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玻璃瓶的颜色怎么形成的?

在各种玻璃瓶中,除了我们日常生活中经常看到的无色透明的玻璃瓶,还有许许多多的彩色玻璃瓶,有棕色的玻璃药瓶,有绿色的啤酒瓶,有蓝色的口服液瓶等。在化妆品行业,有蓝色、绿色精油瓶,琥珀色乳膏玻璃瓶,各种颜色装扮现代玻璃瓶包装。

这些美丽的玻璃色是怎么来的呢?

普通的玻璃瓶是用石英砂、纯碱和石灰石一起熔炼而成的。它是一种组成不固定的硅酸盐的混和物。人们最先制造出来的玻璃是一些透明度差,带有一些颜色的小玻璃片。它的颜色并不是人们有意识地加进去的,而是所用的原料不纯,混进了杂质的结果。那时的颜色玻璃瓶只是用来做装饰品,要求不高,人们只是偶然生产出了颜色玻璃。但是我们今天要求的颜色玻璃都有很高科学要求,这只有在揭开了玻璃瓶带色的秘密后,才能够制造出来。

经过研究,人们发现如果在普通玻璃的配料中加入0.4~0.7%的着色剂,就能使玻璃带上了颜色。着色剂大多是金属的氧化物。我们前面已经知道了每种金属元素都有它独特的“光谱特征”,所以不同的金属氧化物都能呈现出不同的颜色。如果在玻璃配料中加入这些氧化物就给玻璃着上了色。例如加入氧化铬(Cr2O3),玻璃现绿色;加入二氧化锰(MnO2),玻璃呈紫色;加人氧化钴(Co2O3),玻璃呈蓝色,炼钢工人和电焊工人用的保护目镜就是用这种玻璃制成的。

其实,玻璃瓶玻璃的颜色不仅取决于加入的着色剂,人们还通过熔炼的温度及炉焰的性质来调节元素的化合价,使玻璃呈现不同的颜色。例如玻璃中的铜,如果以高价的氧化铜存在时玻璃显现蓝绿色;以低价的氧化亚铜(Cu2O)存在时,玻璃呈红色。有时,烧熔一次还不能使玻璃显示出色来,再要进行第二次加热才能使玻璃显出颜色。名贵的金红玻璃就是这样,它是在普通的玻璃配料中加入微量的金子烧制成的。第一次烧熔后,金以原子形式分布在玻璃中,此时玻璃并不显颜色;当再次加热到接近软化的温度时,其中的金原子聚合成胶状颗粒,此时玻璃就显现出了美丽的红色。

现在,人们又用稀土元素的氧化物为着色剂制成了各种高级的颜色玻璃。掺有稀土元素的颜色玻璃,色调明净,有光亮的色泽,甚至还会在不同的光线下改变颜色。例如氧化钕玻璃中就有这种特性,它在日光下显紫红色,在荧光下显蓝紫色,十分美丽。有一种玻璃会随着光线的强弱而改变颜色,人们用它作眼镜的镜片和房屋的窗户玻璃。用这种玻璃作窗玻璃,室内可以保持一定的光亮度,再也用不着用窗帘子来遮阳,所以有人称它为“自动窗帘”。它又能阻挡阳光中的紫外线通过,图书馆藏书室和博物馆装上这种玻璃以后,可以保护书籍和文物不受紫外线的破坏。
除稀土元素外,在玻璃中直接添加钨和铂,也可以做成变色玻璃。

普通的颜料因受阳光中的紫外线的照射或者空气中的氧气和二氧化硫的作用而退色;但颜色玻璃因为起着色作用的金属等氧化物已与玻璃熔为一体,所以能经得起日晒雨淋而永葆其美丽的青春容颜。随着科技的日益发展,颜色玻璃的品种将会越来越丰富多彩,我们的生活也会因为它的点缀和装饰而变得多彩多姿。

简单说,通过吸收、反射、透过某种特定波长的光线,而呈现不同颜色的玻璃。主要用于建筑物中公共设施的门窗及内、外装修的饰面材料。玻璃着色有料着色和表面着色两种工艺。

料着色

向玻璃原料中添加能够形成着色离子、化合物胶体及金属胶体粒子的物质,使之呈现不同颜色的工艺,按照着色机理可分四种类型。

①离子着色。是向玻璃料中添加钴(Co)、锰(Mn)、镍(Ni)、铁(Fe)、铜(Cu)等过渡元素的化合物,以离子状态存在于玻璃中,由于它们的价电子在不同能级(基态和激发态)之间跃迁,引起对可见光的选择吸收而着色,如钴蓝、锰紫、镍绿等颜色玻璃。

②化合物胶体粒子着色。是向含锌(ZnO)的玻璃中添加硫或硒的化合物(如CdS、CdSe等),在玻璃中形成CdO、ZnS、ZnSe等,然后在低于退火温度下进行两次热处理,形成CdS、CdSe并生长成较大的胶体粒子,因光散射而使玻璃着色,如硒红、镉黄等颜色玻璃。

③金属胶体粒子着色。是向玻璃原料中添加容易分解成金属状态的氧化物(如金、银、铜等氧化物),先以离子态溶解于玻璃中,经热处理转变成原子态并聚集、长大成胶体粒子,因光散射引起对可见光的吸收而着色,如金红、铜红、银黄等颜色玻璃等。

④半导体着色。是向玻璃料中添加CdS、CdSe、CdTe等着色剂,在可见光区不出现吸收峰而呈连续的吸收区,透光区和吸收区间是一条坡度很陡的分界线。与前述几种着色机理不同,其颜色随CdS/CdSe的比例而变化,如CdS多时接近橙色,CdSe多时呈红色,而CdTe多时则是黑色,即它们依O2-、S2-、Se2-、Te2-的次序向长波方向移动。根据半导体能带理论,这些阴离子的亲电势依次变小,可依次用较低的能量(可见光附近)的光,就可以将它们的价电子激发至导带(激发态),使其截短波极限进入可见光区而导致玻璃着色。


表面着色

是在玻璃表面涂敷金属、金属氧化物等,形成透明、半透明或不透明的颜色涂层。用化学热分解法在玻璃表面涂SnCl4、FeCl3,可分别制得蓝色的SnO2膜和金色的Fe2O3膜。用真空蒸发、真空阴极溅射、反应溅射等方法,可以制得如金、银、铜等金属膜或In2O3、SnO2、TiO2等金属氧化物膜,因膜层厚度和折射率不同,可形成不同颜色的干涉膜和反射膜。在浮法玻璃生产线中可以用电浮法或采用热喷涂法,制成表面着色的颜色玻璃。还可以用印刷或喷涂玻璃色釉等,制成釉面玻璃瓶。

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