Mai 2002 - n°68

Pourquoi le verre borosilicaté 3,3 est-il indispensable en laboratoire ?
SCHOTT et la verrerie de laboratoire DURAN®

M. Jean-Claude DEHONDT / Mme Christine GUERNIGOU
Tel : 01.40.87.39.65 / Fax : 01.40.87.39.97 / E-mail : ger@schott.fr / http://www.schott.fr

Tout a commencé il y a 7000 ans, lors de la surchauffe du four d’un jeune potier égyptien ; un mélange de sable, de chaux et de soude qui, sous l’effet de la chaleur, donne naissance à une glaçure… c’est la découverte du verre !
Né d’un concours de circonstance, le verre est un produit de fusion non organique qui se solidifie lors du refroidissement, sans se cristalliser. Ses principaux composants sont le sable, la soude, l’alumine, la potasse et la chaux. Mais, dans la fabrication de verre borosilicaté, s'ajoute un autre élément de première importance : l’acide borique, dont l’addition permet d’assurer une résistance chimique extrême et une excellente résistance thermique due à une expansion thermique très réduite (coefficient de dilatation minimal).

Il a fallu attendre Otto SCHOTT et la mise au point de ce verre bien particulier, pour que la chimie puisse accéder à des territoires qui lui étaient interdits jusqu’alors.
Verre borosilicaté 3,3 (selon la définition internationale DIN/ISO 3585), le verre DURAN® est une marque déposée par SCHOTT Glas. Ses caractéristiques majeures : une résistance élevée à la chaleur et aux chocs thermiques, une excellente résistance aux agents chimiques ainsi qu’une résistance importante aux chocs mécaniques. Un comportement physique et chimique optimal qui prédestinent le verre DURAN® ‚ à son utilisation en laboratoire et l’ont imposé de longue date comme le verre universel de ce secteur, même dans des conditions extrêmes.

Un comportement chimique remarquable

La résistance chimique du verre DURAN® ‚ est supérieure, même en cas d’exposition prolongée et pour des températures de plus de 100°C, à celle de la plupart des métaux et autres matériaux. Sous l’action de l’eau et des acides, seule une faible quantité d’ions principalement monovalents se détache du verre. La couche très mince et faiblement poreuse de gel de silice qui se forme alors à la surface du verre empêche ensuite d’autres attaques.
La résistance hydrolytique, la résistance aux solutions salines neutres et acides, aux acides forts, aux mélanges de ces substances ainsi qu’au chlore, au brome, à l’iode et aux substances organiques, est très élevée. Seuls l’acide fluorhydrique, les solutions fluorurées comme par exemple le fluorure d’ammonium, l’acide phosphorique à haute température et les solutions alcalines attaquent la surface du verre proportionnellement à l’augmentation de la concentration et de la température.
Notons que le verre borosilicaté DURAN® ‚ est fabriqué à partir de matières premières sélectionnées. Aussi ce verre ne contient-il pratiquement pas d’impuretés, en particulier aucun métal lourd.
Il n’existe aucun risque de contamination d’une solution à analyser lors de l’emploi d’un appareillage de laboratoire en DURAN® , même pour les analyses les plus délicates ou celles de l’ordre du ppm.
Le verre DURAN® ‚ satisfait aux critères des classes de résistance suivantes : classe hydrolytique 1 ISO 719-HGB1, classe acide 1, classe alcaline 2, ISO 695-A2.

Résistance hydrolytique

La classe hydrolytique 1 a été déterminée par la méthode de titration en grains d’après la norme DIN 12111. Avec 0,026 ml (0,01 mol/l) de HCI, la consommation d’acide correspond dans le cas du verre DURAN® à un dégagement alcalin de 0,08 mg de Na20 par gramme de grains.

Résistance aux acides

La classe acide 1 est, quant à elle, établie à partir de l’essai de résistance à l’acide d’après la norme DIN 12116. Sur les surfaces de DURAN® ‚ polies au feu, on ne mesure, après 3 heures de cuisson dans de l’acide chlorydrique à 20%, qu’une perte de poids de 0,3 mg / dm2.

Résistance aux alcalins

De même, la classe alcaline 2 est définie à partir de l’essai de résistance aux alcalins d’après la norme DIN 52 322. Sur les surfaces de verre DURAN® ‚ polies au feu, il n’est mesuré qu’une perte de poids de 134 mg/dm2 après 3 heures de cuisson dans une solution d’hydroxyde de sodium concentrée à 1 mol/l.

Une résistance élevée aux chocs thermiques

Le verre borosilicaté DURAN®, hautement résistant aux agents chimiques, présente un coefficient de dilatation très faible et se distingue par une excellente résistance aux chocs thermiques.
Sa plus haute température d’utilisation de courte durée est de 500°C ; sa résistance aux chocs thermiques est plus de trois fois supérieure à celle du verre courant. Le coefficient de dilatation linéaire (à 20/300°C) est de 3,3 x 10 –6/K.

Propriétés optiques

Le verre borosilicaté DURAN®‚ ne présente pas d’absorption significative dans le spectre visible. Son apparence est donc claire et incolore, excepté pour les très fortes épaisseurs (examen axial de tubes) qui prennent un aspect verdâtre.
Notons que pour des travaux sur des substances photosensibles, le verre peut être teinté en surface au moyen d’un colorant brun à haut pouvoir de diffusion. Il en résulte une forte absorption dans la gamme des ondes courtes ; le pic d’absorption des verres teintées étant de l’ordre de 500 nm.
Dans le domaine spectral d’environ 310-2000 nm, l’absorption du verre borosilicaté 3,3 est négligeable.

Grâce à ses propriétés chimiques et physiques exceptionnelles, ce verre est donc, à proprement parler, prédestiné à une utilisation en laboratoire et en centres techniques. Outre sa composition chimique même, plusieurs éléments sont indissociables de la qualité de ce verre borosilicaté 3,3 DURAN® :
- le choix de matières premières hautement sélectionnées ;
- la reproductibilité parfaite dans le temps ;
- un système de contrôle qualité assurant la fabrication des verres moulés à partir de machines et de moules soumis à des règles de surveillance permanente et garantissant ainsi une parfaite régularité des parois…
… un des critères les plus importants pour la sécurité dans les laboratoires !