Proprietà e fabbricazione dei vetri stratificati

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questo genere fu il periodo gotico, con le sue grandi cattedrali. L’attivit  fior  soprattutto in 
Inghilterra, dove il vetro veniva colorato oppure placcato a colore e tagliato in lastre. I particolari 
venivano dipinti sul vetro con l’ausilio di uno smalto scuro e le diverse sagome di vetro erano tenute 
insieme da liste di piombo montate su una cornice in ferro. 
 
RINASCIMENTO E SETTECENTO: 
   ¨ probabile che una fiorente attivit  vetraria e sistesse a Venezia gi  nel X secolo; non abbiamo 
per  esempi anteriori al Quattrocento, il periodo d ’oro dell’industria di Murano, che domin  il 
mercato europeo fino alla caduta della Serenissima. Punto di forza della produzione veneziana fu 
l’invenzione del vetro cristallino, un materiale duttile, trasparente e ad alta percentuale di soda che 
ricordava la purezza del cristallo di rocca.  
   La supremazia italiana si indebol  nel Seicento a causa delle innovazioni tedesche e britanniche. 
Il vetro potassico elaborato in Germania era piø duro e spesso del cristallo e si prestava meglio alla 
molatura. L’Inghilterra riusc  a minare il predominio muranese grazie all’invenzione del vetro al 
piombo (1676). Piø duttile, brillante e meno fragile del cristallo veneziano, per tutto il Settecento il 
nuovo materiale fu considerato il vetro europeo di maggior pregio. 
   L’attivit  vetraria fu il primo genere di industria manifatturiera in America: il suo successo fu 
dovuto in gran parte all’innovazione del procedimento di pressatura meccanica, ben presto 
adottato anche in Europa. 
  
OTTOCENTO E NOVECENTO:  
   Nell’Ottocento la storia del vetro d’arte fu segnata dai rapidi progressi nella lavorazione del 
materiale. La concorrenza del vetro pressato contribu  inoltre alla crisi del vetro intagliato, che 
riguadagn  terreno grazie ai modelli a "brillante",  che sfruttavano la capacit  di rifrazione del vetr o. 
La Boemia continu  a distinguersi per la produzione  di vetri incisi. Altri metodi, tra cui quello 
utilizzato per preparare il vetro a strati, furono messi a punto dalle vetrerie boeme e copiati in tutta 
l’Europa e gli Stati Uniti. Le scoperte in campo chimico favorirono la creazione di nuovi vetri 
colorati, come quello prodotto con la smaltatura marmorizzata detta lithyalin. 
   Nel 1905 ci fu il primo brevetto di vetro stratificato, con un film di nitrato di cellulosa mediante   
l aderenza di un  balsamo; nel 1936  fu scoperto il  PVB (polivinilbutirrale), con caratteristiche di  
ottima resistenza alla luce e adesione al vetro, grazie ad esperimenti in campo aeronautico.  Nel  52 
ci furono i primi  sviluppi reali del PVB assemblato col vetro ed, infine, solo da pochi anni  il vetro 
Ł concepito come possibile elemento strutturale. 
 
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CAPITOLO 2: 
IL VETRO MONOLITICO 
 
    2.1   Struttura e composizione del vetro 
     La definizione di vetro comprende tutte le sostanze che in opportune condizioni realizzano lo 
stato vetroso. Tra queste si possono citare: la maggior parte dei polimeri, composti organici quali la 
glicerina e il glucosio, soluzioni acquose di acidi quali il cloridrico e il perclorico, sali e anche 
elementi come lo zolfo, il selenio e il fosforo. 
   In taluni casi l’ottenimento dello stato vetroso Ł 
possibile solo ricorrendo a tecniche particolari, quali la 
condensazione di vapori su un substrato freddo, 
l’evaporazione di soluzioni acquose, la deposizione 
chimica da fase vapore (utilizzata per le fibre ottiche), 
l’essiccazione e il riscaldamento a temperatura opportuna 
di geli ottenuti per idrolisi e policondensazione di 
composti metallorganici. 
I vetri tradizionali, costituiti da ossidi inorganici, sono 
materiali amorfi ottenuti per progressivo irrigidimento di 
un liquido, che senza termostatazione (fig. 1) (a 
differenza dei metalli), non Ł stato in grado di 
cristallizzare durante il raffreddamento. 
   I liquidi vetrogeni, capaci cioŁ di dar luogo a vetri in condizioni normali di raffreddamento, sono 
in genere caratterizzati da un’elevatissima viscosit  in prossimit  del loro punto di fusione: per 
esempio la silice fusa, a 1720  C circa, ha una vis cosit  di circa 10 6 Pa⋅s contro i 103 dell’acqua a 
temperatura ambiente.  Tale viscosit  Ł dovuta alla grande complessit  o all’elevato sviluppo delle 
unit  strutturali, che ne inibisce o rallenta forte mente la riorganizzazione in disposizioni ordinate 
corrispondenti alla struttura cristallina.  Si ottiene perci  un materiale amorfo, che a temperatura 
ambiente permane indefinitamente (benchØ non sia in equilibrio termodinamico) per l’impossibilit  
pratica di riordinamento strutturali in tali condizioni. 
   Si pu  dunque affermare che, per realizzare lo s tato vetroso partendo dallo stato liquido, occorre 
che la velocit  di raffreddamento della sostanza co nsiderata sia al di sotto della temperatura di 
fusione e maggiore della sua velocit  di cristalliz zazione. Da ci  si deduce che, con altissime 
velocit  di raffreddamento, Ł possibile vetrificare anche sostanze che normalmente non potrebbero, 
Fig.: 1  
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come i vetri metallici, ottenuti in forma di nastri sottilissimi per drastico raffreddamento (fino a 107 
 C/s) di un sottile getto di lega metallica fusa, p roiettata su un rullo di rame ruotante ad altissima 
velocit .  Tali vetri hanno propriet  interessantis sime che ne fanno prevedere un futuro impiego nel 
campo dei materiali magnetici, acustici e resistenti alla corrosione. 
      La struttura di un vetro, praticamente indistinguibile da quella di un 
liquido, se la si analizza con tecniche quali la diffrazione di raggi X o di 
neutroni, Ł analogamente caratterizzata dall’assenza di ordine a lungo raggio 
(tipico dei cristalli), ma non Ł tuttavia completamente disordinata in quanto 
possiede ordine a corto raggio, cioŁ nelle immediate vicinanze  
(pochi Angstrom) di qualunque atomo. 
Tale ordine Ł dovuto, nel caso della silice vetrosa, alla conservazione dell’unit  strutturale 
fondamentale, il tetraedro silicico [SiO4]4- (fig. 2), caratteristico della silice cristallina.  Secondo la 
teoria piø consolidata, il vetro di silice (fig. 3b) sarebbe costituito da un reticolo disordinato 
tridimensionale di atomi di silicio, ognuno dei quali si trova al centro di un gruppo di quattro atomi 
di ossigeno situati ai vertici di un tetraedro.  Sia nella forma cristallina (fig. 3a) che in quella vetrosa 
i tetraedri silicici sono collegati per i vertici, cioŁ ogni atomo di ossigeno Ł comune a due tetraedri 
contigui. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Nella struttura vetrosa, per , l’angolo di contatto  tra due tetraedri pu  variare entro limiti piø amp i 
che nel caso della struttura cristallina. 
   Si ha cos  che mentre le diverse forme cristalline della silice sono costituite da tetraedri disposti 
secondo uno schema geometrico regolare, il vetro di silice Ł formato da tetraedri con orientazione 
variabile in tutta la struttura.  La variabilit  de gli angoli di legame tra i vari tetraedri comporta che i 
legami interatomici siano di forza diversa da punto a punto della struttura, e ci  spiega l’assenza di  
Fig.: 2  
Fig.: 3  
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un netto punto di fusione e il passaggio graduale allo stato liquido attraverso una progressiva 
diminuzione di viscosit . 
   Le considerazioni fatte per il vetro di silice si possono estendere a tutti i vetri a base di ossidi, e le 
regole affinchØ un ossido possa dar luogo a un vetro, enunciate nel 1932 da Zachariasen, sono in 
effetti soddisfatte da: SiO2, GeO2, P2O5, B2O3 e As2O3. 
Di questi, i primi tre hanno una struttura formata da tetraedri e gli ultimi due da triangoli. Essi sono 
denominati formatori di reticolo, da soli o in combinazione tra loro (per esempio vetri boro-silicati). 
   Gli ossidi introdotti possono avere un effetto profondo sulla struttura, in quanto modificano la 
continuit  del reticolo vetroso.  In un vetro di si lice, per esempio, l’introduzione di ossido di sodio, 
Na2O, depolimerizza il reticolo, nel senso che l’ossigeno in piø apportato dall’ossido di sodio viene 
introdotto al vertice di due tetraedri collegati, spezzando un legame Si-O-Si e dando luogo a due 
unit  strutturali distinte, in cui l’ossigeno terminale appartiene a un solo tetraedro.  A differenza 
della silice vetrosa, quindi, in un vetro sodio-silicatico non tutti gli atomi di ossigeno sono collegati 
a due atomi di silicio, sicchØ esistono tetraedri che presentano vertici non condivisi. 
   Gli atomi di ossigeno collegati a due atomi di silicio sono denominati ossigeni "portanti", quelli 
legati a un solo atomo di silicio "non portanti".  Questi ultimi apportano delle cariche negative che 
vengono compensate dalle cariche positive dei cationi Na+, accolti in alcune delle cavit  del reticolo 
in prossimit  degli ossigeni non portanti. 
   La rottura in piø punti della continuit  del ret icolo ne causa l’indebolimento, e quindi determina 
importanti cambiamenti nelle propriet  fisiche del vetro di silice: in particolare la viscosit  ad alt a 
temperatura diminuisce fortemente, e ci  permette di ottenere un vetro affinabile e lavorabile a 
temperature molto inferiori. Gli ossidi, come l’ossido di sodio, che entrano nella struttura del vetro 
modificandola, ma di per sØ non sono in grado di vetrificare, vengono detti modificatori di reticolo e 
sono costituiti essenzialmente dagli ossidi dei metalli alcalini (Na2O, K2O, Li2O), e alcalino-terrosi 
(MgO, CaO, BaO), e dall’ossido di zinco ZnO. 
   Gli elementi modificatori, essendo piø debolmente legati, sono relativamente liberi di diffondere 
attraverso la struttura del vetro, e ci  vale sopra ttutto per i cationi monovalenti. 
Tra gli ossidi formatori e quelli modificatori sta un altro gruppo di ossidi che si comportano in 
modo meno definito: di per sØ non possono dar luogo a vetri ma, in quantit  limitata, possono 
entrare a far parte di un reticolo vetroso basato su un altro ossido formatore. 
   Essi vengono perci  detti ossidi intermedi  e includono BeO, Al2O3, TiO, e ZrO2.  L’allumina, per 
esempio, in un vetro di silice pu  agire solo da mo dificatore, mentre in un vetro sodico-calcico 
utilizza i modificatori per fungere da formatore.  Infatti l’alluminio assume coordinazione 4, legando 
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4 ossigeni nel tetraedro [AlO4]4-, ma siccome l’Al Ł trivalente per il bilanciamento di carica viene 
utilizzato uno ione Na+ contiguo. 
   E’ necessario precisare che le regole di Zachariasen, pur avendo avuto il pregio di introdurre 
concetti importanti e un criterio di previsione che si Ł dimostrato valido in molti casi, dimostrano in 
realt  molti limiti. Esse sono innanzitutto applica bili principalmente agli ossidi e non sono invece 
generalizzabili ad altri sistemi vetrogeni. 
   Per esempio i vetri alogenuri, che sono vetri privi di ossigeno e le cui propriet  ottiche li rendono 
di grande interesse tecnologico, hanno una struttura che viola completamente le regole di 
Zachariasen.  Ma anche nel campo degli ossidi tali regole non sono in grado di spiegare alcuni vetri 
particolari, per esempio: i vetri binari PbO-SiO2, con percentuali di PbO fino all’80% molare, in cui 
il catione Pb2+, di per sØ modificatore, pu  prendere parte alla formazione del reticolo vetroso 
facendo da ponte tra gli ioni ossigeno situati al vertici di due tetraedri silicici contigui, e, i cosiddetti 
vetri invertiti in cui gli ossidi modificatori rappresentano la frazione principale come nel vetro di 
composizione 15Na2O, 15K2O, 15CaO, 15BaO, 40SiO2. 
 
2.2   Propriet  del vetro  
2.2.1   Viscosit  
   Il vetro Ł un materiale viscoelastico: ci  significa che la sua risposta a una sollecitazione 
meccanica applicata pu  essere, a seconda delle con dizioni, di tipo prevalentemente elastico, 
viscoso o misto.  Quest’ ultimo comportamento si ha intorno all’intervallo di trasformazione del 
vetro, mentre al di sotto di questo le deformazioni sono essenzialmente elastiche e al di sopra 
essenzialmente viscose. 
   Dal punto di vista dello scorrimento il vetro si comporta come un fluido  newtoniano, e la sua 
viscosit  Ł un parametro fondamentale nella produzione e nelle lavorazioni del vetro.  La viscosit  
di un fluido (e quindi anche di un materiale amorfo) Ł una misura della sua resistenza allo 
scorrimento (in regime laminare) in risposta a una sollecitazione meccanica applicata 
tangenzialmente, cioŁ parallelamente alla sua superficie.  Essa Ł dovuta all’attrito interno tra le varie 
molecole o unit  strutturali che devono scorrere l’una sull’altra e si misura in Pa⋅s (vale a dire 
N⋅s/m2) o, in modo tradizionale, in Poise (1 Pa⋅s = 10 P).