Por que alguns vidros em forma de U mudam de cor após a exposição à luz solar?

Como um material de decoração de construção muito comum, o vidro em forma de U, conforme mostrado na Figura 1, não deve apenas atender às várias funções exigidas no projeto arquitetônico, mas também ter boa estabilidade e durabilidade, podendo suportar vento e sol o ano todo. Não haverá nenhuma mudança perceptível.

Então, por que o vidro em forma de U muda de cor? Para obter uma resposta precisa, testamos vários tipos de vidro em forma de U. Antes de testar, primeiro precisamos esclarecer os seguintes conceitos:

1. Conceitos básicos
1. Razões pelas quais os objetos aparecem coloridos
Os objetos na natureza podem ser divididos em duas categorias: objetos luminosos e objetos não luminosos de acordo com sua capacidade de emitir luz. Objetos não luminosos são divididos em objetos transparentes e opacos. A cor de um corpo opaco é determinada pela tonalidade que ele reflete; a cor de um corpo transparente é determinada pela tonalidade que transmite. O vidro em forma de U é um corpo transparente. Se vemos um pedaço de vidro em forma de U parecendo verde, é porque ele absorve a luz vermelha e a azul e, finalmente, a luz verde entra em nossos globos oculares.

A fonte de luz mais comum na vida diária é o sol. Como todos sabemos, o espectro solar é dividido em duas partes, luz visível e luz invisível. O comprimento de onda da luz visível é 380-780nm, conforme mostrado na Figura 6, após a dispersão, ela é dividida em sete cores: vermelho, laranja, amarelo, verde, azul, azul e roxo; a luz invisível é dividida em dois tipos, e o comprimento de onda maior que a luz vermelha é chamado de raios infravermelhos, que possuem comprimentos de onda mais curtos que a luz violeta, são chamados de raios ultravioleta. Nossos olhos só podem ver a luz visível.

Como mencionado anteriormente, a cor de um vidro U depende da cor da luz visível transmitida pelo vidro U. Então, o que determina a cor da luz visível transmitida pelo vidro U? Também começa com a composição do vidro U. Vidros com componentes diferentes têm cores diferentes, como vidro comum e vidro ultratransparente na Figura 7.

2. Razões de composição e envelhecimento do vidro U
Na produção industrial, a principal matéria-prima, a areia do vidro U, contém uma certa quantidade de elemento ferro, e os íons ferrosos (Fe2 plus) irão absorver a luz visível nas faixas azul e vermelha, permitindo a passagem de mais luz verde, o que causará esta O vidro U produzido é esverdeado. Para compensar o impacto do alto teor de ferro no vidro, alguns fabricantes adicionam oxidantes de terras raras (dióxido de cério) às matérias-primas, mas isso fará com que o vidro pareça amarelado. Para sintetizar a cor amarelo-esverdeada trazida pelas terras raras, deve-se adicionar compostos como selênio, rubídio ou manganês, que podem produzir roxo ou vermelho-púrpura em vidro U, que apenas complementa o tom amarelo [1]. Após esses ajustes, o vidro não é mais a “lente incolor” ideal, mas apresenta uma “cor de névoa branca”. Embora o vidro U produzido dessa maneira não seja mais esverdeado, ele reduz muito a transmissão de luz do vidro U, tornando o vidro U não mais transparente, mas branco. O problema mais sério é que o oxidante de terras raras será exposto aos raios ultravioleta do sol. Sob a ação da exposição ao sol, se for usado como cortina de vidro de construção ou parede externa, o vidro U mudará de cor dentro de 1 a 2 anos e perderá seu brilho original. Devido aos diferentes graus de luz solar na parede de cortina de vidro do edifício, a diferença de cor da mesma parede de cortina aparecerá após vários anos de exposição.

"A solarização é um fenômeno físico, o que significa que quando o material é irradiado por ondas eletromagnéticas de alta energia, a cor muda. Ondas eletromagnéticas de alta energia comuns incluem raios ultravioleta e raios-X, e materiais comuns que sofrerão solarização incluem vidro e Plástico." - Wikipédia

3. Por que o vidro float não muda de cor?
Como a maioria das paredes cortina dos edifícios usa vidro float branco liso, não é necessário adicionar oxidantes às matérias-primas do vidro, portanto, não há alteração na valência dos oxidantes sob a ação dos raios ultravioleta. O vidro float ultratransparente é basicamente produzido por grandes fabricantes de vidro float, e não são adicionados oxidantes ou alvejantes baratos, por isso é raro mudar de cor após a exposição. A fim de economizar custos de matéria-prima, alguns fabricantes de vidro em forma de U adicionam agentes de branqueamento de vidro baratos e a descoloração do vidro é inevitável.

2. Teste de envelhecimento do vidro U
Para verificar melhor o problema de descoloração do vidro, testamos o vidro em forma de U do mercado. Existem dois pontos-chave no experimento de envelhecimento do vidro U neste experimento. Uma delas é perceber o efeito da exposição através da caixa de teste de resistência a intempéries UV e envelhecer as amostras de vidro U de diferentes fabricantes. Posteriormente, mediu-se a transmitância da luz visível de diferentes comprimentos de onda em cada peça de vidro U.

Usamos três tipos de amostras de vidro U. Além do vidro U produzido pela Appleton (marcado como ASG), também comparamos dois vidros U produzidos por outros fabricantes de vidro U no mercado, marcados como A e B, respectivamente. Cortamos o vidro U dos três fabricantes em dois pedaços pequenos, um pedaço foi devidamente preservado como amostra padrão e o outro pedaço foi colocado em uma caixa de teste de resistência a intempéries UV. Após um certo período de envelhecimento acelerado, a transmitância da luz foi medida com um fotômetro e, finalmente, obtida Pode refletir o grau de envelhecimento e descoloração do vidro U.

1. Câmara de teste de intemperismo UV
Este experimento usa uma câmara de teste de intemperismo UV do tipo 313 lâmpadas, conforme mostrado na Figura 9, equipada com 2 lâmpadas UVB-313 ultravioleta. A luz ultravioleta de onda curta emitida pelas lâmpadas UVB-313 é mais forte que os raios ultravioleta solares que normalmente irradiam a superfície terrestre. Desta forma, o envelhecimento do material pode ser acelerado ao máximo. A quantidade de luz ultravioleta irradiada a cada 24 horas é igual à quantidade de luz ultravioleta irradiada no ambiente externo por 3 meses. Por analogia, irradiamos o vidro por 480 horas e 960 horas, respectivamente, para simular 5 anos e o status de envelhecimento do vidro U após 10 anos.

2. Espectrofotômetro Shimadzu UV-Vis-NIR SolidSpec-3700/3700DUV
Neste experimento, foi utilizado o espectrofotômetro Shimadzu UV-Vis-NIR SolidSpec-3700/3700DUV, conforme mostrado na Figura 5. Shimadzu, como o mais importante fabricante mundial de instrumentos espectroscópicos, desenvolveu o espectrofotômetro UV-Vis-IR SolidSpec{ {7}}/3700DUV com uma faixa de teste muito ampla, e o SolidSpec-3700/3700DUV usa uma esfera integradora como unidade de detecção e integra 3 detecção O instrumento está na esfera integradora, o que aumenta muito a precisão da medição.

3. Processamento de dados experimentais
Depois de realizar o teste de envelhecimento de 960-horas conforme descrito acima, podemos desenhar a seguinte curva de transmitância de luz. A curva azul é o vidro U produzido pela ASG, e as curvas amarela e cinza são o vidro U produzido por dois fabricantes de vidro U A e B.

ASG tem a melhor transmitância geral de luz, seguida por A, e B é a pior. Ao mesmo tempo, não é difícil ver que a transmissão de luz da faixa vermelha do vidro B é significativamente menor do que a da faixa azul-esverdeada, portanto, este vidro parecerá obviamente azul-esverdeado.

Após cinco anos de radiação ultravioleta, a transmissão geral de luz do ASG ainda é a melhor e a mudança de cor também é pequena. No entanto, o vidro U de A e B mostra que a transmitância de luz visível na faixa próxima ao roxo cai significativamente, o que levará ao vidro U descolorido, mostrando uma cor amarelo-marrom opaca.

Dez anos depois, a mudança é mais óbvia. A transmitância da luz visível perto do comprimento de onda ultravioleta até cai fora do gráfico quando passa pelo vidro U de A. Desta forma, a mudança de cor do vidro U será inevitavelmente mais óbvia.

Podemos também fazer uma comparação de dados, calcular a diferença na queda de transmitância de luz de cada peça de vidro após o teste de envelhecimento e, em seguida, desenhar em um ícone, para que possamos ver intuitivamente quanto a transmitância de luz de cada peça de vidro o vidro mudou em comparação com o original após o envelhecimento Variedade.

Após dez anos de envelhecimento, as alterações de transmitância dos três vidros U mostrados na Tabela 5 são semelhantes às da Tabela 4, ASG ainda apresenta a menor alteração e A ainda apresenta a maior alteração. Você pode querer desenhar a curva de correlação A em uma tabela, conforme mostrado na Tabela 6. Pode ser visto que a transmitância de luz do vidro U numerado A caiu significativamente após 5 anos de exposição, especialmente a transmitância de luz na faixa próxima a luz visível roxa tem um penhasco Desta forma, a descoloração do vidro U será inevitavelmente muito óbvia.

3. Resumo experimental
Resumindo, não é difícil constatar que a principal diferença entre os U-glass produzidos por diferentes fabricantes é a transmitância da luz quando saem da fábrica. O vidro U de boa qualidade tem alta transmitância de luz e é cristalino, enquanto o vidro U de baixa qualidade parece coberto por uma camada de névoa branca e a transparência não é ideal. No entanto, após anos de exposição à luz solar, a transmitância da luz mudará em vários graus. Quanto maior o valor da mudança, mais óbvia será a mudança de cor do vidro. Há uma avaliação adequada da condição do vidro depois de muitos anos.