά ιδιαίτερα ευδιάκριτους από γυμνό μάτι. - Η αντοχή σε θλίψη και κάμψη του κράματος ελαττώνεται με την αύξηση του υαλοθραύσματος, αλλά όχι τόσο ώστε να αποτελεί πρόβλημα. - Απόπειρες για χρήση υαλοθραύσματος σε πηλό έχουν γίνει μόνο για δομικά υλικά, όπως τούβλα και πλακάκια, άρα δεν έχουμε κάποιο διαφορετικό αισθητικό αποτέλεσμα. ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 70

71 6 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ 2/2 Σε αυτό το στάδιο θα κατασκευαστούν δείγματα με σκοπό να δοκιμαστεί η αντοχή τους αφού πρώτα ψηθούν. Θα συγκριθεί ο λευκός πηλός με τα μίγματα σε τρία διαφορετικά ποσοστά υαλοθραύσματος, 10%, 20%, 30%. Ο πηλός όπως έχει προαναφερθεί ψήνεται σε θερμοκρασίες ο C. Όλες οι δοκιμές έχουν γίνει στους 1000 ο C. 6.1 ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ ΔΕΙΓΜΑΤΩΝ Εικ : Χτύπημα μπουκαλιού με σφυρί και δημιουργία υαλοθραύσματος. Εικ : Κοσκίνισμα υαλοθραύσματος στις επιθυμητές διαστάσεις. ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 71

72 Εικ : Υαλόθραυσμα στις επιθυμητές διαστάσεις και υαλόθραυσμα που πρέπει να θρυμματιστεί περαιτέρω. Εικ : Ζύγισμα υαλοθραύσματος και ένωση των δυο υλικών. ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 72

73 Εικ : Ζύμωμα μίγματος. ΒΗΜΑΤΑ - Συλλογή γυάλινων μπουκαλιών. - Αφαίρεση ετικετών από τα μπουκάλια.. - Τύλιγμα μπουκαλιών σε εφημερίδες (ώστε να μην φύγουν τα κομμάτια υάλου με ορμή προς διάφορες κατευθύνσεις). - Χτύπημα με σφυρί. - Συλλογή κομματιών υάλου σε δοχείο. - Χτύπημα με σφυρί και αλλαγή εφημερίδας πολλές φορές μέχρι το τελικό στάδιο όπου το γυαλί καταλήγει σε διάσταση μm(σκόνη) - 4mm. Το στάδιο αυτό περιλαμβάνει κοσκίνισμα για την αποφυγή κομματιών μεγαλύτερων της επιθυμητής διάστασης. - Ζύγισμα σκόνης και πηλού για ακριβές ποσοστό μίγματος. - Ζύμωμα των δυο υλικών έως ότου το μίγμα γίνει ομοιογενές. - Φορμάρισμα των δειγμάτων στις επιθυμητές διαστάσεις: 100mm x 50mm x 10mm περίπου. - Πέρασμα των δειγμάτων με βρεγμένο σφουγγάρι ώστε να φανούν τα τρίμματα γυαλιού τα οποία είναι καλυμμένα από πηλό. ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 73

74 - Στέγνωμα έως ότου φύγει η υγρασία για να αποφευχθούν ρωγμές κατά τη διάρκεια του ψησίματος. - Καμίνιασμα (ψήσιμο) στους 1000 ο C (το εργαστήριο διαθέτει καμίνια που μπορούν να ψήσουν έως 1040 ο C). Στους 1000 ο C το αποτέλεσμα είναι ικανοποιητικό. - Δεύτερο καμίνιασμα στα δοκίμια που επικαλύφθηκαν από υάλωμα. Επιλέχθηκε έπειτα από δοκιμή γυαλιστερό υάλωμα διότι το ματ και το σατινέ θαμπώνουν τα τρίμματα γυαλιού. ΕΡΓΑΛΕΙΑ - Ζυγαριά για ζύγισμα πηλού και υαλοθραύσματος. - Σπάτουλα για να επιτευχθεί επίπεδη επιφάνεια στα δείγματα. - Χάρακας για να μετρηθούν τα δοκίμια στις επιθυμητές διαστάσεις. - Σφουγγάρι για να φανούν περισσότερο τα τρίμματα υάλου. ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ - Γάντια στο αρχικό στάδιο ζύμωσης όπου τα τρίμματα γυαλιού είναι επικίνδυνα για τα χέρια. - Μάσκα για αποφυγή εισπνοής σκόνης γυαλιού. ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 74

75 6.2 ΤΕΛΙΚΑ ΔΕΙΓΜΑΤΑ Εικ : Δύο δοκίμια για κάθε διαφορετικό ποσοστό γυαλιού. ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 75

76 Εικ : Λευκός πηλός χωρίς καμία πρόσμιξη. Εικ : Λευκός πηλός με 10% ποσοστό υαλοθραύσματος. ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 76

77 Εικ : Λευκός πηλός με 20% ποσοστό υαλοθραύσματος. Εικ : Λευκός πηλός με 30% ποσοστό υαλοθραύσματος. ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 77

78 Εικ : Λευκός πηλός με 30% ποσοστό υαλοθραύσματος και στρώση υαλώματος πάνω από τον πηλό με σκοπό την επικάλυψη των κομματιών γυαλιού και την αποφυγή να αποκολληθούν από τον πηλό. Η χρήση υαλώματος δίνει ένα πιο θαμπό αποτέλεσμα. Καθίσταται όμως απαραίτητη για να μπορεί να χρησιμοποιηθεί το υλικό. Εικ : Λευκός πηλός με 30% ποσοστό υαλοθραύσματος. Η διαφορά με το προηγούμενο δοκίμιο έγκειται στο διαφορετικό χρώμα γυαλιού ενώ δεν παρατηρήθηκε κάποια άλλη διαφορά από το πράσινο χρώμα. ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 78

79 ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΤΗΣ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑΣ ΚΑΤΑΣΚΕΗΣ ΔΟΚΙΜΙΩΝ Ως δεδομένο λαμβάνουμε υπ όψιν ότι η διαδικασία αυτή έχει γίνει χρησιμοποιώντας ως μέσον τα χέρια και όχι μηχανήματα παραγωγής. Το κύριο πρόβλημα εντοπίστηκε κατά την διάρκεια ζυμώματος όπου το γυαλί απορροφά την υγρασία του πηλού και ως αποτέλεσμα δεν είναι εφικτό να ενοποιηθούν τα δυο υλικά σε ποσοστό πάνω από 30 % wt υαλοθραύσματος. Πλεονεκτήματα (+) - Επετεύχθη έως 30 % ποσοστό υαλοθραύσματος, το οποίο είναι ένα αρκετά ικανοποιητικό ποσοστό ανακυκλωμένου γυαλιού. - Το μίγμα είναι ομοιογενές. - Τα κομμάτια υάλου είναι ευδιάκριτα από γυμνό μάτι αφού φτάνουν τα 4 mm. Έτσι επιτυγχάνεται ένα ικανοποιητικό αισθητικό αποτέλεσμα. Μειονεκτήματα (-) - Χρονοβόρα διαδικασία. - Απαιτούνται γάντια κατά την διαδικασία πρόσμιξης τα οποία δυσκολεύουν τη διαδικασία. ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 79

80 7 ΤΕΣΤ ΑΝΤΟΧΗΣ 7.1 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ Τα πειράματα που εκτελέστηκαν για να υπολογιστεί η αντοχή των δοκιμίων καθώς και η συνολική μηχανική τους συμπεριφορά ήταν πειράματα κάμψης (τριών σημείων), όπως φαίνεται σε ενδεικτικές εικόνες παρακάτω. Στόχος ήταν να μετρηθεί η σχέση δύναμης - μετατόπισης και να υπολογιστεί η αντοχή σε κάμψη, κυρίως λόγω εφελκυσμού. Θα πρέπει να τονιστεί ότι το πάχος και πλάτος των δοκιμίων καθώς και η απόσταση ανάμεσα στις στηρίξεις επιλέχθηκαν έτσι ώστε οι απαιτούμενες δυνάμεις να είναι μεγάλες αφού οι μετρήσεις μας από το δυναμόμετρο έχουν ακρίβεια περίπου 1 kg. Πριν από τη δοκιμή μετρήθηκε το πλάτος και το πάχος κάθε δοκιμίου, ενώ η απόσταση μεταξύ των στηρίξεων ήταν ίδια για όλα τα δοκίμια (80 mm). Το πάχος των δοκιμιών κυμαίνεται από 11 έως 12,8 mm ενώ το πλάτος από 49 έως 53 mm. Η δοκιμή της κάμψης έγινε με ταχύτητα φόρτισης 5 mm/min και από το σχετικό λογισμικό μετρήθηκαν η δύναμη και η μετατόπιση ανά 0,01 sec. Εικ : Δοκίμιο με ποσοστό υαλοθραύσματος 30%. ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 80

81 Εικ : Δοκίμιο χωρίς προσθήκη υαλοθραύσματος πριν ξεκινήσει το τεστ κάμψης. Εικ : Δοκίμιο χωρίς προσθήκη υαλοθραύσματος μετά το τεστ κάμψης. ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 81

82 7.2 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Τυπικές πειραματικές καμπύλες για διάφορα ποσοστά υαλοθραύσματος παρουσιάζονται στο Διάγραμμα Σε όλες τις καμπύλες, παρουσιάζεται αρχικά μια μη γραμμική συμπεριφορά, ακολουθούμενη από γραμμική συμπεριφορά μέχρι τη μέγιστη δύναμη. Παρατηρούμε ότι έχουμε μείωση της αντοχής των δοκιμίων σε σχέση με αυτήν του λευκού πηλού. Η μεταβολή στη δυσκαμψία είναι πολύ μικρότερη. Για τους δύο άλλους τύπους δοκιμίων (καφέ γυαλί 30% και πράσινο γυαλί 30% με στρώση υαλώματος) τα αποτελέσματα φαίνονται στο Διάγραμμα Παρατηρούμε ότι η στρώση υαλώματος αυξάνει σημαντικά τη δυσκαμψία ενώ και οι αντοχές και των δύο δοκιμίων είναι κοντά στην αντοχή του λευκού πηλού % 10% 20% 30% Δύναμη (N) Μετατόπιση (mm) Διάγραμμα 7.2.1: Αποτελέσματα πειραμάτων για το πράσινο υαλόθραυσμα. ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 82

83 % 30% καφέ 30% υάλωση Δύναμη (N) Μετατόπιση (mm) Διάγραμμα 7.2.2: Αποτελέσματα πειραμάτων για το καφέ υαλόθραυσμα και τη στρώση υαλώματος. Χρησιμοποιώντας την τεχνική θεωρία της κάμψης μπορούμε να υπολογίσουμε την αντοχή σε κάμψη ως τη μέγιστη εφελκυστική τάση που αντιστοιχεί στη μέγιστη εφαρμοζόμενη δύναμη. Τα αποτελέσματα παρουσιάζονται στο Διάγραμμα Παρατηρούμε σημαντική μείωση της αντοχής για ποσοστό υαλοθραύσματος 10% (από 20,7 σε 12,4 MPa) ενώ για μεγαλύτερα ποσοστά παρατηρείται αύξηση της αντοχής στα MPa). Παρόλο που οι καμπύλες δύναμης-μετατόπισης δεν είναι γραμμικές, μπορούμε να υπολογίσουμε και το μέτρο ελαστικότητας θεωρώντας τη μέση κλίση των καμπυλών. Όπως φαίνεται στο Διάγραμμα η μεταβολή του μέτρου ελαστικότητας είναι πολύ μικρή και κυμαίνεται από 5,9 έως 6,4 GPa. ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 83

84 Αντοχή σε κάμψη (MPa) Ποσοστό υάλου (%) Διάγραμμα 7.2.3: Αντοχή σε συνάρτηση με το ποσοστό υάλου Μέτρο ελαστικότητας (GPa) Ποσοστό υάλου (%) Διάγραμμα 7.2.4: Μέτρο ελαστικότητας σε συνάρτηση με το ποσοστό υάλου. ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 84

85 8 ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΔΙΑΚΟΣΜΗΤΙΚΟΥ ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟΥ 8.1 ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟΥ ΣΚΟΠΟΣ Σε αυτό το στάδιο θα κατασκευαστούν δυο βάζα. Το ένα θα αποτελείται από απλό πηλό και το άλλο θα περιέχει 30 % υαλόθραυσμα, το μέγιστο δηλαδή ποσοστό που επετεύχθη στα δοκίμια. Σκοπός είναι η σύγκριση της διαδικασίας κατασκευής αντικειμένου με και χωρίς υαλόθραυσμα. Δηλαδή να εντοπιστούν οι δυσκολίες της προσθήκης υαλοθραύσματος ή η διευκόλυνση που πιθανόν να προσφέρει σε κάποια στάδια. Ένα σημαντικό σημείο που θα μελετηθεί είναι αν υπάρχει πρόβλημα στην δημιουργία κοίλης επιφάνειας. Γι αυτό τον λόγο το αντικείμενο θα έχει σχήμα κυλινδρικό. Στο τέλος καλύπτονται από υάλωμα διότι είναι απαραίτητο σε αντικείμενα που δέχονται νερό. ΒΗΜΑΤΑ Στην διαδικασία δεν περιλαμβάνεται ο θρυμματισμός μπουκαλιών γυαλιού καθότι έχει ήδη αναφερθεί στο πειραματικό στάδιο. - Ζύγισμα αρκετών κομματιών πηλού και υαλοθραύσματος μέχρι την επιθυμητή ποσότητα, περίπου 1400 γρ. με περιθώριο σφάλματος. - Ανάμιξη μιγμάτων ξεχωριστά το καθένα. - Τελική ανάμιξη όλων των μιγμάτων μαζί έως ότου το αποτέλεσμα να είναι ομοιογενές. - Η μάζα τοποθετείται στη φιλιέρα, το μηχάνημα το οποίο δίνει σταθερό πάχος στο φύλλο πηλού. - Το φύλλο που έχει ανοιχτεί κόβεται στις επιθυμητές διαστάσεις. - Στη συνέχεια τυλίγεται γύρω από το καλούπι για να πάρει κυλινδρική μορφή. Ως καλούπι έχει χρησιμοποιηθεί ένα μπουκάλι νερό καθώς έχει την επιθυμητή διάσταση και διευκολύνει την διαδικασία. Το μπουκάλι τυλίγεται με εφημερίδα για να αφαιρεθεί πιο εύκολα από τον πηλό. - Κόβεται η κυκλική βάση και ενώνεται με τον κύλινδρο. - Σφουγγαρίζεται η επιφάνεια για να γίνουν πιο ευδιάκριτα τα τρίμματα γυαλιού. - Το αντικείμενο καλύπτεται με νάιλον περιτύλιγμα ώστε να στεγνώσει με σταθερό ρυθμό και να αποφευχθούν ρωγμές. ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 85

86 ΕΡΓΑΛΕΙΑ - Ζυγαριά για ζύγισμα πηλού και υαλοθραύσματος. - Χάρακας για να μετρηθούν οι επιθυμητές διαστάσεις. - Μαχαίρι για να κοπούν τα επιθυμητά σχήματα. - Σπάτουλα για να επιτευχθεί λεία επιφάνεια στα αντικείμενα. - Πιρουνάκι που χρησιμοποιείται κατά την διαδικασία ένωσης των δυο σχημάτων. - Σφουγγάρι για να φανούν περισσότερο τα τρίμματα υάλου. ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ - Γάντια στο αρχικό στάδιο ζύμωσης όπου τα τρίμματα γυαλιού είναι επικίνδυνα για τα χέρια. - Μάσκα για αποφυγή εισπνοής σκόνης γυαλιού. ΔΙΑΣΤΑΣΕΙΣ Τα τελικά αντικείμενα έχουν τις εξής διαστάσεις: Απλός πηλός: ύψος 15,3 cm, διάμετρος 9,5 cm, πάχος τοιχώματος 0,8 cm. Πηλός με υαλόθραυσμα: ύψος 15,3 cm, διάμετρος 9,9 cm, πάχος τοιχώματος 1 cm. Το βάζο με τον απλό πηλό κατά την διάρκεια στεγνώματος και ψησίματος συρρικνώθηκε σε σχέση με το βάζο που περιέχει υαλόθραυσμα. Άρα η απορροφητικότητα νερού μειώθηκε πιθανόν επειδή, όπως είδαμε και στην υπάρχουσα έρευνα, δημιουργήθηκαν οπές γύρω από τα τρίμματα γυαλιού. ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ Εικ : Θρυμματισμός γυάλινου μπουκαλιού. ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 86

87 Εικ : Κοσκίνισμα υαλοθραύσματος. Εικ : Υαλόθραυσμα σε επιθυμητές διαστάσεις και υαλόθραυσμα που πρέπει πάλι να θρυμματιστεί. ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 87

88 Εικ : Ζύγισμα πηλού και υαλοθραύσματος. Εικ : Ανάμιξη των δυο υλικών. Εικ : Ζύμωση μίγματος μέχρι να επιτευχθεί ομοιογενές αποτέλεσμα. ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 88

89 Εικ : Άνοιγμα φύλλου μίγματος στην φιλιέρα. Εικ : Το μπουκάλι λειτουργεί ως καλούπι για σταθερό πάχος. Εικ : Χρήση εργαλείων κατά τη διαδικασία. ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 89

90 Εικ : Πριν την αφαίρεση του καλουπιού στα δυο αντικείμενα. Το βάζο της αριστερής εικόνας περιέχει υαλόθραυσμα ενώ το δεξί είναι απλός λευκός πηλός. Εικ : Σφουγγάρισμα ώστε να γίνουν όσο το δυνατόν πιο ευδιάκριτα τα τρίμματα υάλου. Στη συνέχεια για να στεγνώσει με σταθερό ρυθμό και να αποφευχθούν ρωγμές το αντικείμενο καλύπτεται με νάιλον περιτύλιγμα. ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 90

91 Εικ : Τα δυο αντικείμενα με και χωρίς υαλόθραυσμα πριν ψηθούν στο καμίνι. Εικ : Τα δυο αντικείμενα με και χωρίς υαλόθραυσμα αφού ψήθηκαν. ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 91

92 Εικ : Τα δυο αντικείμενα με και χωρίς υαλόθραυσμα. ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 92

93 Εικ : Βάζο το οποίο περιέχει υαλόθραυσμα. ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΞΥΝΟΥ ΜΑΡΙΑ-ΙΩΑΝΝΑ 93