Vidro: propriedades e aplicações
O vidro é um material que fascina o homem. Esse fato ocorre, por conta da sua sofisticação, beleza e transparência. Quando descoberto, há aproximadamente seis mil anos atrás, o vidro era considerado um artigo de luxo e, quem detinha o conhecimento de manuseá-lo, era vigiado e proibido de sair da cidade em que morava, para que não compartilhasse com ninguém como era realizada a fabricação deste material e as possíveis aplicações dele.
Os últimos 40 anos foram cruciais para o estudo sobre o vidro e de seu processamento, realizando um salto gigantesco na história para esse material tecnológico. Atualmente, os materiais vítreos dominam o mercado, os encontramos na indústria, na ciência, em casa, onde o mesmo contém distintas finalidades: Podem filtrar, transmitir ou bloquear radiações, ser a prova de balas, suportar elevadas temperaturas, dentre outras.
Definição
O vidro é um sólido não cristalino e amorfo, ou seja, ele é caracterizado por apresentar uma estrutura desordenada, onde os átomos constituintes nele estão dispostos tridimensionalmente de forma aleatória, não contendo uma estrutura ordenada a longa distância. Os vidros silicatos são os mais comuns. Formados por um átomo de Silício (Si) ligado a quatro átomos de Oxigênio (O), se dispondo espacialmente em um formato tetraédrico, que quando ligado com outros tetraedros de sílica, formam uma rede tridimensional.
Diferente de outros materiais, o vidro não passa subitamente do estado sólido para o líquido, já que ao invés de se fundir totalmente, o material apenas passa por um amolecimento gradativo e uma diminuição da sua viscosidade (propriedade física que caracteriza a resistência de um material para escoar), de acordo com o acréscimo da temperatura. Logo, essa classe de materiais não apresenta um ponto de fusão específico, mas sim contêm uma região no seu aquecimento que todas as suas propriedades se modificam, conhecida como transição vítrea, explicitada na figura abaixo.
Antes da Temperatura de transição vítrea TG (do inglês Glass Transition), o movimento translacional dos átomos constituintes no material respeita uma escala de tempo humana muito lenta, fazendo com que não haja nessa região de temperatura a cristalização do vidro, mesmo que o aquecimento seja realizado em longos períodos, sendo assim a estrutura nessa região se encontra “congelada”. Após a TG, os átomos que compõe o material têm um grau de liberdade de realizarem movimento e se transladarem, podendo ocorrer à cristalização do vidro, variando o tempo necessário segundo o tipo ou composição do vidro utilizado.
Mas como o vidro é feito?
A obtenção do vidro é resultado da fusão de matérias primas, seguida de um controlado resfriamento, por isso a formação deste material é vista como uma questão cinética, por depender estritamente do tempo. Na Figura acima, pode-se ver que há várias maneiras de resfriamento de um líquido, porém, para a obtenção do vidro, o líquido deve ser resfriado rapidamente, para que seus átomos não consigam obter um tempo necessário de se ordenarem e formarem um material cristalino.
A formação do vidro é toda pautada na etapa de resfriamento, em que a taxa de tal fase é imprescindível no processo, já que a velocidade varia de acordo com a composição de cada vidro. Um utilizado em janelas, por exemplo, não necessita que seu resfriamento seja feito de forma rápida, já um vidro metálico, necessita que seu resfriamento seja feito de forma veloz, chegando a uma velocidade de até 106 Km/s.
Principais tipos
SÍLICA VÍTREA:
A sílica vítrea é obtida a partir do aquecimento da areia de sílica ou cristais de quartzo, até uma temperatura de 1725 °C, sendo um processo muito lento, por conta da rede tridimensional que o material tem. O vidro obtido por tal material é muito viscoso e, por ter um baixo coeficiente de expansão é ideal para ser utilizado em janelas de veículos espaciais, espelhos astronômicos, na produção de fibras óticas e aplicações que requerem de um produto com resistência a choques térmicos e estabilidade dimensional.
SILICATOS ALCALINOS:
Para reduzir a excessiva viscosidade do vidro de sílica, acrescentam-se óxidos alcalinos na composição do mesmo, para que ajam como modificadores de rede, “amolecendo” a estrutura original do vidro formado. Na temperatura de 550 °C os carbonatos introduzidos, interagem com a Sílica, onde através dessa interação se obtêm uma reação que resulta em um líquido silicoso, que ao ser resfriado forma-se um vidro. Como a adição de alcalinos diminui a resistência química do material, o mesmo é utilizado para adesivos, produtos de limpeza e películas protetoras.
VIDROS SODO-CÁLCICOS:
Para reduzir a solubilidade (propriedade do material de se dissolver ou não em uma substância) e manter a baixa temperatura de fusão dos vidros de silicatos alcalinos, acrescentam-se ao invés de óxidos alcalinos, fluxos estabilizantes (óxido de Cálcio em conjunto com o óxido de Magnésio, por exemplo), que resultam nos chamados vidros sodo-cálcicos.
A composição desse vidro é bem controlada, já que o exagerado uso de Cálcio pode resultar na cristalização do material e o pouco uso do mesmo, pode acarretar em uma baixa durabilidade química do material. Esse vidro é frequentemente utilizado em garrafas, frascos, potes, janelas e em tubos de lâmpadas.
VIDROS AO CHUMBO:
Dependendo da composição base do vidro, quando se é adicionado o óxido de Chumbo, o mesmo pode agir como modificador ou formador de rede. Logo, os vidros alcalinos ao Chumbo tem uma vasta aplicação, podendo ser encontrado em artigos fino de mesa (taças e copos), peças de arte, funil de tubo de televisão e em produtos óticos, por possuir propriedades como, resistividade elétrica (o quanto o material se opõe à passagem de uma corrente elétrica), elevado índice de refração (brilho) e capacidade de absorção de raios X.
VIDROS BOROSSILICATOS:
O óxido de Boro se transforma em vidro quando resfriado em temperaturas acima de 460 °C, temperatura do seu ponto de fusão. Tal óxido é frequentemente utilizado na indústria vítrea para substituir os óxidos alcalinos, pois o mesmo aumenta a resistência ao choque térmico (capacidade de resistir a uma grande variação de temperatura) do material e o deixa resistente a ataques químicos. Esse tipo vidro é empregado principalmente em produtos que podem entrar em contato com altas temperaturas e em equipamentos laboratoriais.
VIDROS ALUMINO-BOROSSILICATO:
Com a adição da Alumina em um vidro silicato alcalino, o mesmo se torna mais viscoso em temperaturas elevadas, logo isso possibilita que este vidro possa ser aquecido a altas temperatura sem sofrerem deformações, quando comparado aos vidros sodo-cálcicos e borossilicatos. A aplicação desse material é bem diversa, já que podem ser utilizados em tubos de combustão, em fibras de reforço, vidros de alta resistência química e em vitro-cerâmicas (obtidos a partir da cristalização controlada dos vidros).
Diferença entre o vidro normal, laminado e temperado
Além da variação de composição e acréscimo de óxidos distintos, as realizações de tratamentos específicos no vidro também podem acarretar no aperfeiçoamento de algumas propriedades do material. O vidro temperado, por exemplo, é fabricado a partir do convencional, mas passa por um tratamento térmico diferente, denominado como têmpera. Tal tratamento tem como finalidade estabelecer tensões elevadas de compressão em pontos superficiais do vidro e correspondentes a altas tensões de tração no centro.
Comparado ao vidro convencional, o vidro temperado tem uma elevada resistência mecânica a grandes impactos (cinco vezes maior), além de conseguir suportar variações de temperatura de até 227 °C. O vidro normal, quando quebrado, se fragmenta em grandes pedaços, que muitas vezes são pontiagudos e cortantes. Diferente do vidro convencional, o temperado se fragmenta em pequenos pedaços, com formatos arredondados e menos cortantes, garantindo, mesmo que significativamente, a segurança do usuário. Esse categoria é encontrada em fachadas, portas, janelas, boxes de banheiro, em mesas e em diversos outros produtos.
Outro tipo de vidro vinculado no mercado é o vidro laminado, que é resultado da junção de duas – ou mais – placas de vidro, que são unidas por uma película de plástico conhecida como Polivinil Butiral (PVB) ou resina. O vidro laminado é mais resistente aos impactos do que os outros tipos de vidro e quando quebrado, os fragmentos permanecem colados na película, evitando que o usuário seja cortado. Além disso, por conter a película de PVB na sua fabricação, o vidro laminado é capaz de filtrar cerca de 99,6% dos raios ultravioletas, que é responsável pela descoloração de móveis, tecidos e por causar câncer de pele, sendo capaz também de absorver ondas sonoras, reduzindo os ruídos externos do ambiente em que está. Esse tipo de vidro é encontrado nos para-brisas dos carros, escadas, fachadas, passarelas, janelas e entre outros.
Reciclagem do Vidro
A reciclagem do vidro é um processo sustentável de extrema importância para o meio ambiente. Tal processo pode ser realizado indefinidas vezes e pode apresentar um desperdício nulo do material no processo, impactando diretamente na redução da utilização de energia, na conservação de recursos naturais e na economia, através da geração de empregos. Além disso, o processo de reciclagem contém cinco etapas:
1ª Etapa: Separação. Nesta etapa o vidro passa por uma seleção, sendo separados em distintos grupos que são diferenciados pelo tipo do vidro (ondulados, lisos, utilizados em janelas, em copos, garrafas, etc.), pela sua cor (verde, translúcido, âmbar, azul, etc.) e pela sua espessura, possibilitando que o produto final, contenha as mesmas características que seu produto oriundo.
2ª Etapa: Lavagem. Os grupos formados na etapa de separação passam por uma lavagem, para que todas as impurezas saiam do material e não contamine o novo vidro que será formado.
3ª Etapa: Trituração. Nesta etapa acontece a trituração em micro pedaços, para facilitar a obtenção do vidro fundido na etapa de queima do material.
4ª Etapa: Queima. O material é levado ao forno, separadamente e, são submetidos a uma temperatura acima de 1300 °C, para a obtenção do vidro fundido.
5ª Etapa: Modelagem. Essa é a etapa final da reciclagem, onde o material fundido pode tomar diferentes formas e ter diversas aplicações. Com os moldes, o mesmo pode assumir a forma de uma garrafa, de uma taça, de um enfeite e entre outros produtos, podendo ser novamente comercializado.
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