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Sanddünen

Ablagerung von Natron in einem Krater bei Tibesti

Die Bestandteile von Glas

Woraus besteht Glas ?

Die heute am häufigsten verwendeten Glasarten (Bau- und Behälterglas usw.) sind Kalk-Natron-Gläser, d.h. sie bestehen hauptsächlich aus Siliziumdioxid (SiO2), Natriumoxid (Na2O) und Calciumoxid (CaO). Siliziumdioxid macht den Hauptbestandteil von Glas aus, fast 70% der Masse. Siliziumdioxid ist das Element, das für die Netzwerkbildung verantwortlich ist. Netzwerkbildner

Der Schmelzpunkt von Siliziumdioxid liegt bei 1700°C. Um diese Temperatur (auf weniger als 1400°C) zu senken, wird dem Gemenge ein Schmelzmittel zugegeben, am häufigsten Soda (Natriumkarbonat Na2CO3), das etwa 14% der Masse ausmacht. In der Vergangenheit und anderswo in der Welt wurden auch andere Flussmittel verwendet.

Schließlich werden zur Stabilisierung dieser Rohstoffe Calciumoxid (CaO), Magnesiumoxid (MgO) oder Tonerde (Aluminiumoxid, Al2O3) in einer Menge von ca. 10 Massenprozent zugegeben. Sogenannte «Fritte» (recyceltes, gereinigtes und zerkleinertes Glas) senkt ebenfalls die Schmelztemperatur. Es wird diesen Rohstoffen in unterschiedlichen Anteilen zugesetzt.

Additive und Farbstoffe machen 5 bis 6% der Masse aus. Die Farbstoffe sind Metalloxide. Als Ionen in die Struktur des Glases eingeführt, absorbieren sie eine oder mehrere Wellenlängen des weissen Lichts. Das selektive Abfangen von Strahlung ergibt die Farbe. Kobaltoxid zum Beispiel absorbiert die Farbe Orange und ergibt daher ein blaues Glas.

All diese Elemente, in sehr genauen Proportionen kombiniert, werden in einem Ofen auf ca. 1500°C erhitzt, um sie in flüssiges Glas zu verwandeln.

Wo finden wir diese Rohstoffe ?

Siliziumdioxid ist einer der Hauptbestandteile der Erdkruste (mehr als 60%). In der Natur kommt es in Form von Quarzsand oder Chalcedon sehr häufig vor, oder in amorpher Form als echte Kieselerde (oder «Kieselgur», bestehend aus fossilen einzelligen aquatischen Mikroalgen deren Schale einen hohen Siliziumgehalt aufweist).

Kalkstein ist ein Gestein, das hauptsächlich aus Kalziumkarbonat (CaCO3) besteht. Das daraus gewonnene Calciumoxid (CaO) ist der Hauptstabilisator von Glas. Der für antikes Glas verwendete Kalkstein stammte oft aus karbonisierten Muscheln im Sand. Heute profitiert die Glasherstellung von sehr reinem, natürlichem Kalkstein.

Flussmittel

Im Laufe der Jahre wurden verschiedene Flussmittel verwendet. Die meisten haben alkalische Elemente gemeinsam, wie Natrium (Na), Kalium (K) und auch Kalzium (Ca). Die frühesten Gläser enthielten als Flussmittel die Asche von Salzpflanzen (auch «Halophyten» genannt: Pflanzen, die an eine salzige Umgebung angepasst sind, wie z.B. Queller oder Mangroven). Solche Flussmittel wurden lange zur Herstellung von venezianischen Gläsern verwendet.

In der Römerzeit wurde Natron verwendet, ein Mineral-Soda, das im auftauchenden Teil von Salzseen oder Lagunen in Unterägypten (dem Norden des heutigen Ägyptens) abgebaut wurde. Der Begriff «Natron» stammt von der Ortsbezeichnung Ouadi Natroun oder Wadi el Natrun («Natron-Tal», ein trockenes Gebiet in der ägyptischen Wüste, westlich von Kairo). Die Römer stellten an der östlichen Mittelmeerküste (Israel, Syrien, Palästina) Natronglas (Natrium, sodique ) im industriellen Massstab her. Dieses Glas wurde auf dem Seeweg nach Europa transportiert, wo es in den Werkstätten neu eingeschmolzen und zu einem Endprodukt verarbeitet wurde.

Im mittelalterlichen Europa wurde als Flussmittel Kaliumkarbonat aus Holzasche und später Pottasche verwendet. Es entstand sogenanntes «Kaliglas» oder «Pottascheglas», das weniger stabil war als ältere Formen von Glas. Die Glasschmelze und die Herstellung von Fertigobjekten fanden unter einem Dach statt («Hüttenglas» oder «Waldglas»). Später wurden Gläser auf Bleibasis hergestellt (z.B. böhmisches Glas, englisches Kristall).

Heute werden für hitzebeständiges Glas andere Flussmittel wie z.B. Borax (Borsäure, Natriumtetraborat) verwendet. Auch wird inzwischen industriell gefertigtes Soda (Natronlauge) eingesetzt.

Die Farbstoffe

Hier sind einige Beispiele für Metallfarbstoffe und die Farben, die sie erzeugen:

Kupfer(I)-oxid Cu2O (Grün)

Kupfer(II)-oxid  (auch: Kupferasche) CuO (Blau)

Chrom Cr (Grün oder Grünblau)

Eisen(II)-oxid (II) (auch: Eisenoxydul) FeO (Braun)

Mangan(II)-oxid MnO (Violet)

Die Farbe ändert sich je nach Oxidationszustand des Ions.

Antike Gläser, die aus natürlichen Rohstoffen hergestellt wurden, hatten einen grünen oder bläulichen Farbton. Um ein schönes, reines Weissglas zu erhalten, musste man sie daher entfärben. Die Römer verwendeten dazu Antimon oder Mangan.

Das Venezianische Kristallglas wurde aus extrem reinem Quarzsand und Pflanzenasche hergestellt, die zur Gewinnung des Salzes ausgelaugt wurde. Angelo Barovier, Nachfahre einer langen Familientradition von Glasmachern, hatte bereits um 1450 als Erster die Idee, Pflanzenasche zu reinigen.

Die berühmten rubinroten Gläser sind mit Nanopartikeln aus metallischem Kupfer oder Gold gefärbt. Mit Kupfer gefärbt, wird rotes Glas ab einer bestimmten Dicke undurchsichtig. Um seine Transparenz zu erhalten, besteht dieses Glas fast immer aus dünnen Schichten Rot: Die Überlagerung der Farbschichten wird durch das Eintauchen der klaren Glasschmelze in eine oder mehrere Schichten aus rotem geschmolzenem Glas erreicht.

Literaturverzeichnis

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Encyclopaedia Universalis
Wikipedia

http://www.infovitrail.com
http://amisverriers.e-monsite.com/pages/le-verre/la-composition-du-verre.html

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