De ce unele sticle în formă de U își schimbă culoarea după expunerea la lumina soarelui?

Fiind un material foarte obișnuit pentru decorarea clădirii, sticla în formă de U, așa cum se arată în Figura 1, ar trebui nu numai să îndeplinească diferitele funcții necesare în proiectarea arhitecturală, ci și să aibă stabilitate și durabilitate bună și poate rezista la vânt și soare pe tot parcursul anului. Nu va fi nicio schimbare vizibilă.

Deci, de ce sticla în formă de U își schimbă culoarea? Pentru a obține un răspuns precis, am testat mai multe tipuri de sticlă în formă de U. Înainte de testare, trebuie să clarificăm următoarele concepte:

1. Concepte de bază
1. Motive pentru care obiectele apar colorate
Obiectele din natură pot fi împărțite în două categorii: obiecte luminoase și obiecte neluminoase în funcție de faptul dacă pot emite lumină. Obiectele neluminoase sunt împărțite în obiecte transparente și opace. Culoarea unui corp opac este determinată de nuanța pe care o reflectă; culoarea unui corp transparent este determinată de nuanța pe care o transmite. Sticla în formă de U este un corp transparent. Dacă vedem o bucată de sticlă în formă de U care apare verde, este pentru că absoarbe lumina roșie și albastră, iar în cele din urmă lumina verde intră în globii oculari.

Cea mai comună sursă de lumină în viața de zi cu zi este soarele. După cum știm cu toții, spectrul solar este împărțit în două părți, lumină vizibilă și lumină invizibilă. Lungimea de undă a luminii vizibile este de 380-780nm, după cum se arată în Figura 6, după împrăștiere, este împărțită în șapte culori: roșu, portocaliu, galben, verde, albastru, albastru și violet; Lumina invizibilă este împărțită în două tipuri, iar lungimea de undă mai mare decât lumina roșie se numește raze infraroșii, care au lungimi de undă mai scurte decât lumina violetă, se numesc raze ultraviolete. Ochii noștri pot vedea doar lumina vizibilă.

După cum am menționat mai devreme, culoarea sticlei U depinde de culoarea luminii vizibile transmise de sticla U. Deci, ce determină culoarea luminii vizibile transmisă de sticla U? De asemenea, începe cu compoziția sticlei U. Ochelarii cu componente diferite au culori diferite, cum ar fi sticla obișnuită și sticla ultra-clară din Figura 7.

2. Compoziția și motivele de îmbătrânire ale sticlei U
În producția industrială, principala materie primă, nisipul sticlei U conține o anumită cantitate de element de fier, iar ionii feroși (Fe2 plus ) vor absorbi lumina vizibilă în benzile albastre și roșii, permițând trecerea mai multor lumini verzi, ceea ce va provoca acest lucru. Sticla U produsă este verzuie. Pentru a compensa impactul conținutului ridicat de fier asupra sticlei, unii producători vor adăuga oxidanți de pământuri rare (dioxid de ceriu) materiilor prime, dar acest lucru va face ca sticla să pară gălbuie. Pentru a sintetiza culoarea galben-verde adusă de pământurile rare, trebuie adăugați compuși precum seleniu, rubidiu sau mangan, care pot produce violet sau roșu-violet în sticla U, care completează doar tonul galben [1]. După aceste ajustări, sticla nu mai este „lentila incoloră” ideală, ci prezintă o „culoare de ceață albă”. Deși sticla U produsă în acest fel nu mai este verzuie, aceasta reduce foarte mult transmisia luminii a sticlei U, făcând ca sticla U să nu mai fie transparentă, ci albă. Problema mai serioasă este că oxidantul pământului rar va fi expus la razele ultraviolete ale soarelui. Sub acțiunea expunerii la soare, dacă este folosit ca perete cortină din sticlă de construcție sau perete exterior, sticla U își va schimba culoarea în decurs de 1 până la 2 ani și își va pierde strălucirea inițială. Datorită gradelor diferite de lumină solară pe peretele cortină de sticlă al clădirii, diferența de culoare a aceluiași perete cortină va apărea după câțiva ani de expunere.

„Solarizarea este un fenomen fizic, ceea ce înseamnă că atunci când materialul este iradiat de unde electromagnetice de înaltă energie, culoarea se va schimba. Undele electromagnetice obișnuite de înaltă energie includ razele ultraviolete și razele X, iar materialele comune care vor fi supuse solarizării includ sticla. și plastic.” - Wikipedia

3. De ce sticla flotanta nu isi schimba culoarea?
Deoarece majoritatea pereților cortina clădirii folosesc sticlă simplă albă, nu este necesar să adăugați oxidanți la materiile prime din sticlă, astfel încât nu există nicio modificare a valenței oxidanților sub acțiunea razelor ultraviolete. Sticla float ultra-clară este produsă practic de marii producători de sticlă float și nu se adaugă oxidanți sau înălbitori ieftini, așa că este rar să se schimbe culoarea după expunere. Pentru a economisi costurile materiilor prime, unii producători de sticlă în formă de U adaugă agenți de albire a sticlei ieftini, iar decolorarea sticlei este inevitabilă.

2. U test de îmbătrânire a sticlei
Pentru a verifica în continuare problema decolorării sticlei, am testat pe piață sticla în formă de U. Există două puncte cheie în experimentul de îmbătrânire a sticlei U din acest experiment. Una este de a realiza efectul de expunere prin intermediul casetei de testare a rezistenței la intemperii UV și de a îmbătrâni mostrele de sticlă U de la diferiți producători. Mai târziu, a fost măsurată transmisia luminii vizibile de lungimi de undă diferite pe fiecare bucată de sticlă U.

Am folosit trei tipuri de mostre de sticlă U. Pe lângă sticla U produsă de Appleton (marcată ca ASG), am comparat și două sticle U produse de alți producători de sticlă U de pe piață, marcate ca A și, respectiv, B. Am tăiat sticla U a celor trei producători în două bucăți mici, o bucată a fost conservată corespunzător ca probă standard, iar cealaltă bucată a fost pusă într-o cutie de testare a rezistenței la intemperii UV. După o anumită perioadă de îmbătrânire accelerată, transmisia luminii a fost măsurată cu un fotometru și, în final, a fost obținută. Poate reflecta gradul de îmbătrânire și decolorare a sticlei U.

1. Camera de testare la intemperii UV
Acest experiment folosește o cameră de testare la intemperii UV cu 313 lămpi, așa cum se arată în Figura 9, echipată cu 2 lămpi UVB-313 cu ultraviolete. Lumina ultravioletă cu undă scurtă emisă de lămpile UVB-313 este mai puternică decât razele ultraviolete solare care iradiază de obicei suprafața pământului. În acest fel, îmbătrânirea materialului poate fi accelerată în cea mai mare măsură. Cantitatea de lumină ultravioletă iradiată la fiecare 24 de ore este egală cu cantitatea de lumină ultravioletă iradiată în mediul exterior timp de 3 luni. Prin analogie, am iradiat sticla timp de 480 de ore și, respectiv, 960 de ore pentru a simula 5 ani și starea de îmbătrânire a sticlei U după 10 ani.

2. Spectrofotometru Shimadzu UV-Vis-NIR SolidSpec-3700/3700DUV
În acest experiment, a fost folosit spectrofotometrul UV-Vis-NIR Shimadzu SolidSpec-3700/3700DUV, așa cum se arată în Figura 5. Shimadzu, ca cel mai important producător de instrumente spectroscopice din lume, a dezvoltat spectrofotometrul UV-Vis-IR SolidSpec{ {7}}/3700DUV cu o gamă de testare foarte largă, iar SolidSpec-3700/3700DUV utilizează o sferă de integrare ca unitate de detectare și integrează 3 detecție Instrumentul se află pe sfera de integrare, ceea ce îmbunătățește foarte mult acuratețea măsurării.

3. Prelucrarea experimentală a datelor
După efectuarea testului de îmbătrânire în 960-oră, așa cum este descris mai sus, putem desena următoarea curbă de transmisie a luminii. Curba albastră este sticla U produsă de ASG, iar curbele galbene și gri sunt sticla U produsă de doi producători de sticlă U A și B.

ASG are cea mai bună transmisie generală a luminii, urmată de A, iar B este cea mai proastă. În același timp, nu este greu de observat că transmisia luminii a benzii roșii a sticlei B este semnificativ mai mică decât cea a benzii albastru-verde, astfel încât această sticlă va arăta în mod evident albastru-verde.

După cinci ani de radiații ultraviolete, transmisia generală a luminii ASG este încă cea mai bună, iar schimbarea culorii este, de asemenea, mică. Cu toate acestea, sticla U din A și B arată că transmisia luminii vizibile în banda de lângă violet scade semnificativ, ceea ce va duce la decolorarea sticlei U, arătând o culoare galben-maro plictisitoare.

Zece ani mai târziu, schimbarea este mai evidentă. Transmitanța luminii luminii vizibile în apropierea lungimii de undă ultraviolete chiar scade din diagramă atunci când trece prin sticla U a lui A. În acest fel, schimbarea culorii sticlei U va fi inevitabil mai evidentă.

Am putea la fel de bine să facem o comparație a datelor, să calculăm diferența de scădere a transmisiei luminii a fiecărei bucăți de sticlă după testul de îmbătrânire și apoi să o desenăm într-o pictogramă, astfel încât să putem vedea intuitiv cât de mult este transmisia luminii a fiecărei bucăți de sticlă. sticla s-a schimbat în comparație cu originalul după învechire Varietate.

După zece ani de îmbătrânire, modificările de transmisie ale celor trei ochelari U prezentate în Tabelul 5 sunt similare cu cele din Tabelul 4, ASG are încă cea mai mică modificare, iar A are încă cea mai mare modificare. Poate doriți să trasați curba de corelație A într-un tabel, așa cum se arată în Tabelul 6. Se poate observa că transmisia luminii a sticlei U numerotate A a scăzut semnificativ după 5 ani de expunere, în special transmisia luminii în banda de lângă lumina vizibilă violetă are o stâncă. În acest fel, decolorarea sticlei U va fi inevitabil foarte evidentă.

3. Rezumat experimental
Pentru a rezuma, nu este greu de constatat că principala diferență dintre sticla U produsă de diferiți producători este transmisia luminii atunci când părăsesc fabrica. Sticla U de bună calitate are o transmisie ridicată a luminii și este cristalină, în timp ce sticla U de calitate slabă arată ca fiind acoperită cu un strat de ceață albă, iar transparența nu este ideală. Cu toate acestea, după ani de expunere la soare, transmisia luminii se va schimba în grade diferite. Cu cât valoarea schimbării este mai mare, cu atât este mai evidentă schimbarea culorii sticlei. Există o evaluare adecvată a stării sticlei după mulți ani.