История стекла в истории человечества

Стекло и его роль в истории человечества

Стекло, используемое нами в повседневной жизни – это материал, созданный человеком. Его природным аналогом является обсидиан, представляющий собой застывшую лаву вулкана или оплавленные скальные породы. Из него древние люди создавали режущие инструменты и украшения.Стекло, создаваемое людьми, изначально тоже красотой и особенной прозрачностью не отличалось, оставаясь материалом, похожим на природные аналоги.

История изобретения стекла: легенды и домыслы

Античный исследователь Плиний Старший приводит в своих трудах сведения о том, что искусственное стекло появилось благодаря путешественникам, которые готовили пищу на песчаном берегу и в качестве подставки под котёл использовали кусок натуральной соды. На следующий день на внешних стенках котла была обнаружена стеклянная корка. Гипотеза Плиния была опровергнута только в 20 веке. Ученые доказали, что выплавить стекло на открытом огне невозможно. Впрочем, уже несколько тысячелетий назад жители Древнего Египта и Двуречья научились плавить стекло в ямах. Температура в этих примитивных печах была достаточно высокой, чтобы из песка, щёлочи и извести образовался новый материал. Однако первое рукотворное стекло, скорее всего, действительно было создано случайно в процессе производства глиняной посуды.

Древнейшие технологии

История стекла в истории человечества насчитывает более 4 тысяч лет. Изображения и артефакты, найденные в гробницах фараонов, дают представление о древнейших способах производства и вкусовых предпочтениях египтян. Так, стекло изначально использовали в качестве глазури для глиняной посуды. Также из него делали бусины, флакончики и подвески. Египтяне, в отличие от жителей Двуречья, предпочитали непрозрачное стекло. Его окрашивали окислами металлов в синий, фиолетовый, желтый и другие цвета. Только чиновники и особы царской крови могли позволить себе стеклянные изделия. Мелкие предметы изготавливались следующим методом: на металлический прут помещался глиняный сердечник, на который наматывали горячее стекло.

Крупные делались так: форму помещали в стеклянную массу и поворачивали. Стекло тонким слоем оседало на стенках и затвердевало, а форма впоследствии извлекалась.

Кто изобрел стекло?

Точно неизвестно, кто и когда научился изготавливать стекло, но судя по археологическим источникам, его использовали еще в Месопотамии и Древнем Египте.

Стеклянные изделия – методом выдувания – по легенде, впервые научились делать в Сирии, произошло это в первом столетии до нашей эры. Именно там для такой операции была придумана стеклодувная трубка.

Чуть позднее, в Древнем Риме, изобрели технологию изготовления плоского стекла – стекольную массу выливали на плоскую каменную поверхность, и та после охлаждения превращалась в тусклое, неровное – но стекло!

В средние века в Европе стекло стали изготавливать с помощью так называемого краун-метода. Сначала выдувался большой пузырь, который после интенсивного вращения на специальной трубке-понтии превращался в круглый плоский диск. Из него-то и вырезали куски стекла нужной формы.

Эволюция производства. Античность

История возникновения стекла (рукотворного, разумеется) отражена во многих музейных собраниях. Рассматривая коллекции египетских древностей, можно сделать вывод, что старейшие изделия не отличались сложностью. Детали выплавлялись отдельно и прилеплялись к основному объему. Египтяне также практиковали изготовление мозаичного (наборного) стекла, которое использовалось для украшения мебели. Эту технику спустя несколько веков переняли и отточили римляне. Кроме того, незадолго до начала нашей эры ремесленники из Александрии изобрели стеклодувную трубку. С её помощью из раскалённой массы выдували пузырь и постепенно придавали ему форму различными специальными инструментами. Кроме свободного выдувания, в античности получило распространение выдувание в матрице. Иногда мастера использовали целый комплекс форм, из которых потом собирали готовое изделие. Метод позволял изготавливать сложные стеклянные конструкции. Более того, римляне научились застеклять окна. Античное оконное стекло было довольно мутным и очень тонким и отливалось (предположительно) в плоских формах.

Средневековье и эпоха Возрождения. Венецианский прорыв

Достижения римлян способствовали развитию европейского стеклоделия. Правда изделия Старого Света (можно выделить, к примеру, мастеров из Кельна) сильно уступали восточным. Зато немцы смогли создать листовое стекло и по составу оно практически не отличалось от того, что производят сегодня. А мастера из Венеции пошли еще дальше – история стекла была бы другой без огромного вклада в нее венецианцев. Они много и кропотливо работали над улучшением свойств стекла, добившись его прозрачности. Здешний хрусталь был дорогим и ценился среди обеспеченных европейцев.

Помимо посуды и стеклянных листов, мастера из Венеции создавали линзы для очков, а также зеркала. Стекловарение было крайне популярной отраслью – почти половина жителей города к ней так или иначе относилась. Чтобы избежать городских пожаров и раскрытия тайн, производство было перенесено на остров Мурано.

Само собой, были у венецианских мастеров и конкуренты. В первую очередь – генуэзские ремесленники. Но стекло, по качеству похожее на муранское, было получено в Англии Дж. Равенкрофтом лишь в XVII веке.

История появления стекла на Руси. Развитие ремесла

На Русь этот дорогой материал попал из Византии. В Киево-Печерской лавре археологи раскопали мастерские стеклоделов, относящиеся к 11 веку. Но изделий сохранилось мало, секреты мастерства были утрачены. Поэтому сложно предположить, была ли русская история стекла. В истории человечества нередко случалось так, что многие вещи приходилось изобретать заново. Возрождение ремесла случилось только в 17 веке (в 1639 году), когда швед Ю. Койет выстроил неподалеку от столицы завод по производству оконных стёкол и аптекарской посуды. Тридцатью годами позже был создан Измайловский завод. Здесь изготавливались предметы роскоши, главным образом изысканные «потешные» кубки по образцу венецианских.

В 18 веке несколько стекольных заводов заработало в окрестностях Петербурга. Было заново изобретено цветное стекло. Изделия расписывались золотом и серебром, украшались прозрачными и непрозрачными эмалями.

В истории стеклоделия отразились судьбы народов и цивилизаций.

До начала нашей эры наиболее мощные центры стеклоделия располагались в Египте и Сирии. В VI в. н. э. к ним присоединилась Византия. Здесь в основном вырабатывались цветные стекла для посуды и смальта.

В период Римской империи стекло распространилось по всей ее территории. Образовались новые центры стекольного производства в Европе вплоть до Британских островов. Они быстро и успешно развивались. Их расцвету способствовало изобретение бесцветного стекла «кристалле», которое вначале использовалось для изготовления бус и посуды, линз, а затем оконного стекла и знаменитых венецианских зеркал. В XV в. особую славу приобрели венецианские стеклоделы.

Значительный вклад в развитие производства стекла внесли европейские стеклоделы.

Так, французские мастера нашли способ отливать зеркальные стекла высокого качества при помощи медных плит и последующей прокатки, в также способ травления стекол (начало XII в.). Английский мастер Роберт Манзель впервые применил каменный уголь в качестве топлива для варочной печи (1615 г). Мастер из Богемии Михаил Мюллер изобрел твердое, необыкновенно прозрачное калиево-кальциевое стекло. Чешские ремесленники развили технологию гравировки стекла.

Во второй половине XVII в. немецкий алхимик Иоганн Кункель открыл способ получения «золотого рубина» и опубликовал книгу «Экспериментальное искусство стеклоделия». В XVIII в. в Англии начали производить хрустальные стекла и применять алмазную грань.

В Древней Руси стекольное производство концентрировалось в основном в юго-западных областях, но в период татаро-монгольского ига стекольные мастерские были разрушены. Производство стекла возродилось только в XVII в. Огромная заслуга в восстановлении стеклоделия в России в этот период принадлежит М. В. Ломоносову. Он не только способствовал организации стекольных заводов, но возродил и развил искусство смальтовой мозаики.

До конца XIX в. стекольное производство было основано на ручном труде.

Только в 1900 г. была сделана попытка механизировать изготовление листового стекла: с помощью сжатого воздуха выдувались стеклянные цилиндры длиной до 12 м диаметром около 0,75 м, которые разрезались по образующей. Дальнейшая обработка листового стекла оставалась такой же, как и при цилиндрическом способе.

Подлинной революцией в стеклоделии явилось изобретение в начале XX в. непрерывного процесса варки и формования листового стекла. Механизация производства всех видов стекла была осуществлена только во второй половине XX в. На этот период приходится и появление новых видов стекла и изделий из него.

Вплоть до 50-х гг. ХХ века практика стеклоделия опережала теоретические знания в этой области. Однако научно-техническая революция в стеклоделии привела к разработке технологии принципиально новых видов продукции из стекла: фотохромных, солнцезащитных, теплозащитных, сверхпрочных и закаленных видов и др.

В 1959 г. в СССР впервые был синтезирован шлакоситалл — одна из разновидностей непрозрачного «стеклофарфора», прочного и экономичного вида стекла, который можно окрашивать керамическими красками в любой цвет и широко применять в воплощении архитектурных замыслов.

Появилась технология изготовления триплекса – стекла, состоящего из отдельных листов, склеенных прозрачными синтетическими пленками в единый пласт. Для звукоизоляционного остекления стали применять листы стекла с нанесенными на одну из поверхностей прозрачными пластмассовыми пленками для изменения частоты собственных колебаний.

Электрохимеская обработка стекла, напыление пленок, изготовление стекловолокна – все это примеры сложной технологии стеклоделия середины прошлого века.

Современное стекло представляет собой аморфный материал, получаемый из расплавов силикатов, алюминатов или боратов натрия, калия, кальция и ряда других элементов. Характерной чертой неорганических стекол является способность при нагревании до определенной температуры размягчаться, не плавясь. При определенных температурных условиях стекло может кристаллизоваться.

Производство стекла слагается из следующих процессов: подготовка сырьевых компонентов, получение шихты, варка стекломассы, ее охлаждение, формование изделий и их отжиг и в случае необходимости — обработка (термическая, химическая, механическая).

Компоненты, входящие в состав стекла, определяют его физико-механические свойства. Так, окись алюминия повышает химическую и термическую стойкость стекла, механическую прочность. Углекислый калий придает стеклу чистоту, блеск, прозрачность и применяется для производства лучших сортов стекла. Введение окислов кальция, магния, цинка и свинца повышает механическую прочность м химическую устойчивость стекла, увеличивает показатель светопреломления и улучшает внешний вид изделий.

Как стекло завоёвывало мир?

Первое застеклённое окно появилось в помещении греческой бани в Помпеях. Его размер составлял метр на полтора метра. Чуть позже небольшие окна появляются в залах для пиршества греческой знати. Причём, только с южной стороны. Но это – что касается мужчин. На женской половине жилья окон в то время вообще не полагалось.

Наибольший расцвет стекло переживает в Древнем Риме. Именно здесь окно появляется в том виде, в каком мы сейчас его знаем – помещённое в раму из металла. Чаще всего из бронзы. Тогда же появляются и первые «дамские» зеркала, предназначенные для женщин из числа римской знати.

Гораздо больший расцвет стекло переживает в средние века в Венеции. Причём изготавливается оно в самых разных видах — как оконное стекло, зеркала и изящная стеклянная посуда. Именно Венеция в XVI – XVII веках становится едва ли не мировым производителем стекла.

В то же самое время в домах простых людей стекло оставалось непозволительной роскошью. В роли оконного стекла здесь выступает обычный бычий пузырь, который натягивали на деревянные, небольшого размера рамы.

На территории России стекло начинает широко применяться в царствование династии Романовых. Именно тогда им начинают украшать входы в виде цветных витражей и даже фасад зданий. Первый стекольный завод был построен в середине XVII века в Воскресенске. Здесь из стекла начинают делать стеклянную посуду и украшают цветным стеклом дворцы знати.

При российском императоре Петре I в России действует уже шесть стекольных заводов. Однако у простого люда оконные стёкла по-прежнему заменяет промасленная бумага и пузырь.

Как делают стекло сегодня?

Массовое производство стекла началось в 19 веке благодаря изобретению печи Сименса-Мартина и заводскому производству соды, которую стали получать из поваренной соли.

Свою лепту в производство стекла внес Майкл Оуэнс, который изобрел машину, автоматизировавшую производство стеклянных емкостей (бутылок, банок) – до этого они выдувались с помощью той самой стеклодувной трубки.

В конце 19 века стекольную массу научились вытягивать. А в начале века 20-го – прокатывать на прокатном стане. По методу Эмиля Фурко, например, стекло вытягивалось из стекловаренной печи в виде непрерывной ленты – с помощью специальных прокатных валиков. Оно так и называлось – «вытянутое».

Методами вытягивания и прокатывания стекольщики пользовались более семи десятков лет. Созданные таким способом стёкла еще можно встретить в окнах домов советской постройки, они отличаются неровностью поверхности – это главный минус обоих методов.

Но настоящий прорыв в производстве стекла наступил после изобретения так называемого флоат-процесса. «Флоат» – в переводе с английского языка означает «плавать, держаться на водной глади». Стекольная масса подается во флоат-ванную с расплавленным оловом. Равномерно разливаясь, стекло формирует идеально гладкую поверхность. После чего стекломасса охлаждается и подвергается отжигу.

Толщина стекла задается комбинацией факторов, таких как нагрев/охлаждение, механическое воздействие бортоформирующих машин и скорость выхода стекла из ванны. После отжига (контролируемого процесса охлаждения) поверхности полученного стекла являются идеально гладкими и параллельными друг другу.

В качестве шихты для изготовления стекла используются кремнезем, доломит, известняк, сода, некоторое количество стеклобоя и другие элементы.

Автор изобретения – сэр Аластер Пилкингтон, британский бизнесмен и инженер-механик, который в 1952-м году изобрел, а в 1959-м запатентовал процесс изготовления флоат-стекла.

Именно его открытие позволило производить абсолютно плоское прозрачное или тонированное в массе стекло, а также стекла с функциональными покрытиями, используемые в строительной и автомобильной отраслях.

Сегодня прорывной технологии уже 60 лет! А флоат-процессом, изобретенным Аластером Пилкингтоном, пользуется весь мир. Между прочим, за его открытие сэр Пилкингтон в 1970 году был награжден рыцарским титулом.

Энергосберегающее стекло

Требования к стеклу в наше время повысились. Теперь оно должно не только пропускать свет, но и защищать от холода зимой и жары – летом. То есть стекло последних поколений превратилось в энергоэффективный продукт.

Традиционно, для того, чтобы стекло стало энергосберегающим, на него наносят один тонкий слой серебра. С ним стекло прекрасно сохраняет тепло в помещении, но солнце ему не помеха – летом в доме будет жарко и душно.

Эффективно борются с солнечными лучами мультифункциональные стёкла. На них наносят более толстый слой серебра, который, словно зеркало, отражает инфракрасный свет. С такими стеклами в доме будет тепло зимой и нежарко летом.

Но и у мультифункциональных стёкол есть недостаток – пониженная светопрозрачность: чем толще серебряный слой, тем хуже стекло пропускает свет.

Ультрасовременное покрытие Double Silver™ содержит не один толстый, а два тонких слоя серебра. Их дополняют еще два десятка слоев из различных металлов с антиотражающими и просветляющими функциями.

Представьте только! Толщина инновационного покрытия стекла Double Silver – от 80 до 100 нанометров, то есть в 1000 раз тоньше листа бумаги – оно совершенно не заметно человеческому глазу.

В этом главная особенность стекла Double Silver™: обладая энергосберегающими и солнцезащитными свойствами, оно пропускает столько же света, сколько и обычные стекло.

Магнетронная установка для нанесения энергоэффективных покрытий на заводе Pilkington Glass в Московской области

Производство энергоэффективного стекла в России

Сегодня рынок флоат-стекла в России представлен шестью основными игроками, включая завод «Пилкингтон Гласс», который открылся в Раменском районе Московской области в феврале 2006-го. На тот момент завод выпускал только прозрачное стекло, а его мощность составляла всего 240 тысяч тонн стекла в год.

Сегодня производительность заводской печи Pilkington составляет 820 тонн стекла в сутки или 300 тыс. тонн в год! Ассортимент выпускаемой продукции самый широкий.

За счет запуска в 2014-м году суперсовременного коатера – линии по производству стекла с магнетронным напылением серебра – линейка продукции пополнилась уникальными Optitherm™, Suncool™, Suncool™- R и Lifeglass™.

За прошедшие годы производительность линии увеличилась в 2,5 раза, и сегодня для архитектурного и оконного рынка предприятие выпускает 10 млн кв. м стекла с покрытием.

В этом году завод отмечает свое 13-летие. Продукция предприятия Pilkington Glass Russia, которое сегодня является составной частью большого «стекольного» холдинга SPGlass и поставляется в 43 региона России.

Продукция также экспортируется в 29 стран мира, включая Гондурас и Мексику, Объединенные Арабские Эмираты и Катар, Индию и Австралию.  В активе компании Pilkington Glass Russia более 4 000 крупных архитектурных объектов по всему миру.

Думается, на этом история стекла не заканчивается. Специалисты уже работают над новыми брендами, которые нас удивят уже в ближайшем будущем.