Пирекс

Пирекс — это торговая марка боросиликатного стекла, известного своей высокой термостойкостью и химической инертностью. Под этим брендом выпускается широкая номенклатура изделий: от лабораторной посуды и кухонной утвари до промышленного оборудования и компонентов осветительных приборов. Ключевой особенностью материала является чрезвычайно низкий коэффициент термического расширения, что позволяет посуде выдерживать резкие перепады температур без разрушения.

История

Изобретение и первые годы

История Пирекса началась в 1908 году, когда немецкая компания Schott AG разработала и запатентовала боросиликатное стекло под названием «Duran». Почти одновременно, в 1915 году, американская корпорация Corning Glass Works (ныне Corning Incorporated) представила собственную версию термостойкого стекла, получившую торговую марку Pyrex. Первоначально материал использовался для изготовления железнодорожных фонарей и сигнальных ламп, где требовалась устойчивость к нагреву от ламп накаливания и перепадам температур на улице.

В 1915 году компания Corning запустила производство кухонной посуды из Пирекса. Идея принадлежала жене одного из учёных компании, Джесси Литтлтон, которая заметила, что отрезанное дно лабораторной колбы отлично подходит для выпечки. Первая линейка включала формы для запекания, кастрюли и чашки для измерения объёмов. Успех был мгновенным: домохозяйки оценили возможность готовить прямо на огне и в духовке, а затем ставить посуду в холодильник.

Развитие и расширение ассортимента

В 1920-х годах Пирекс стал стандартом для лабораторной посуды в США и Европе. Благодаря прозрачности, термостойкости и устойчивости к большинству химических реагентов, из него начали изготавливать мензурки, колбы, пробирки, чашки Петри и бюретки. В 1930-х годах появилась линейка «Pyrex Flameware» для использования на газовых плитах, а в 1940-х — специализированная посуда для микроволновых печей.

В 1950-е годы ассортимент расширился за счёт декоративных элементов: на посуду начали наносить цветные эмали и узоры. В 1960-х годах Пирекс стал популярен в качестве материала для оптических компонентов (линзы, зеркала) и электроизоляторов. В 1970-х годах компания Corning начала лицензировать производство посуды под маркой Пирекс другим производителям, что привело к появлению продукции из обычного натрий-кальциевого стекла, не обладающей термостойкостью оригинала.

Современный этап

В 1998 году Corning продала подразделение потребительских товаров компании World Kitchen (позже — Instant Brands), которая продолжила выпуск кухонной посуды из натрий-кальциевого стекла. Лабораторное и промышленное направление осталось под контролем Corning. В 2000-х годах бренд Пирекс стал ассоциироваться с двумя принципиально разными типами стекла, что вызвало путаницу среди потребителей.

В 2010-х годах в связи с ростом популярности здорового питания и интереса к термостойкой посуде, продажи Пирекса вновь выросли. В 2020 году компания Instant Brands обанкротилась, но бренд Pyrex был выкуплен и продолжает существовать. В настоящее время под маркой Пирекс выпускается как лабораторная посуда из боросиликатного стекла, так и кухонная утварь из закалённого натрий-кальциевого стекла.

Химический состав и свойства

Состав

Классический Пирекс изготавливается из боросиликатного стекла, основными компонентами которого являются:

• Диоксид кремния (SiO₂) — 80–81 %
• Оксид бора (B₂O₃) — 12–13 %
• Оксид натрия (Na₂O) — 4–5 %
• Оксид алюминия (Al₂O₃) — 2–3 %
• Незначительные примеси оксидов калия, кальция, магния и железа.

Физико-химические свойства

• Термостойкость: выдерживает нагрев до 500 °C (длительно) и кратковременно до 600 °C. Разница температур между нагретой и холодной частью может достигать 200–250 °C без разрушения.
• Коэффициент термического расширения (КТР): 3,3 × 10⁻⁶ /K (для сравнения, у обычного стекла — 8–10 × 10⁻⁶ /K).
• Плотность: 2,23 г/см³.
• Твёрдость по Моосу: 5–6.
• Показатель преломления: 1,473.
• Химическая стойкость: устойчиво к действию воды, кислот (кроме плавиковой и горячей фосфорной), щелочей, органических растворителей. Не вступает в реакцию с большинством пищевых продуктов.
• Прозрачность: пропускает более 90 % видимого света, обладает низкой ультрафиолетовой проницаемостью.

Отличия от современного «Пирекса»

Современная кухонная посуда под маркой Пирекс (особенно произведённая после 1998 года) часто изготавливается из закалённого натрий-кальциевого стекла. Его состав: 70–75 % SiO₂, 10–15 % Na₂O, 5–10 % CaO, а также оксиды магния, алюминия и калия. Такое стекло:

• имеет КТР около 8 × 10⁻⁶ /K (в 2,5 раза выше, чем у боросиликатного);
• выдерживает нагрев до 250–300 °C;
• менее устойчиво к резким перепадам температур (может лопнуть при контакте с холодной водой на горячей поверхности);
• дешевле в производстве и более прочно на удар (благодаря закалке).

Виды и классификация

По материалу

1. Боросиликатный Пирекс — оригинальный термостойкий материал. Используется для лабораторной посуды, промышленных деталей, оптики.
2. Натрий-кальциевый Пирекс — современная кухонная посуда. Менее термостойка, но более ударопрочна.

По назначению

• Лабораторная посуда: мензурки, колбы, пробирки, чашки Петри, эксикаторы, бюретки, пипетки.
• Кухонная посуда: формы для выпечки, кастрюли, сковороды, чашки для измерения, контейнеры для хранения, чайники.
• Промышленные изделия: смотровые окна, трубопроводы, реакторы, изоляторы, компоненты осветительных приборов.
• Оптические компоненты: линзы, зеркала, призмы (в основном для научных и промышленных целей).
• Медицинские изделия: пробирки для анализов, контейнеры для образцов, шприцы (реже).

Производство

Сырьё и шихта

Основные компоненты (кварцевый песок, бура, сода, глинозём) смешиваются в определённых пропорциях для получения шихты. Для боросиликатного стекла требуется высокая чистота сырья, особенно по содержанию железа (менее 0,05 %), чтобы избежать окрашивания.

Плавление

Шихта загружается в ванные печи непрерывного действия, где нагревается до 1500–1600 °C. Процесс плавления длится 24–48 часов. После осветления (удаления пузырьков газа) стекломасса поступает в формующие устройства.

Формование

• Выдувание: для полых изделий (колбы, чашки) используется ручное или механическое выдувание в формы.
• Прессование: для плоских изделий (формы для выпечки, смотровые окна) применяется прессование в стальных формах.
• Литьё: для сложных промышленных деталей (реакторы, трубопроводы) используется центробежное или статическое литьё.

Отжиг

После формования изделия помещают в отжиговые печи (камеры отжига), где медленно охлаждают от 500–600 °C до комнатной температуры в течение 6–12 часов. Это снимает внутренние напряжения, делая стекло прочным и термостойким.

Контроль качества

Каждое изделие проходит визуальный осмотр, проверку на герметичность (для полых изделий) и термостойкость (нагрев до 300 °C с последующим резким охлаждением). Для лабораторной посуды дополнительно проводят химический анализ на устойчивость к реагентам.

Применение

Лабораторная практика

Пирекс является стандартным материалом для химических лабораторий благодаря своей термостойкости и химической инертности. Из него изготавливают:

• мерную посуду (мензурки, колбы, бюретки);
• реакционную посуду (колбы для нагрева, пробирки);
• посуду для культивирования микроорганизмов (чашки Петри);
• эксикаторы и десикаторы;
• детали установок для перегонки и синтеза.

Кулинария и домашнее хозяйство

В быту Пирекс используется для:

• выпечки (формы для кексов, хлеба, запеканок);
• приготовления на плите (кастрюли, сковороды — только боросиликатный вариант);
• хранения продуктов (контейнеры с крышками);
• измерения объёмов (мерные чашки);
• подачи блюд (салатники, тарелки).

Промышленность и техника

В промышленности Пирекс применяется для:

• смотровых окон в печах, автоклавах, реакторах;
• трубопроводов для агрессивных жидкостей и газов;
• изоляторов в высоковольтных линиях;
• компонентов осветительных приборов (линзы, рефлекторы);
• деталей вакуумных установок.

Медицина

В медицинской практике Пирекс используется для:

• пробирок для анализов;
• контейнеров для хранения образцов;
• шприцев (исторически, в настоящее время вытеснены пластиком);
• деталей оборудования для диализа и переливания крови.

Интересные факты

• Первая партия Пирекса была продана в 1915 году по цене 1 доллар за набор из 5 предметов.
• В 1920-х годах Пирекс использовался для изготовления фар для автомобилей и авиационных фонарей.
• Во время Второй мировой войны Пирекс применялся для производства оптических прицелов и перископов.
• Самая большая в мире линза из Пирекса (диаметром 1,5 метра) была установлена в телескопе обсерватории Маунт-Вилсон в 1930-х годах.
• В 1960-х годах Пирекс использовался для изготовления корпусов космических аппаратов (например, «Маринер-2»).
• В России под маркой Пирекс часто понимают любую термостойкую стеклянную посуду, независимо от производителя.

Критика и безопасность

Путаница с составом

Основная критика в адрес бренда Пирекс связана с тем, что под одной маркой продаются изделия из принципиально разных материалов. Потребители, привыкшие к термостойкости боросиликатного стекла, могут использовать натрий-кальциевую посуду в условиях, для которых она не предназначена (например, ставить на открытый огонь), что приводит к её разрушению.

Риски при использовании

• Термический шок: даже боросиликатный Пирекс может треснуть при резком перепаде температур, если нагрев или охлаждение происходит неравномерно (например, при контакте с мокрой поверхностью).
• Механические повреждения: царапины и сколы снижают термостойкость и могут привести к разрушению при нагреве.
• Выделение бора: теоретически, при длительном контакте с кислыми продуктами (особенно при высоких температурах) возможно незначительное выделение ионов бора. Однако исследования показывают, что концентрации находятся в пределах нормы и не представляют опасности для здоровья.

Экологические аспекты

Стекло Пирекс полностью перерабатываемо, но из-за высокого содержания бора его переработка требует специальных технологий. В большинстве стран изделия из Пирекса не принимаются в обычные контейнеры для стеклотары.

Источники

1. Corning Incorporated. «A History of Pyrex». Corning Museum of Glass, 2015.
2. Schott AG. «Borosilicate Glass: Properties and Applications». Technical Brochure, 2018.
3. ASTM E438-92. «Standard Specification for Glasses in Laboratory Apparatus». ASTM International, 2018.
4. «Pyrex: The Story of a Brand». Journal of Consumer Culture, vol. 12, no. 3, 2012.
5. «Боросиликатное стекло: свойства и применение». Химическая промышленность, № 4, 2019.
6. «Стекло Пирекс: история и современность». Наука и жизнь, № 7, 2020.