Mitä lasi on?
Lasi on amorfinen kiinteä aine, jolta puuttuu pidemmällä välillä säännöllinen atomirakenne, ja jolla on lasimuutosalue. (Shelby 2005)
Perinteisen määritelmän mukaan lasi on epäorgaanista, sulattamalla valmistettua ainetta. Lasia muodostuu, kun kiteiset raaka-aineet kuumennetaan sulaksi. Jäähtyessään sula ei ehdi muodostamaan uudelleen säännöllistä kiderakennetta, vaan atomit jäävät järjestymättömään, amorfiseen tilaan.
Lasia syntyy sopivissa olosuhteissa myös luonnossa. Obsidiaani on tuliperäisen toiminnan synnyttämää luonnonlasia, jota esihistorialliset ihmiset käyttivät esimerkiksi nuolenpäiden ja muiden tarvekalujen valmistukseen. Luonnonlasia muodostuu myös vaikkapa salaman iskiessä maaperään – fulguriitti eli ukonvaaja –, meteoriittien törmäyksessä ja ydinräjähdyksissä.
Lasilaadut
Eri lasilaatuja on hyvin suuri määrä. Kullakin lasilaaduilla on tietty, muista poikkeava raaka-ainekoostumus. Tässä yhteydessä keskitytään yleiseen ja kaikille tuttuun lasiryhmään, eli silikaattilaseihin*. Yleisiä silikaattilaseja ovat soodalasi, potaskalasi, lyijykristalli ja borosilikaattilasi. Niitä kaikkia valmistetaan lukuisina variaatioina. Kvartsilasi on piidioksidista valmistettu erikoislasi.
*Silikaatit ovat piin ja hapen yhdisteitä, joihin voi olla yhdistyneenä metalleja tai vetyä.
Uunitekniikoissa käytettävä lasi
Soodalasi
(eli soodakalkkilasi, natronkalkkilasi)
Soodakalkkilasi on yleisin lasityyppi, ja sitä käytetään muun muassa talous- ja pakkauslasissa, tavallisessa tasolasissa sekä sulatuslaseissa. Sen pääraaka-aineet ovat kvartsi, sooda ja kalkki.
Soodakalkkilasin kemiallinen kestävyys on heikompi kuin muiden lasien, eikä se kestä suuria tai äkillisiä lämpötilan vaihteluita. Se soveltuu kuitenkin hyvin eri tuotantomenetelmiin: se on monipuolisesti muokattavissa, kovaa ja kestävää, ja sen valmistus on edullista eikä vaadi erityisen korkeita lämpötiloja.
Potaskalasi
Potaskalasissa sooda on kokonaan tai osittain korvattu potaskalla. Se on soodalasia kirkkaampaa ja kestävämpää, ja sitä käytetään korkealaatuisessa talouslasissa.
Kristallilasi
Kristallilasin raaka-aineita ovat kvartsi, potaska ja lyijyoksidi. Suomessa kristallisen koriste- ja käyttölasin valmistus päättyi 1990-luvun puolivälissä.
Aidossa kristallissa, eli täyskristallissa on nykymääritelmän mukaan vähintään 24 prosenttia lyijyä. Lyijyn ansiosta kristalli on pehmeää, painavaa ja hyvin valoa taittavaa, minkä vuoksii se sopii erinomaisesti viistehiontaan (kristallihionta). Kun lyijykristallia napauttaa, sen ääni helähtää kauniisti ja pitkään.
Puolikristallissa lyijyoksidia on 9–18 prosenttia.
Myös muu kuin kristalliksi luokiteltava lasi voi sisältää lyijyä, sillä se on tärkeä ainesosa esimerkiksi tiettyjen lasivärien aikaansaamisessa.
Kristalliksi tai böömiläiseksi kristalliksi kutsutaan toisinaan myös lyijyttömiä lasilaatuja niiden kirkkauden tai hyvän valontaittokyvyn vuoksi.
Lyijylasissa on lyijyä huomattavan paljon – jopa suurin osa sen raaka-aineista. Sitä käytetään erikoistarkoituksiin, kuten säteilysuojalaseihin.
Kristallisessa astiassa ei kannata säilyttää pitkään alkoholia tai happamia elintarvikkeita, koska lasista saattaa liueta lyijyä joukkoon. Lyijylasipölyltä on hyvä suojautua hengistyssuojalla. Aiemmin, kun lyijykristallia vielä valmistettiin Suomessa, altistuminen lyijypitoiselle mängille lasin sulatusvaiheessa aiheutti merkittävän lyijymyrkytysriskin.
Borosilikaattilasi
Borosilikaattilasi sisältää boorioksidia, ja sen sulatus- ja työlämpötila ovat korkeita. Se on kemiallisesti kestävää ja sillä on hyvin pieni lämpölaajenemiskerroin. Borosilikaatti kestääkin hyvin kuumuutta ja nopeita lämmönvaihteluita.
Borosilikaattilasia käytetään monissa erilaisissa käyttökohteissa laboratoriovälineistä linsseihin ja uuniastioihin. Uunitekniikoissa borosilikaattilasia käytetään harvoin, pääasiassa sen korkean työlämpötilan vuoksi. Lampputyöhön borosilikaattilasi sopii erinomaisesti. Pienen lämpölaajemisen ansiosta suuriakin esineitä voi kuumentaa ja muotoilla liekissä varsin vapaasti ilman pelkoa lasin särkymisestä.
Borosilikaattilasi kehitettiin Jenassa, Saksassa, 1800-luvun lopulla. Corningin lasitehdas aloitti PYREX® -borosilikaattilasituotteiden valmistuksen vuonna 1915.
Lasin raaka-aineet
Lasin rungon muodostavat aineet, jotka voivat yksinäänkin sulaessaan muodostaa lasia. Tärkein lasinmuodostaja on piidioksidi, jota saadaan kvartsihiekan muodossa. Muita lasinmuodostajia ovat muun muassa boori ja fosfori. Puhtaasta piidioksidista valmistettu kvartsilasi soveltuu erityisiin käyttökohteisiin, mutta sen korkea sulamislämpötila ja rajoitetut valmistusmenetelmät estävät sen käytön tavallisena käyttölasina.
Sekoittamalla kvartsiin muovaajia, kuten soodaa tai potaskaa, saadaan sulamislämpötilaa alennettua. Tämä yhdistelmä ei kuitenkaa ole kemiallisesti kestävä – syntyy natriumsilikaattia eli vesilasia, joka liukenee kiehuvaan veteen. Kun lasimassaan lisätään oikeassa suhteessa kalkkia, saadaan kestävää lasista.
Puhtaista raaka-aineista sulatettu lasi on väritöntä ja läpinäkyvää. Epäpuhtauksien aiheuttamia sävyvirheitä voidaan korjata värinpoistolla.
Lasin väriä muutetaan väriaineilla. Värin muodostuminen on monimutkainen prosessi, johon vaikuttavat lasin raaka-ainekoostumuksen lisäksi muun muassa metallioksidin muoto, prosessin atmosfääri, sulatuslämpötila sekä sulatuksen kesto.
Suoravärjäys, ionivärjäys
Suurin osa värilaseista saadaan aikaan suoravärjäyksellä tai ionivärjäyksellä. Väri muodostuu kemiallisessa reaktiossa, kun lasiin lisätyt metallioksidit tai -sulfidit liukenevat lasiin, jolloin saadaan aikaan laaja värikirjo. Nämä värit ovat myös hyvin pysyviä. Joskus metalliyhdisteitä on enemmän kuin lasimassassa voi olla liuenneena. Esimerkiksi aventuriinilasissa osa kromista tai kuparista kiteytyy silmin nähtäviksi, valoa heijasteleviksi kiteiksi.
Kolloidivärit (lämmitysvärit)
Tietyt metalliyhdisteet muodostavat lasiin hyvin pieniä hiukkasia tai kiteitä. Alkuun lasi on väritöntä tai kevyesti sävyttynyttä, mutta uudelleenlämmityksen aikana kiteet kasvavat ja saavat aikaan voimakkaamman värin. Värin lopulliseen sävyyn vaikuttavat lasin koostumus sekä uudelleenlämmityksen lämpötila ja kesto. Väri muuttuu jokaisella uudella lämmityskerralla.
Yleisimpiä kolloidivärjäyksessä käytettäviä metalleja ovat kulta, seleeni, hopea ja kupari. Tunnetuin lämmitysväri on punainen rubiinilasi. Lämmitysvärejä on myös uunitekniikoihin tarkoitetuissa sulatuslaseissa, esimerkiksi Bullseyen ˮstrikingˮ värit
Lämmitysvärejä on myös uunitekniikoihin tarkoitetuissa sulatuslaseissa. Vasemmanpuoleinen vaalean sininen lasi on Bullseyen Violet Striker (1234) ennen polttoa, oikealla sama lasi sulatettuna kirkkaan lasin päälle.
Opaalilasi
Opaalilasia valmistetaan fluori- tai fosfaattikiteiden avulla. Kiteet hajottavat valoa eri suuntiin, jolloin lasi näyttää valkoiselta tai läpikuultavalta. Opaalilasi sopii hyvin esimerkiksi valaisimiin.
Luulasi saa nimensä fosfaattin lähteen, eli luutuhkan mukaan.
Raaka-aineiden sulatus lasiksi
Raaka-ainekoostumusta muuntelemalla lasin ominaisuuksia voidaan säätää monipuolisesti valmistusmenetelmän, käyttökohteiden tai ulkonäön vaatimusten mukaisesti.
Raaka-aineseos, mänki, sulatetaan lasiksi yleensä yhdessä valmiin lasin murskan (siru, pintti) kanssa noin 1400–1600 °C lämpötilassa. Niin kuumaa lasia ei kuitenkaan työstetä, vaan sopiva työlämpötila on yleensä noin 1000 °C.
Sula lasi on kuumana hunajamaisen valuvaa. Lämpötilan laskiessa lasi muuttuu vähitellen jähmeämmäksi, kunnes on lopulta kiinteää. Ja toisin päin, kun lasia kuumennetaan uudelleen, se pehmenee asteittain lämpötilan mukaisesti. Tämä ominaisuus mahdollistaa muotoilun: pehmeää lasimassaa voidaan työstää haluttuun muotoon, ja kun lämpötila lasketaan nopeasti tarpeeksi alas, esine säilyttää muotonsa. Suurin osa lasinvalmistusmenetelmistä perustuu tähän ominaisuuteen.
Lasin valmistus – kuuma lasi
Lasin valmistusmenetelmiä on monia, pienimuotoisesta suupuhalluksesta ja hyttityöstä teolliseen käyttö-, pakkaus- tai tasolasin massatuotantoon. Aluksi raaka-aineet sulatetaan lasiuunin upokkaassa tai vannassa. Lasihyteissä käytetään toisinaan esisulatettuja lasipalasia, nuggetteja, mängin sijaan. Kuuma lasi muotoillaan esineeksi, ja kun se on valmis, esine siirretään erilliseen jäähdytysuuniin. Joissakin valmistusmenetelmissä erilliset työvaiheet yhdistyvät. Esimerkiksi float-lasin valmistus on jatkuva prosessi, jossa pitkän valmistuslinjan alkupäässä lisätään raaka-aineet ja loppupäässä paloitellaan valmis lasilevy sopiviksi kappaleiksi.
Puolivalmisteiden lämpömuokkaus
Lasin uunitekniikoissa ja lampputyössä käytetään puolivalmisteita eli valmista lasia eri muotoisina kappaleina: levyinä, puikkoina, putkina tai murskana. Lasi kuumennetaan ja muokataan uuteen muotoon – uunitekniikoissa uunissa, lampputyössä kaasuliekissä.
Lasin uunitekniikat eroavat esimerkiksi lampputyöstä tai lasinpuhalluksesta siinä, ettei lasia yleensä muokata aktiivisesti käsin. Sen sijaan kuuma lasi saa muotonsa passiivisesti muotin, lasin ominaisuuksien, lämpötilan, painovoiman ja ajan yhteisvaikutuksella. Esineitä eri myöskään jäähdytetä erikseen, vaan lasin kuumennus, muovaus ja jäähdytys tapahtuvat polton aikana. Uunitekniikoissa käytetään harvoin yli 900 celsiusasteen työlämpötiloja.
Lampputyö muistuttaa lasinpuhallusta pienoiskoossa: liekissä sulatettua lasia muotoillaan vapaasti, sitä voidaan jopa puhaltaa tai puristaa pieniin muoteihin. Lampputyön sijaan laboratoriolasin valmistusta tai neonputkien valmistusta kutsutaankin toisinaan lasinpuhallukseksi, ja tiloja lasinpuhaltamoksi. Lasihelmien tekijät puolestaan tekevät usein helmityötä – tai lamppuhelmiä.
Kylmätyö
Kylmätyöllä tarkoitetaan valmiin lasin työstöä esimerkiksi leikkaamalla, hiomalla tai hiekkapuhaltamalla.
Lasia käytetään "kylmänä" tietenkin myös monissa taidelasitöissä mosaiikkilasista kuparifoliotekniikkaan.