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TEMA 5. LAS PIEDRAS ARTIFICIALES: LOS VIDRIOS
- Fundamentos del vidrio
1.1. Composición y estructura del vidrio. Propiedades físicas generales del vidrio. Materias primas del vidrio.
El vidrio es una piedra artificial de obtención el caliente. Necesita una mayor temperatura de cocción o de obtención que la cerámica. Las piezas se moldean en caliente, lo que supone un inconveniente o dificultad. La materia prima: arena de cuarzo, lo más pura posible.
Origen: Se remonta a la civilización fenicia. Se utilizó en Mesopotamia, Egipto, Roma…fueron los romanos los que introdujeron modelos de moldeo nuevos como el soplado. Hasta entonces el moldeo había sido por colada. En general, estos pueblos lo consideraban como un material de lujo, empleado para cerramientos de los palacios y espejos. El vidrio era pequeño y con deformaciones, pues no había suficiente tecnología. En la Edad Media, la artesanía del vidrio era conocido en los conventos. En el siglo XII, en Venecia destacó por la fabricación de vidrio, que fue trasladado a la isla de Murano. Es a partir del siglo XVIII cuando el vidrio toma importancia, apareciendo varios tipos del mismo. En el siglo XIX aparece el vidrio industrial, dejando de ser algo artesanal. En el siglo XX revoluciona la arquitectura, empleando vidrio y metal.
El vidrio es una disolución sólida de dos o más silicatos (de Na y K; Ca y Pb) que se obtiene por fusión a altas temperaturas. Tiene estructura vítrea, es decir, amorfa o sin orden molecular.
Aunque coloquialmente al vidrio se le llama cristal o cristal vítreo, este término es incorrecto, pues el vidrio es diferente al cristal en:
- Es cristal tiene una estructura cristalina hexagonal (exacta y rígida que se repite en el espacio) y el vidrio amorfa (retícula desordenada molecularmente).
- El estado vítreo es isótropo (mismas propiedades en misma dirección) y el cristalino es anisótropo (sus propiedades varían según la dirección).
- Ambos tienen la misma composición química: SiO (^2)
- Un estado cristalino se destruye por fusión, disolución o dispersión; transformando su estado cristalino al vítreo. Un vidrio no se destruye por estas condiciones, pues su estructura se mantendrá.
- La estructura del vidrio correspondería a la de un líquido (estructura desordenada) pero tendrá propiedades de los sólidos (dureza).
- Frente al calor se comporta como un material viscoso. Tendrá una viscosidad inversamente proporcional a la temperatura. A medida que se calienta se vuelve menos viscoso. Así a temperatura ambiente tendrá apariencia de sólido cristalino.
- Cuando se calienta por encima de 1750º un cristal de cuarzo, la estructura cristalina se convierte en amorfa. Como la temperatura de fusión es muy alta, se añade a la arena de cuarzo unos fundentes que reducen la temperatura de fusión a unos 900º.
- Temperatura de transición vítrea: intervalo de temperaturas en los que se reblandecen.
- Material inerte si no contiene Pb. Protege mucho a los líquidos que contiene de la contaminación exterior.
Las propiedades de los vidrios son:
- Densidad: en el vidrio coinciden la densidad real y la aparente, pues no es un material poroso. Varía mucho su densidad según su composición: vidrios alcalinos 2,6 gr/cm 3 ; vidrios de plomo hasta 8 gr/cm 3.
- Dureza: más duros cuanto más contenido en cuarzo y más blandos cuanto más contenido en plomo.
- Conductividad: es muy poco conductor del calor y de la electricidad. Es aislante.
Otros elementos denominados tierras raras (óxido de arsénico y manganeso) decoloran. Para conseguir vidrios opacos o opalinas se utilizan fosfato tricálcico. Para colorear: el rojo carmín (óxido de cobre o de oro), azul (cobalto), verde (cromo), amarillo (plata), pardo (cromo).
- Elementos que facilitan la fusión: el calcín o vidrio triturado (no confundir con costra) facilita que todos los componentes se fundan y se mezclen mejor.
1.2. Variedades compositivas del vidrio.
- Clasificación de los vidrios según su composición:
- Cálcico-sódico: se conoce como vidrio común de ventana o de botella. La sílice, material vitrificante, tiene muchas impurezas dando color ámbar o verde. Va a ser de dureza media, poco brillante y poco sonoro. Polisilicato de calcio y de sodio. 72% óxido silicio, 15% óxido de sodio y 18% óxido de calcio. Y lleva colorantes y aditivos para proporcionar diferentes colores.
- Cálcico-potásico: se empieza a usar el potasio como fundente a partir de la Edad Media, obteniendo un vidrio de más calidad: más resistente, más transparente…pero con temperatura alta de fusión. Se conoce también como cristal de bohemia. Se ha usado mucho para tallar.
- De plomo o plúmbico—potásico: a partir del siglo XVII-XVIII. Se sustituye en plomo por el calcio como insolubilizante. Es más transparente y brillante que los anteriores. La dureza y densidad dependerá de la proporción en plomo. Podrá haber más óxido de plomo (hasta un 80%) que de sílice. El plomo añade una sonoridad metálica aguda. El plomo disminuye la temperatura de fusión y la fragilidad y aumenta la refracción (propiedades ópticas brillantes) Es el de mayor calidad. Se conoce como cristal de plomo. Se recomienda no usar estos recipientes con líquidos ácidos o cítricos como almacenamiento por la alta toxicidad del plomo.
- Bórico o borosilicato: surge al final del XIX-principios del XX. Tienen coeficiente de dilatación muy bajos, por lo que resisten grandes cambios de temperaturas (choques térmicos). Se conoce como vidrio pírex o vidrio de gena. El óxido de boro como fundente. Se ha utilizado para material de laboratorio.
- De cuarzo: es un 99% material vitrificante. Van a ser muy caros por la pureza de su materia prima. Se utilizarán para usos concretos como para material óptico y tecnología analítica.
- Tecnología del vidrio.
2.1. Proceso de elaboración.
- Triturar las materias primas en distintos tipos de molinos (de bolas, de muelas…)
- Se añade el calcín, mezclando los componentes.
- Fusión o enfornado de la mezcla. Se obtiene un vidrio más o menos transparente. Se realizará en hornos, normalmente intermitentes, dentro de unos recipientes crisoles (refracctarios). Con el desarrollo de la industria se han pasado a utilizar hornos continuos en recipientes llamados cubetas. La fusión se dará en fases: - Reacción química donde se forman los silicatos. - Fase de fusión afinada-homogeneización: la mezcla ya fundida se estabiliza al subir la temperatura del horno. - Fase de reposo y acondicionamiento térmico: se baja la temperatura del horno para realizar el moldeado y poder manejar la masa viscosa. Se estabiliza más la mezcla y aumenta la consistencia.
- El moldeo o conformado: Se realiza en caliente mediante diferentes técnicas. No se puede dejar enfriar, pues las tensiones del moldeado producen fracturas que darán como resultado una deformación.
- Tratamiento de acondicionamiento térmico de recocido: Para evitar que esas condiciones internas generen fragilidad en la pieza. El recocido no se hace a tanta temperatura, sino a la suficiente para que la pieza se
fundido, girando sobre un mármol la masa al tiempo que se soplaba por el otro lado de la caña introduciendo una burbuja de aire en el centro. Hay que calentar el vidrio constantemente. El soplador, tenía bancos de trabajo de brazos metálicos, donde se apoyaba la caña y mientras con herramientas iba dando forma a las piezas. Muchas veces se repasaban las piezas con papeles mojados de periódicos para dar brillo. El sobrante o calota unido a la caña se eliminaba con un corte en el fuego.
■ Soplado con molde : técnica mixta de soplado y prensado. Cuando ya se conseguía meter el aire en la masa, se metía ésta en un molde, dando la forma dentro de un molde. El sobrante también se cortaba con un anillo de fuego.
■ Soplado mecánico o industrial:
✓ Soplado-soplado: en botellería. Se hace un soplado en dos moldes diferentes: uno pequeño con una pequeña burbuja y otro grande con soplado a presión.
✓ Succión-soplado: el vidrio fundido en un tanque se succiona mediante una boquilla, que se saca cortando el extremo y se introduce en un paredón donde se sopla. La cantidad de vidrio es exacta.
✓ Prensado-soplado: de esa cinta gotea el vidrio en un molde, que tiene un extremo abierto, y mediante un émbolo se presiona. Luego se introduce la burbuja de aire y se gira. Después se mete en otro recipiente y se sigue soplando.
✓ Laminado-soplado : para hacer bombillas. La máquina recibe a través de un orificio del canal de alimentación, un chorro continuo de vidrio, cuyo caudal puede regularse variando la profundidad de inmersión de un punzón. Este chorro incide entre dos pequeños rodillos laminadores que le transforman en una banda continua de vidrio. La masa de vidrio se lamina. Esta masa pasa por una cinta transportadora con agujeros, descolgándose la masa, que cae en un molde. Después se soplará el vidrio por sistemas de aire a
presión.
- Vidrio plano o laminar: para hacer cerramientos y espejos.
El sistema de colado en molde se utilizaba desde tiempos romanos. Se empezó a fabricar vidrio plano por soplado, dejando el sistema de colada, por varios sistemas:
■ Sistema de corona o civas: para cristales de dimensiones pequeñas. Se empleó en toda Europa para cerramientos y vidrieras. Procedimiento: soplado a boca. A base de girar la caña conseguimos una torta plana y redonda que se abre para conseguir un vidrio plano circular.
■ Sistema de botellón: procedimiento: soplado a boca. L a dirección del soplado cambia constantemente: hacia abajo y hacia arriba hasta formar una botella redonda (1 m de longitud) a la que había que cortar los casquetes para luego abrirlo. Luego se desenrollaba para conseguir un vidrio plano.
■ Sistema de manchón: procedimiento: soplado-estirado mecánico. A partir del siglo XIX. Sistema mixto en que se realiza una masa de vidrio gruesa
✓ El grabado : consistirá en realizar marcas o dibujos sobre la superficie, según diferentes procedimientos:
- El esmerilado : se hace con un chorro de arena, protegiendo con una chapa o plantilla de estarcir la parte que no se quiere grabar. En la parte a grabar se proyecta el chorro de arena de cuarzo o de polvo de corindón o esmeril para conseguir mayor dureza. Es un sistema muy rudimentario, y se utiliza para grandes superficies, que no deja perfiles de grabados nítidos.
- Muela de disco: previamente se realiza a mano el dibujo sobre la pieza. Luego se grabará con discos de diferente grano, tamaño y material; junto a un material abrasivo como el chorro de agua. Luego se podrá dejar la superficie mate o incluso se le dará transparencia y brillo mediante una rueda de corcho.
- Punta de diamante: punzón o lápiz con una punta de diamante o punta de acero endurecido al tungsteno.
- Químicos:
- Ácido fluorhídrico: se recubre la pieza de un barniz protector. Luego se rasca o se levanta con un punzón la parte que se quiere grabar y se sumerge la pieza en el ácido, que atacará las zonas desprotegidas.
- En caliente:
- Moldeado: hacer moldeados añadiendo piezas de vidrio. Adiccioón con cañas (tubos finos vidrio dando efectos de plata) o cordones macizos de vidrio. Filigranas (dos o tres cordones entrelazados haciendo dibujos decorativos). Latticinio (color blanco y opaco, q luego se decora externamente con cordones añadiendo polvo de hueso u óxido de estaño) y millefiori (decoraciones florales hechas con cordoncitos)
- Intermedios (frío o caliente):
- Esmaltado: colorear el vidrio con una decoración haciendo dibujos decorativos sobre vidrio transparente. Se suelen aplicar colores cerámicos, añadiendo a esos óxidos metálicos unos fundentes (bórax, plomo, sílice, compuestos alcalinos, boras) a través de una frita (fusión). Esta mezcla se tritura y se aplica en el vidrio. También se pueden recocer para lograr colores más vivos o una mayor fijación. Los colores se aplican a mano, con estarcido, aerografía, serigrafía, usando plantillas…Como resultado obtendremos un color vidriado, transparente, liso y duradero. Se puede decorar con óleos o lacas en frío.
- Dorado: aplicar pan de oro sobre el vidrio a través de una sustancia mordiente, o aplicando el pan de oro en polvo con el pincel a partir de una disolución en adhesiva como goma arábiga - Para meterlo dentro de ranuras en una talla.
En caliente, se mete una lámina de oro entre dos de vidrio. Es mucho más duradero. Para objetos que se tienen que lavar o rozar. Otra manera: Mediante una amalgama de mercurio y oro o con cloruro de oro en agua destilada hirviendo.
- El azogado es un tratamiento decorativo para la obtención de espejos. Proceso elaboración: se cubre una luna de vidrio para conseguir superficie reflectante a partir de sales de mercurio (muy tóxico). Desde el siglo XIX se ha sustituido por plata, a través de un plateado, vertiendo soluciones de sales de plata. La trasera se debe proteger con minio o goma laca para evitar el óxido de la plata. Hoy en día para proteger esta plata se emplean pinturas sintéticas.
1.5. Tratamientos funcionales: Vidrios de protección para bienes culturales: Laminado-blindado. Templado o securizado. Antirreflejante.
✓ Blindados: son laminados. Están formados por lunas normales de vidrio que adhieren mediante calor, interponiendo láminas de polibutiral de vinilo (plástico) entre luna y luna. La lámina
- Intrínsecas:
- Por su composición química.
- Defectos de homogeneidad del producto.
- Fisuras.
- Tratamientos.
- Extrínsecas:
- Químicas:
- Desvitrificación: proceso de alteración del vidrio que se da cuando se pierde el equilibrio entre los silicatos que lo componen. Suele ocurrir con vidrios que han estado enterrados o sumergidos (vidrios arqueológicos). Esto ocurre porque el vidrio se vuelve poroso y pierde átomos de sodio o potasio, lo que da aspecto tornasolado o iriscente y se puede llegar a laminar. Parte del vidrio se mineraliza. Para restaurarlos, se rellenan los poros con materiales como resinas. Pero solo se consigue estabilizar el vidrio, no se consigue la transparencia original.
- Corrosión del vidrio: por agentes naturales y atmosféricos contaminantes del aire. Estos agentes en presencia de agua forman ácidos (más álcalis + ácido es el medio). Para que se corroa el vidrio, debe estar en un ambiente húmedo que determine que esta película de agua sea adsorbida, y que los ácidos se formen. Se da un intercambio protónico que da lugar a una desalcalinización progresiva de la superficie. Si hay fisuras, el proceso incidirá más, pero en principio se manifiesta en picaduras aisladas que se irán profundizando formando una superficie opaca, que no es lisa, y que puede llegar a ser una costra porosa que va avanzando hacia el interior. Formación de capas superficiales de sílice que dan lugar a irisaciones.
- Físicas:
- Microfisuras: tensiones internas creadas por el enfriamiento rápido. Se pueden agrandar, agrietando la pieza del vidrio.
- Oscurecimiento progresivo (proceso químico): se dan sobre todo en los vidrios que contienen óxido de manganeso como impureza,
cuando se exponen a la luz. Pasará a un estado oxidado por foto oxidación, pasando de un color lila a violeta.
- Biológicas:
- Microorganismos: tienden a atacar la capa interna del vidrio, provocando picaduras o aprovechar las ya hechas. Se da produce porque el vidrio contiene aglutinantes orgánicos que sirven de alimentación a estos seres. Los más implicados serán las bacterias (sulfúreas, ferronitrógenas, ferrosas), pero también habrá hongos y algas, líquenes o musgos. Estos organismos excretarán ácidos orgánicos al medio, que atraparán incluso iones del vidrio, provocando más desalcalinizaciones. Tratamiento: cerrar poros, conservación pasiva (baja H.R), limpiezas en húmedo, disolventes, en seco, resinas.
- Condiciones ambientales.
