อุตสาหกรรมแก้วเป็นอุตสาหกรรมที่มีสำคัญต่อเศรษฐกิจของประเทศไทย เนื่องจากเป็นอุตสาหกรรมพื้นฐานของการพัฒนาอุตสาหกรรมอื่นๆ ทั้งอุตสาหกรรมก่อสร้าง อุตสาหกรรมรถยนต์ และอุตสาหกรรมอาหาร การผลิตแก้วในเชิงอุตสาหกรรมจะมีกระบวนการผลิตที่ค่อนข้างซับซ้อนและแตกต่างกันตามชนิดของผลิตภัณฑ์ โดยวัตถุดิบที่ใช้ในการผลิตแก้วสามารถแบ่งออกเป็น 2 กลุ่ม คือ
1. วัตถุดิบหลัก (Main constituents) ได้แก่
- ทรายแก้ว (Sand, Quartz SiO2) เป็นทรายชนิดหนึ่งที่มีซิลิกาเป็นส่วนประกอบกว่า 99.5% ทรายแก้วเมื่อหลอมจะกลายสภาพเป็นโครงสร้างหลักของเนื้อแก้ว ทรายแก้วที่นำมาใช้จะแบ่งชนิดการใช้งานเป็นทรายแก้วขาว ซึ่งมีส่วนผสมของเหล็กอ็อกไซด์(Fe2O3) ในปริมาณที่น้อย เหมาะจะใช้กับการผลิตแก้วใส ส่วนทรายดำหรือสีชาจะมีเหล็กออกไซด์สูงมากกว่า จึงเหมาะที่จะนำไปผลิตแก้วสี เช่น สีชาหรือสีเขียว
- โซดาแอช (Sodium carbonate, Na2CO3) มีคุณสมบัติช่วยลดอุณหภูมิในการหลอมเหลว ทำให้สามารถขึ้นรูปเป็นผลิตภัณฑ์ที่มีรูปทรงซับซ้อนได้ง่ายขึ้น โดยแก้วที่ใช้โซดาแอชเป็นส่วนผสมจะถูกเรียกว่า แก้วโซดาไลม์
- หินปูน (Limestone, CaCO3) มีคุณสมบัติในการเพิ่มความแข็งแรงของเนื้อแก้ว และทำให้แก้วมีความทนทานต่อสารเคมี
- โดโลไมท์ (Dolomite, CaMg(CO3)2) มีคุณสมบัติช่วยลดอุณหภูมิในการหลอมเหลว แต่สิ่งที่ควรระวังของการใช้โดโลไมต์ในสูตรแก้ว คือ อาจทำให้แก้วมีสีเขียว เนื่องจากมีเหล็กออกไซด์ที่ปนเปื้อนมากเกินไป
- หินฟันม้า (Feldspar) มีคุณสมบัติในการเพิ่มความคงทนของเนื้อแก้ว
- อะลูมินา (Alumina, Al2O3) เป็นวัตถุดิบที่ช่วยเพิ่มความแข็งแรงทางเคมี และเพิ่มการทนทานต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลันของแก้วได้มากขึ้น เนื่องจาก Al2O3 มีบทบาทในการทำให้โครงข่ายแก้วมีความแข็งแรงของเพิ่มขึ้น
- เศษแก้ว (Cullet) ส่วนใหญ่เศษแก้วจะถูกใช้ในปริมาณร้อยละ 40-70 เพื่อเป็นตัวช่วยเร่งปฏิกิริยาในการหลอมละลายของวัตถุดิบตัวอื่นๆ การใช้เศษแก้วเป็นส่วนผสมในวัตถุดิบจะช่วยให้สามารถประหยัดพลังงานความร้อนในการหลอมแก้ว เนื่องจากการหลอมเศษแก้วจะใช้พลังงานต่อหน่วยในการหลอมน้อยกว่าการหลอมวัตถุดิบผสม
2. วัตถุดิบรอง (Minor constituents/Additive) การผลิตแก้วนอกจากจะใช้วัตถุดิบหลักแล้ว ยังจำเป็นต้องใช้สารเคมีชนิดอื่น เพื่อปรับปรุงสมบัติของแก้วให้มีความเหมาะสมต่อการขึ้นรูปและการนำไปใช้งาน โดยวัตถุดิบรองที่ใช้ในการผลิตแก้วแสดงดังตาราง
|
หน้าที่ |
สารเคมี |
|
Melting accelerators |
Lithium carbonate (Spodumene), Sodium sulfate (Salt cake), Fluorspar, Sodium nitrate (Saltpetre) oxidizing agent |
|
Refining agents |
Antimony, Arsenic, Cerium oxide, Saltpetre, Sodium sulfate |
|
Colouring agents |
Cadmium, Chromium, Cobalt, Copper, Iron, Selenium |
|
Opacifiers |
Fluorine (Cryolite, Fluorspar), Phosphorus (Bone ash) |
| Decolourising agents |
Cobalt and Selenium, Erbium Neodymium, Manganese |
(ที่มา : กรมวิทยาศาสตร์บริการ, 2556)
กระบวนการผลิตแก้วประกอบด้วยขั้นตอนสำคัญ คือ
1. การเตรียมวัตถุดิบ (Preparing and mixing of raw materials) ในกระบวนการผลิตแก้วต้องควบคุมองค์ประกอบของวัตถุดิบที่ใช้ให้ตรงตามมาตรฐานและคงที่ตามที่คำนวณไว้ จากนั้นชั่งน้ำหนักวัตถุดิบตามปริมาณที่ต้องการ สำหรับเข้าสู่ขั้นตอนการผสมเพื่อให้วัตถุดิบผสมเป็นเนื้อเดียวกัน
2. การหลอม (Melting) การหลอมแก้วประกอบด้วยขั้นตอนย่อย 3 ขั้นตอน คือ การหลอมแก้ว (Melting) การกำจัดฟองก๊าซ (Fining) และการทำให้ส่วนผสมเข้ากันเป็นเนื้อเดียว (Homogenization) การหลอมแก้วเป็นขั้นตอนที่ใช้พลังงานสูงที่สุดในกระบวนการผลิตแก้ว เนื่องจากต้องทำให้เตาหลอมมีอุณหภูมิสูงอยู่ตลอดเวลา โดยอุณหภูมิการหลอมจะแตกต่างกันขึ้นอยู่กับชนิดและองค์ประกอบของแก้ว
3. การขึ้นรูป (Forming) การขึ้นรูปผลิตภัณฑ์แก้วจะต้องขึ้นรูปในขณะที่อยู่ในสภาพที่ก้อนแก้วมีความหนืดที่อุณหภูมิสูง จึงต้องมีการควบคุมความหนืดให้เหมาะสม การขึ้นรูปขึ้นอยู่กับชนิดและลักษณะของผลิตภัณฑ์ โดยวิธีการขึ้นรูปมีอยู่หลายวิธี เช่น การเป่า (Blowing) การอัดด้วยความดัน (Pressing) การดึง (Drawing) การรีด (Rolling) การหล่อแบบ (Casting) เป็นต้น ซึ่งการขึ้นรูปแต่ละวิธีจะทำในขณะที่เนื้อแก้วมีอุณหภูมิและความหนืดในช่วงต่างๆ กัน
4. การอบ (Annealing) ผลิตภัณฑ์แก้วที่ขึ้นรูปแล้วต้องผ่านการอบเพื่อลดความเครียดในเนื้อแก้วจากขั้นตอนการขึ้นรูป และเป็นขั้นตอนที่ทำให้โครงสร้างแก้วมีความเสถียร ความเสถียรของแก้วจะส่งผลทำให้สมบัติต่างๆ ของผลิตภัณฑ์แก้วมีความคงที่ที่อุณหภูมิห้อง
5. การตกแต่ง (Finishing) แก้วบางประเภทเมื่ออบแล้วจะคัดเลือกแก้วที่ไม่ได้คุณภาพออกก่อนที่จะนำไปบรรจุ และแก้วบางประเภทต้องนำไปทำการตกแต่งขั้นสุดท้ายก่อน เช่น การทำความสะอาด การขัดด้วยหินขัด การขัดมัน การตัด การขัดผิวด้วยทรายละเอียด เป็นต้น โดยการตกแต่งขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์การใช้งาน และความต้องการของผู้ใช้ผลิตภัณฑ์
(ที่มา : เอกรัฐ มีชูวาศ, 2560)
ทั้งนี้ เพื่อให้ผลิตภัณฑ์แก้วที่ผลิตได้มีคุณภาพเป็นไปตามมาตรฐานที่กำหนด จึงต้องมีการตรวจสอบคุณภาพของผลิตภัณฑ์ โดยศูนย์เชี่ยวชาญด้านแก้ว กรมวิทยาศาสตร์บริการ ได้ให้บริการวิเคราะห์ทดสอบคุณสมบัติสำคัญต่างๆ ของแก้วตามมาตรฐานอุตสาหกรรมทั้งในประเทศและต่างประเทศ ดังนี้
- การวิเคราะห์ทดสอบทางด้านเคมี (Chemical properties) แก้วเป็นวัสดุที่มีความเสถียรสูงแต่ก็มีความจำเป็นต้องทำการทดสอบทางด้านเคมี เพื่อความมั่นใจของผู้บริโภคและประกอบการส่งออก การวิเคราะห์ทดสอบแก้วทางด้านเคมี ได้แก่ การทดสอบหาองค์ประกอบทางเคมีของแก้ว การทดสอบความทนทานต่อสารเคมี การทดสอบความทนกรด-ทนด่างฟอสเฟต และการทดสอบความทนทานต่อน้ำ
(ที่มา : ศูนย์เชี่ยวชาญด้านแก้ว กรมวิทยาศาสตร์บริการ, 2554)
- การวิเคราะห์ทดสอบทางด้านกายภาพ (Physical properties) เป็นการทดสอบเกี่ยวกับความต้านทานต่อความดันภายใน ความทนทานต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ ความเครียดในเนื้อแก้ว สีและการส่องผ่านของแสง รวมถึงความทนทานต่ออากาศ
(ที่มา : ศูนย์เชี่ยวชาญด้านแก้ว กรมวิทยาศาสตร์บริการ, 2554)
นอกจากนี้ ยังมีการตรวจสอบตำหนิในแก้ว ที่อาจเกิดจากความบกพร่องของเนื้อแก้ว และความบกพร่องในการทำงานของผู้ผลิต โดยตำหนิที่มักพบได้บ่อยในเนื้อแก้ว ได้แก่ เกิดฟองอากาศในเนื้อแก้ว รอยร้าวรอยแตก ผลึกในเนื้อแก้ว แก้วฝ้า และสิ่งปนเปื้อนที่ไม่ละลายในเนื้อแก้ว ดังนั้น การผลิตผลิตภัณฑ์แก้วจึงต้องใช้เทคโนโลยีการผลิตที่มีประสิทธิภาพ มีการควบคุมคุณภาพการผลิต และการวิเคราะห์ทดสอบคุณสมบัติของผลิตภัณฑ์ตามมาตรฐานที่กำหนด เพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์มีคุณภาพและเป็นที่ต้องการของผู้บริโภค
เอกสารอ้างอิง
ณัฐพล เลาห์รอดพันธุ์. บทที่ 2 กระบวนการผลิตแก้ว. [ออนไลน์] [อ้างถึงวันที่ 9 มิถุนายน 2560]
เข้าถึงจาก : https://www.researchgate.net/profile/Nattapol_Laorodphan/publication/286775244_xuts
ahkrrmkarphlitkaew_Glass_Production_Industry/links/566d7e0308ae1a797e4033fb/xutsah
krrmkarphlitkaew-Glass-Production-Industry.pdf
ศูนย์เชี่ยวชาญด้านแก้ว กรมวิทยาศาสตร์บริการ. การบริการวิเคราะห์ทดสอบ. [ออนไลน์] [อ้างถึงวันที่ 12 มิถุนายน 2560]
เข้าถึงจาก : http://lib3.dss.go.th/fulltext/dss_other/glass.pdf
เอกรัฐ มีชูวาศ. ความรู้เบื้องต้นด้าน Glass Science และการวิเคราะห์สมบัติของแก้ว. เอกสารการฝึกอบรมของ
ศูนย์เชี่ยวชาญด้านแก้ว/กลุ่มวัสดุอัจฉริยะและเทคโนโลยีเคลือบผิว, กรุงเทพฯ : กองวัสดุวิศวกรรม กรมวิทยาศาสตร์บริการ, 2560.
