Увиолевое стекло: свойства, применение, производство
Увиолевое стекло - уникальный материал, пропускающий полезные ультрафиолетовые лучи. Оно находит широкое применение в медицине, сельском хозяйстве, производстве. Давайте разберемся, что из себя представляет это стекло, какие у него свойства и особенности, где и как оно используется.
Свойства увиолевого стекла
Увиолевое стекло - это стекло с повышенной прозрачностью в ультрафиолетовой области спектра с длинами волн от 200 до 400 нм. Оно способно пропускать до 25% ультрафиолетового излучения.
Увиолевое стекло (от лат. ultra — за пределами, по ту сторону, сверх и лат. viola — фиолетовый цвет) — стекло, обладающее повышенным пропусканием ультрафиолетового излучения с длинами волн менее 400 нм.
По химическому составу увиолевые стекла делятся на три основные группы:
- Силикатные - содержат около 75% диоксида кремния SiO2.
- Боросиликатные - содержат 68-80% SiO2 и 12-14% B2O3.
- Фосфатные - содержат около 80% P2O5.
В состав также входят Al2O3, CaO, MgO и другие соединения. При этом в увиолевом стекле должно быть минимизировано или полностью отсутствовать содержание веществ, которые могут поглощать ультрафиолет - в частности, Fe2O3, Cr2O3, TiO2 и сульфидов тяжелых металлов.
По прозрачности для ультрафиолета увиолевое стекло можно сравнить разве что с кварцевым. Но в отличие от кварцевого, увиолевое стекло гораздо проще и дешевле производить в промышленных масштабах.
Разные марки увиолевого стекла имеют несколько отличающиеся светотехнические характеристики. Например:
| Марка стекла | Пропускание, % | Длина волны, нм |
| СУ-160 | 40 | 310 |
| СУ-254 | 63 | 254 |
| КУ-1 | 75 | 220 |
Таким образом, мы видим, что увиолевое стекло может весьма эффективно пропускать ультрафиолет в широком диапазоне длин волн.
Производство увиолевого стекла
Производство увиолевого стекла немного отличается от обычного оконного или посудного. Это связано с необходимостью максимально снизить содержание посторонних примесей, которые могут поглощать ультрафиолет.
В качестве сырья используется высокочистый кварцевый песок, сода, поташ и некоторые другие компоненты. Из них готовится шихта - однородная смесь, которая загружается в печь для варки стекла.
Стекловаренная печь имеет ряд конструктивных особенностей. В частности, в ней по возможности исключены стальные элементы, которые могут загрязнять стекло оксидами железа. Также печь должна обеспечивать очень высокую температуру варки, порядка 1500°C.
Процесс варки увиолевого стекла можно разделить на несколько этапов:
- Загрузка шихты.
- Нагрев до температуры плавления.
- Вытягивание расплава в виде стекломассы.
- Формование стекломассы, например прокатка.
- Контроль качества полученного стекла.
- Нанесение защитного покрытия (фторирование, сернистое олово).
Важный этап - нанесение на внутреннюю поверхность стекла специального защитного слоя, который предохраняет его от "отравления" ртутью в процессе эксплуатации. Без такого покрытия увиолевое стекло быстро теряет свои свойства.
По сравнению с технологией обычного стекла, производство увиолевого требует более жесткого контроля качества и чистоты на всех этапах.
В России увиолевое стекло выпускает LEDVANCE в Смоленске. Завод имеет четыре автоматические линии по производству люминесцентных ламп, часть из которых переведены на выпуск увиолевого стекла.
Применение увиолевого стекла
Увиолевое стекло применяется там, где необходим пропуск полезного ультрафиолетового излучения:
- В лечебно-профилактических учреждениях для обеззараживания помещений.
- В детских садах и школах для профилактики заболеваний и нормализации выработки витамина D у детей.
- В теплицах и оранжереях для стимуляции роста растений.
- Для изготовления колб бактерицидных ламп из увиолевого стекла.
- В пищевой промышленности для обеззараживания производственных цехов и складских помещений.
- В системах водоочистки для обеззараживания питьевой воды ультрафиолетом.
Как видим, сферы использования увиолевого стекла довольно разнообразны. Особенно активно оно применяется в борьбе с вирусными и бактериальными инфекциями в медицинских и общественных учреждениях.
Хороший пример использования увиолевого стекла в качестве колб для бактерицидных ламп мы видим у LEDVANCE в Смоленске. Они выпускают линейку ультрафиолетовых ламп TIBERA UVC, где применяют именно увиолевое стекло, а не кварцевое, как у некоторых конкурентов.
Производство бактерицидных ламп с увиолевым стеклом
Одно из важнейших применений увиолевого стекла - использование в качестве колб для бактерицидных ламп из увиолевого стекла. Такие лампы создают поток ультрафиолетового излучения, уничтожающий вирусы, бактерии и грибки.
В отличие от простых ультрафиолетовых ламп, в бактерицидных отсутствует опасная для человека линия излучения 185 нм, ответственная за образование токсичного озона. Это обеспечивается как раз за счет фильтрующих свойств увиолевого стекла колбы.
Помимо подавления вредного УФ-спектра, такое стекло еще и предохраняет сам разряд от "отравления" атомами ртути, что существенно увеличивает ресурс работы лампы.
Марки увиолевого стекла для УФ-техники
Для изготовления бактерицидных ламп применяются специализированные марки увиолевого стекла. Они отличаются повышенной чистотой и стабильностью характеристик.
Например, стекло марки ОУФК 04 Солнышко имеет коэффициент пропускания более 60% на длине волны 254 нм. Это позволяет создать мощный поток обеззараживания в рециркуляторах на его основе.
Добавки оксидов железа, хрома и титана в таком специализированном увиолевом стекле жестко нормируются и не должны превышать сотых долей процента.
Требования к стеклу бактерицидных ламп
Помимо высокой чистоты, к увиолевому стеклу для бактерицидных ламп предъявляется ряд дополнительных требований:
- Термостойкость при температуре порядка 700°C, так как стекло нагревается разрядом.
- Высокая механическая прочность.
- Стабильность оптических свойств в течение всего срока службы.
- Устойчивость к воздействию паров ртути и инертных газов.
Все эти параметры жестко контролируются как на этапе производства самого стекла, так и на протяжении всего цикла изготовления готовой УФ-лампы.
Перспективные области для УФ-стекла
Увиолевое стекло пока еще слабо применяется в бытовой технике из-за высокой стоимости. Однако по мере совершенствования технологий его производства, появятся и новые массовые области использования.
Например, такое стекло в сочетании с УФ-светодиодами можно устанавливать в вытяжки, кондиционеры и очистители воздуха для обеззараживания приточного воздуха.
Еще одно перспективное направление - УФ-очистка воды непосредственно в бытовых фильтрах. Это позволит полностью отказаться от использования химикатов типа хлора или озона.