WŁAŚCIWOŚCI SZKIEŁ FOTOCHROMOWYCH

Szkła fotochromowe mechanizm działania a zależność od światła i temperatury

   W niniejszej publikacji pragniemy przybliżyć czytelnikom zagadnienie szkieł fotochromowych, chcemy wyjaśnić niektóre nieporozumienia oraz sprostować obiegowe opinie na temat tych szkieł. Wyjaśnianie właściwości szkieł fotochromowych przedstawimy na przykładzie soczewek produkowanych przez JZO Spółka z o.o.:

   Omówienie pragniemy rozpocząć od zacytowania podstawowych definicji z międzynarodowej normy ISO/FDIS 13666:
MATERIAŁ FOTOCHROMOWY, materiał fotochromatyczny (określenie zaniechane) jest to materiał mogący w sposób odwracalny zmieniać charakterystyki transmisji światła w zależności od natężenia oraz długości fal nań padających.
UWAGA 1:
Materiał jest tak projektowany aby reagował na długości fal z zakresu światła słonecznego, głównie od 300nm do 450nm.
UWAGA 2:
Właściwości transmisyjne są zwykle uzależnione od temperatury otoczenia.
SOCZEWKA FOTOCHROMOWA, soczewka wykonana z materiału fotochromowego.
TRANSMISJA ŚWIETLNA (światła), stosunek strumienia światła przepuszczonego przez soczewkę lub filtr do strumienia światła padającego.

Podstawowy mechanizm działania mineralnych szkieł fotochromowych

Jak już wspomnieliśmy w notatce historycznej, dzięki rozwojowi fotografii sposób reakcji atomów srebra (Ag) na światło znany jest od wielu lat. Jednak przy tym sposobie reakcji proces jest nieodwracalny. Przeciwieństwem są szkła fotochromowe, w których również zastosowano aktywne centra atomów srebra (Ag+ ), a dokładnie ich halogenki, ale tak rozmieszczone w strukturze szkła, że możliwe są ciągłe i odwracalne zmiany ich stanu zaciemnienia. Pod wpływem promieniowania UVA lub światła widzialnego o krótszej długości fali, atom srebra zmienia swoją zewnętrzną strukturę elektronową przy wykorzystaniu istniejących w masie szkła elektronów. Przy braku działania promieniowania układ wraca do stanu początkowego. Efektem opisanych zjawisk jest zaciemnianie lub rozjaśnianie szkła. Schematyczną zasadę działania zjawiska fotochromowego przedstawia poniższy rysunek.





Zmiany właściwości transmisyjnych w czasie i pod wpływem promieniowania: zaciemnianie i rozjaśnianie.

Przedstawione poniżej wykresy (rys.2a, 2b) oraz tablica 1 pokazują zmiany transmisji szkieł o grubości 2,00 mm pod wpływem ekspozycji na światło (zaciemnianie) oraz po usunięciu źródła światła (rozjaśnianie).UWAGA: temperatura pomiaru 23°C.

   Z przedstawionych wykresów oraz tablicy wynika, że zdolności zaciemniania badanych szkieł, tzn. różnice między transmisją w stanie całkowitego zaciemnienia i stanem maksymalnego rozjaśnienia, są zbliżone. Jednakże biorąc pod uwagę szybkość reakcji na zmianę warunków oświetlenia, lepszymi właściwościami od IZOPLAST 150 FOTO B charakteryzują się szkła mineralne IZOFOTO 15B oraz IZOFOTO 15G. należy również zauważyć, że żaden z powyższych materiałów w badanych czasach rozjaśniania nie powrócił do stanu wyjściowego, tzn. do poziomu maksymalnego rozjaśnienia. Całkowite rozjaśnienie może nastąpić jedynie w warunkach długotrwałego przechowywania w zaciemnieniu np. w etui lub dzięki wygrzaniu w odpowiednich warunkach. W czasie zwykłego użytkowania szkieł fotochromowych zawsze cechować je będzie pewien stopień zaciemnienia.



rys.2a


rys.2b


Tablica 1
  IZOFOTO 15B IZOFOTO 15G IZOPLAST 150
FOTO B
transmisja dla szkła całkowicie rozjaśnionego 89% 91% 87%
transmisja dla szkła całkowicie zaciemnionego 27% 25% 29%


Wpływ temperatury otoczenia na właściwości fotochromowe szkieł

Jak wspomniano we wstępie, przy okazji przytoczenia definicji materiałów i szkieł fotochromowych, właściwości fotochromowe są zależne od temperatury otoczenia.
W tablicy 2 określiliśmy te zależności w stanie całkowitego zaciemnienia szkieł o grubości 2,00 mm dla trzech temperatur: 5°C do 10°C, 23°C oraz 35°C.
Z powyższego widać, że właściwości samobarwiące soczewek fotochromowych są zależne od temperatury. W wysokiej temperaturze zaciemniają się w mniejszym stopniu niż w temperaturach średnich i niskich. Przy niskich temperaturach oraz przy intensywnym promieniowaniu UV np. zimą w górach, zaciemniają się bardziej i szybciej, ale niestety potrzebują także dłuższego czasu do rozjaśnienia. Z przedstawionej tablicy widać również, że ze względu na rozmiar zmiany transmisji lepszymi właściwościami charakteryzują się soczewki organiczne IZOPLAST 150 FOTO B. Różnica między transmisją dla wysokich temperatur otoczenia i niskich temperatur wynosi 17%. W przypadku szkieł mineralnych IZOFOTO 15B różnica ta wynosi 26%. Dodatkowo należy stwierdzić, że na skutek niekorzystnego działania wysokiej temperatury na stopień zaciemnienia szkieł fotochromowych, nie należy traktować ich jako szkła przeciwsłoneczne, a jedynie jako szkła ograniczające nadmierne natężenie promieniowania widzialnego.

Wpływ grubości szkła na stopień zaciemnienia szkieł fotochromowych

W tablicy 3 przedstawiliśmy wpływ grubości szkieł na zmiany transmisji szkieł rozjaśnionych oraz zaciemnionych.
UWAGA: temperatura pomiaru 23°C.
Ze względu na sposób wytwarzania jedynie w przypadku szkła organicznego IZOPLAST 150 FOTO B barwa nie jest zależna od grubości szkła. Powodem jest powierzchniowe wprowadzenie materiału fotoczułego do materiału organicznego soczewki. Warstwa fotoczuła ma zawsze jednakową grubość. W szkłach mineralnych właściwości samobarwiące ma cała masa soczewki, stąd właśnie wynikają różnice w stopniu zabarwienia dla różnych grubości.

Informacje dodatkowe

Wszystkie szkła fotochromowe są doskonałymi filtrami całego zakresu promieniowania UV. Właściwości fotochromowe tych szkieł wynikają z reakcji czynników fotoczułych na to właśnie promieniowanie. Należy tu jednak pamiętać, że zwykła szyba posiada również pewną zdolność do pochłaniania promieni UV. Stąd wniosek, że szkła fotochromowe będą znacznie mniej zaciemniać się za szybą np. w samochodzie.
Tablica 2

transmisja w stanie całkowitego zaciemnienia

IZOFOTO 15B

IZOFOTO 15G

IZOPLAST 150 FOTO B

50 do 100C 17% 17% 21%
230C 27% 25% 29%
350C 43% 39% 38%
Tablica 3
grubość szkła

Transmisja

IZOFOTO 15B

IZOFOTO 15G

IZOPLAST 150 FOTO B

szkło rozjaśnione

szkło zaciemnione

szkło rozjaśnione

szkło zaciemnione

szkło rozjaśnione

szkło zaciemnione

2,0mm 89% 27% 91% 25% 87% 29%
3,0mm 87% 22% 91% 20% 87% 29%
4,0mm 86,5% 19% 90% 15% 87% 29%

   Wszystkie szkła fotochromowe ulegają tzw. starzeniu się. W tym wypadku jedynie szkła mineralne można poddać tzw. odświeżeniu poprzez wygrzanie ich w temperaturze ok. 800C. Nie można tego wykonać w przypadku szkieł organicznych i należy się liczyć z tym, że wraz z upływem czasu ich właściwości samobarwiące będą się zmieniać.

Podsumowanie - zalety i wady szkieł fotochromowych

Na podstawie opisanych właściwości szkieł fotochromowych możemy stwierdzić, że zarówno szkła mineralne jak i organiczne, bez względu na producenta, mają swoje zalety i wady. Na rynku polskim dominują trzy firmy: w zakresie szkieł mineralnych - niemiecki DESAG i amerykański CORNING, a w zakresie szkieł organicznych - TRANSITIONS. Niezależnie od producenta szkła fotochromowe charakteryzują się bardzo zbliżonymi właściwościami w zakresie zaciemniania i rozjaśniania.
W przypadku szkieł mineralnych niewątpliwymi ich zaletami są: szybkość reakcji na zmiany warunków oświetlenia, twardość materiału (wysoka odporność szkła mineralnego na zarysowania) oraz odwracalność efektów starzeniowych. Natomiast wadami są: zależność stopnia zaciemnienia szkieł od grubości oraz ciężar właściwy, większy niż szkieł organicznych. Wady te jednak mają znaczenie tylko w przypadku szkieł o wysokich mocach optycznych.
Zaletami szkieł organicznych fotochromowych są: wspomniany niski ciężar właściwy materiału organicznego oraz niezależność zabarwienia od grubości szkła. Szkła organiczne mają jednak gorsze właściwości w zakresie szybkości reakcji na zmianę warunków oświetlenia. Są również mniej odporne na zarysowania, a warstwa fotoczuła ulega nieodwracalnym zmianom starzeniowym. W przypadku tych szkieł użytkownik powinien bezwzględnie stosować się do zaleceń producenta.
Zaletą wszystkich szkieł fotochromowych, tak mineralnych jak i organicznych, oprócz zdolności do ograniczania nadmiernego natężenia promieniowania widzialnego, jest dodatkowo ich zdolność do filtrowania całego zakresu promieniowania ultrafioletowego. Niestety wadą jest zależność właściwości samobarwiących od temperatury. Szkła fotochromowe będą spełniać bardzo dobrze rolę szkieł przeciwsłonecznych zimą w górach, ale latem na plaży i podczas prowadzenia samochodu raczej nie spełnią oczekiwań. W takich przypadkach należy stosować szkła o stałym i wysokim poziomie zaciemnienia (absorbcji) np.: szkła mineralne z powłokami B75, B90, G75 lub barwione szkła organiczne.
Klient decydując o wyborze najwłaściwszych szkieł nie powinien sugerować się wyłącznie ceną, lecz powinien wziąć pod uwagę wszystkie zalety i wady szkieł fotochromowych i odnieść je do indywidualnych oczekiwań i potrzeb.

UWAGA:

Wszystkie szkła fotochromowe produkcji JZO Sp. z o. o. spełniają wymagania międzynarodowej normy ISO 14889, dotyczące znaku bezpieczeństwa CE. Oznacza to, że oprócz odpowiedniej wytrzymałości mechanicznej, mogą być również stosowane przez kierowców. Znak CE umieszczony jest na opakowaniach jednostkowych naszych szkieł.