Светопропускание оксидов металла. Оптическая плотность

 

Свет или оптическое излучение представляет собой волны электромагнитного поля. Световые волны являются плоскопоперечными, они распространяются перпендикулярно направлению электрического и магнитного полей [13].

Различают следующие спектральные области оптического излучения: инфракрасная ̶ от 750 до 2500 нм, видимая ̶ от 400 до 750 нм и ультрафиолетовая – от 2 до 400 нм [13].

Известно, что при пропускании света через слой вещества его интенсивность уменьшается. Уменьшение интенсивности является следствием взаимодействия световой волны с электронами вещества, в результате которого часть световой энергии передается электронам. Это явление называется поглощением света [13].

Взаимодействие света с веществом описывается рядом законов, основными из которых являются:

1.Закон Гротгуса-Дрейпера. Химически активным является излучение с такими длинами волн, которые поглощаются веществом [13].

2.Закон Вант -Гоффа. Количество химически модифицированного светом вещества прямо пропорционально количеству поглощенной веществом энергии света [13].

3.Закон Бугера -Ламберта-Бера (объединенный закон светопоглощения) для монохроматического света. Интенсивность света, прошедшего через слой вещества (I), и интенсивность света, падающего на него (I₀), связаны соотношением:

 

(17)

 

где e×λ ̶ молярный коэффициент поглощения (экстинкции) при длине волны l, л/моль×см;

с – концентрация вещества, моль/л;

l – длина оптического пути или толщина слоя вещества, см.

 

Молярный коэффициент экстинкции характеризует способность молекул вещества поглощать свет определенной длины волны и определяется структурными особенностями молекул данного вещества [13].

Объединенный (основной) закон светопоглощения базируется на законе Бугера-Ламберта (первый закон светопоглощения), который определяет ослабление интенсивности светового потока в зависимости от толщины поглощающего слоя, и законе Бера (второй закон светопоглощения), описывающем зависимость светопоглощения от концентрации анализируемого раствора. Закон Бугера-Ламберта-Бера выполняется не всегда. Он выведен для достаточно разбавленных растворов при использовании монохроматического света [13].

Для характеристики поглощающей способности вещества используют такие величины, как оптическая плотность, светопропускание и светопоглощение [13].

Оптическая плотность (D) – это десятичный логарифм отношения интенсивности света, падающего на образец, к интенсивности света, выходящего из образца (I):

 

(18)

 

Оптическая плотность является безразмерной величиной [13].

Светопропускание (коэффициент пропускания) (t) – отношение интенсивности света, вышедшего из образца, к интенсивности света, падающего на него:

(18)

 

Значения t могут меняться от 0 (весь свет поглощается) до 1 (весь свет проходит). Величину t обычно выражают в процентах.

Иногда вместо t используют cветопоглощение (коэффициент поглощения) – величина, равная 1- t [13].

 

(19)

 

где I_п – интенсивность поглощенного света. Светопоглощение принято измерять в долях или в процентах [13].

 

Важнейшим следствием из закона Бугера-Ламберта-Бера является следующее положение: оптическая плотность прямо пропорциональна концентрации данного вещества:

 

(20)

 

Спектр поглощения – это зависимость молярного коэффициента поглощения eλ от длины волны l. Спектры поглощения веществ определяются разностью энергий между энергетическими уровнями молекул, составляющими вещество, а также вероятностями перехода между ними. Разность энергий определяет длину волны, на которой происходит поглощение света, вероятность перехода – коэффициент поглощения вещества. Для биологически важных молекул характерны широкие полосы поглощения, обусловленные электронными, колебательными и вращательными уровнями [13].

Для автомобильного стекла важное качество является светопропускание. Оно по ГОСТ 5727-88 «Стекло безопасное для наземного транспорта» должно составлять не менее 0,75. Разрабатываемое покрытие должно попадать под это условие [12].

 

Вывод по главе 1

 

Как видно из аналитического обзора, в отечественной и зарубежной хлебопекарной промышленности делались и делаются довольно успешные попытки использования антиадгезионных покрытий, основу которых представляют фторорганические и кремнийорганические полимеры различного строения и состава. Однако, довольно низкие термические и механические свойства этих покрытий по сравнению с покрытиями из металлов, а также сравнительно высокая стоимость некоторых приведенных покрытий не позволяют предприятиям перерабатывающей отрасли успешно внедрять и осуществлять их долгосрочную эксплуатацию.

Также видно, что в производстве автомобильных окон главное качество для покрытия это светопропускание и толщина покрытия. Необходимо создать неорганическое покрытие с антиадгезионными свойствами и с высокой светопропускной способностью.

В производстве керамической плитки с керамической глазури не было попыток создать покрытие с высокими антиадгезионными свойствами. Для него главным критерием являются светопропускающие и антиадгезионные свойства. Свойства указанные выше совпадают со свойствами необходимыми для покрытия автомобильного стёкла.

На поверхности керамической глазурованной плитки накапливается статический ток, что приводит к прилипанию под действием электромагнитных сил к поверхности различных мелкодисперсных частиц (пыль, мелкодисперсный мусор, волосы). Данное свойство у глазури керамической плитки увеличивает загрязняющую способность поверхности. Такая поверхность имеет свойство разряжаться в незаземленные элементы. Это приводит к ухудшению работы оборудования или поломкам, а также к несчастным случаям для человека.

Итак, основными недостатками применяемых в настоящее время антиадгезионных покрытий хлебопекарных форм, автомобильных стёкол и керамической плитки с глазурью являются:

1. Низкая термоустойчивость. В результате этого полимерные покрытия полностью разрушаются даже при однократном «холостом пробеге» формы через печь. Еще более распространенным их недостатком является разрушение покрытия верхней части форм. Это происходит как при выпечке хлеба массой, меньшей, чем допускает данная форма, так и в результате того, что в начальный период выпечки эта часть формы не защищена тестом-хлебом от внешнего теплового воздействия. Такое разрушение покрытия возможно также при выпечке тестовых заготовок, которые аномально медленно или плохо увеличиваются в объеме;

2. Низкая механическая прочность. В результате чистки форм твердыми предметами покрытие разрушается;

3. Низкая адгезия покрытий к основному материалу формы. Она обусловлена только наличием микронеровностей поверхности подложки (формы). Долговечность полимерного покрытия уменьшается вследствие того, что оно со временем вспучивается и отслаивается. Этому способствуют любые механические повреждения его наружной поверхности;

4. Взаимодействие многих полимерных покрытий с растительным маслом. В результате, при выпечке хлеба, случайное попадание на поверхность покрытия растительного масла вызывает его разрушение;

5. Низкое светопропускание покрытия (плёнки);

6. Накопление статического электричества на поверхности глазури, что приводит к загрязнению.

Разработка антиадгезионного покрытия лишенного указанных недостатков явилась целью данной работы, которая сформулирована нами следующим образом: разработка на основе научных исследований усовершенствованного антиадгезионного покрытия, обладающего повышенными термическими и механическими свойствами, и повышенной адгезией к подложке, высокой светопропускной способностью и электропроводностью.

Проблемными вопросами в достижении поставленной цели являются:

1. Необходимость замены материала покрытия для увеличения его тепловой и механической прочности и увеличения адгезии к подложке;

2. Выбор оптимальных параметров нового покрытия;

3. Разработка технологии его нанесения, включающая обоснование выбора показателей для всесторонних оценок качества и методов этих оценок;

4. Производственные проверки разработанного покрытия.

Основными требованиями к работоспособности антиадгезионных покрытий, используемых в промышленности, являются:

– низкая адгезия теста-хлеба к покрытиям;

– высокая адгезия покрытий к термообрабатываемым поверхностям (поверхность хлебных форм и листов);

– механическая прочность антиадгезионных покрытий;

– термостойкость антиадгезионных покрытий;

– химическая инертность антиадгезионных покрытий (покрытие не должно взаимодействовать с пищевым продуктом);

– наличие экономического эффекта при использовании антиадгезионных покрытий на производственных мощностях;

– высокая светопропускная способность;

– электропроводность покрытия.

Исходя из анализа недостатков существующих полимерных покрытий, можно сделать вывод о том, что их совершенствование для достижения поставленной цели не перспективно. Необходима разработка нового покрытия и оптимизация его параметров.

Как правило, при разработке нового покрытия возникают проблемы оценки его качества. Для этого необходим выбор показателей, всесторонне (комплексно) оценивающих его качество, и методик их определения. В результате этих исследований должна быть разработана и апробирована на практике технология нанесения нового покрытия.