玻璃“白度”的評價方法
發布時間：2010-01-14 共1頁
隨著加工玻璃及建筑業對玻璃原板質量要求的日益提高，玻璃的“白度”成為生產者和用戶越來越關注的問題。目前，國內透明浮法玻璃氧化鐵含量都在0.09%`0.15%之間，而國外先進玻璃生產廠其鐵含量在0.05%左右，因此我國浮法玻璃與與國外乃至合資線產品相比，差距較。在玻璃外觀顏色上，國外玻璃外觀“白度”較高，明顯比國內浮法線好。國內透明浮法玻璃的顏色，尤其含鐵量普遍呈現偏藍綠的特征，尤其生產厚度玻璃時更為明顯。
眾所周知，玻璃的顏色主要由玻璃中引入雜質氧化鐵造成的，而降低博覽成分中鐵含量將會幅度增加玻璃的生產成本。為此，在嚴格控制低制造成本的前提下，對透明浮法玻璃進行顏色修正，是一個值得研究的課題。
當前，玻璃深加工采用合資線生產的浮法原片較多，其主要原因之一是玻璃原片中含鐵量較低，玻璃“白度”好。因此，研究開發在鐵含量不變的情況下加入特殊的“復合脫色劑”對玻璃進行脫色，增強人眼視覺評價效果，可提高浮法玻璃質量和市場競爭力，具有很重要的現實意義。
1、提高玻璃“白度”的方法
透明浮法玻璃的顏色主要由于原料中氧化鐵雜質引起的，氧化鐵在透明浮法玻璃中有低價鐵離子Fe2+和高價鐵離子Fe3+兩種狀態，在Fe3+的3d軌道呈半充滿狀態，著色能力很弱，呈黃綠色。Fe2+基態光譜項的L=2，處于D態，在可見光區有一個寬廣的吸收帶，呈藍綠色。Fe2+是Fe3+著色能力的10倍左右。玻璃的顏色主要決定于二者之間的平衡狀態。由此可見，若提高玻璃的“白度”，首先必須降低配合料中的鐵含量。目前有的玻璃生產廠千方百計改善原料質量，將主要原料——砂巖、硅砂采取棒磨、水洗等措施|來源考 %降低其鐵含量，玻璃“白度”雖然增加，但成本提高。針對這種情況，我們決定在保持基礎鐵含量不變、低制造成本的情況下，加入復合脫色劑作為改變Fe2+和Fe3+的平衡狀態的修正劑，來提高玻璃的透光性的“白度”。
2、玻璃“白度”的評價方法
2.1 目前國內“白度”的評價標準
任何顏色感覺都是一種由物理、生理、心理三者結合成的腦感知結果，人的感覺是不可能測量的。白色是一種特殊顏色，通常用“白度“來表示一個物體的白色程度。一般定義光譜反射比為1（或100%）的理想完全漫射體的白度為100度，光譜反射比為0的絕對白度為0度。所以要研究提高玻璃的“白度”，必須先定量確定“白度”評價方法。透明物體尤其是玻璃評價“白度”很難，但并不是無法進行定量評價，事實上可以從色的基本屬性來評價白色的程度。
通常白玻的色彩測定方式將白玻的可見光透光率數據轉換為CIE顏色同等數據，與主波長λD、色純度Pe和亮度Y 是相符的，因此很有價值。但是CIE顏色空間是非線性的，因此很難依據λD和Pe的允許范圍來確定白色。不僅如此，因物質的白色會隨觀察條件和時間而變化，且因喜愛的程度等原因，很難做出統一定量評價。
隨著涉及物理學、視覺生理、視覺心理、心理物理等交叉領域新興科學“色度學”理論及應用的發展，不同的應用領域對白度有不同的評價，使用不同的白度公式。目前國內最常用的如CIE白度W，藍光白度Wb（R457）、平均反射因素白度Wm，但是上述白度公式是否適合透明浮法玻璃的白度評價呢？為此我們制作了一系列樣品進行了試驗。
2.2 樣品的制作
樣品的制作考慮兩方面的因素，第一制作五種不同的λD、Pe和Y的玻璃樣品，通過排序實驗從中選擇確定消費者喜愛的白玻色度，第二是開發一種通過白玻透光率數據轉換為與觀測者觀察結果一致的測量玻璃“白度”公式。為此在實驗室制作了具有不同λD、Pe和Y的A、B、C、D、E五塊玻璃樣品（20*30*8mm）。
2.3 白度公式與視覺評價結果及討論
人眼對光譜不同波長的顏色判別感受性是有區別的，如圖1所示。
在圖中可以看到在495nm、600nm一帶，視覺的辨色能力很高，只要有1nm波長的改變便被察覺出來，而在430nm和650nm一帶的辨色能力很低，Δλ須達到5~6nm方能感覺出顏色的差別，因此視力正常的人在辨色能力上是有微小的差異的，但多個觀察者的平均值，其結果比較可靠。我們為此選用了10名觀察者對所制作的樣品進行了目視評價。樣品最白者為5點，第二為4點，依次類推，將各樣品點數相加，得出點數最多者為最白樣品，測試結果如表1。
將上述樣品進行CIE色度測試，并采用CIE推薦的甘茨(Gans)白度公式
WG,10=Y10-800x10-1700y10+813.7
及亨特(hunter)白度公式
WH=100-[ (100-L)2+a2+b2]1/2
進行了計算，結果列于表2。
從表中看出采用Ganshe和Hunter白度公式很難與目視結果相一致。故對透明玻璃需要新的白度公式來評價。
2.4 透明玻璃白度公式的選用與測試結果建立符合心理、物理的白度計算公式應滿足以下條件：
（1）在系列白度樣品的對比中，要使得計算的白度值與觀察者的平均目視評價結果相符或相近。
（2）采用CIE推薦的照明和觀察條件。
（3）公式對普通透明浮法玻璃低白度也能測量。
根據上述條件，建立白度公式的步驟為：
光譜光度測試目視及經驗目標值的確定選定適宜白度計算公式進行擬合與目視相關性的進一步驗證。
通過查閱量國內外文獻，并進行了量測試工作，經過擬合證實，我們認為Simmingskold&jonsson的F公式較為適宜玻璃“白度”的測定。
F={900[(x"-x"0)2+(y"-y"0)2]+[(1-y/100)/2]2}0.5-0.04
F為無色因素越低表示玻璃“白度”越好。
根據測試結果，我們認為將光源C改變目前常用的光源D65，更能接近觀測者排序。
經改變后的公式
F={900[(x-x0)2+(y-y0)2]+[(1-y/100)/2]2}0.5-0.04
式中x0=0.3138,y=0.3310
x=X/X+Y+Z
Y=Y/X+Y+Z
X、Y、Z為CIE色品坐標。
舉例：某樣品X=79.17，Y=84.99，Z=90.43分別代入式（2）、（3）中將x=0.3810,y=0.338,將x、y、z、x0、y0值代入式（1）中得F=0.1405，根據上述計算方法將A、B、C、D、E樣品進行計算。測試結果與目視結果如表3。從表3可以看出F白度公式基本與觀測者評價相符，為此選用該公式作為玻璃“白度”的定量評價標準。
3 應用
通過實驗室小試研究中試實驗，在中國耀華玻璃集團股份公司500t/d浮法線首家采用復合脫色劑，對玻璃進行脫色，效果良好。玻璃透光率提高，玻璃“白度”公式進行定量評價，結果如表4。
4 結論
（1）對平板玻璃玻璃“白度”評價方法是適宜的。
（2）玻璃“白度”定量評價可進一步提高浮法玻璃質量控制水平。
眾所周知，玻璃的顏色主要由玻璃中引入雜質氧化鐵造成的，而降低博覽成分中鐵含量將會幅度增加玻璃的生產成本。為此，在嚴格控制低制造成本的前提下，對透明浮法玻璃進行顏色修正，是一個值得研究的課題。
當前，玻璃深加工采用合資線生產的浮法原片較多，其主要原因之一是玻璃原片中含鐵量較低，玻璃“白度”好。因此，研究開發在鐵含量不變的情況下加入特殊的“復合脫色劑”對玻璃進行脫色，增強人眼視覺評價效果，可提高浮法玻璃質量和市場競爭力，具有很重要的現實意義。
1、提高玻璃“白度”的方法
透明浮法玻璃的顏色主要由于原料中氧化鐵雜質引起的，氧化鐵在透明浮法玻璃中有低價鐵離子Fe2+和高價鐵離子Fe3+兩種狀態，在Fe3+的3d軌道呈半充滿狀態，著色能力很弱，呈黃綠色。Fe2+基態光譜項的L=2，處于D態，在可見光區有一個寬廣的吸收帶，呈藍綠色。Fe2+是Fe3+著色能力的10倍左右。玻璃的顏色主要決定于二者之間的平衡狀態。由此可見，若提高玻璃的“白度”，首先必須降低配合料中的鐵含量。目前有的玻璃生產廠千方百計改善原料質量，將主要原料——砂巖、硅砂采取棒磨、水洗等措施|來源考 %降低其鐵含量，玻璃“白度”雖然增加，但成本提高。針對這種情況，我們決定在保持基礎鐵含量不變、低制造成本的情況下，加入復合脫色劑作為改變Fe2+和Fe3+的平衡狀態的修正劑，來提高玻璃的透光性的“白度”。
2、玻璃“白度”的評價方法
2.1 目前國內“白度”的評價標準
任何顏色感覺都是一種由物理、生理、心理三者結合成的腦感知結果，人的感覺是不可能測量的。白色是一種特殊顏色，通常用“白度“來表示一個物體的白色程度。一般定義光譜反射比為1（或100%）的理想完全漫射體的白度為100度，光譜反射比為0的絕對白度為0度。所以要研究提高玻璃的“白度”，必須先定量確定“白度”評價方法。透明物體尤其是玻璃評價“白度”很難，但并不是無法進行定量評價，事實上可以從色的基本屬性來評價白色的程度。
通常白玻的色彩測定方式將白玻的可見光透光率數據轉換為CIE顏色同等數據，與主波長λD、色純度Pe和亮度Y 是相符的，因此很有價值。但是CIE顏色空間是非線性的，因此很難依據λD和Pe的允許范圍來確定白色。不僅如此，因物質的白色會隨觀察條件和時間而變化，且因喜愛的程度等原因，很難做出統一定量評價。
隨著涉及物理學、視覺生理、視覺心理、心理物理等交叉領域新興科學“色度學”理論及應用的發展，不同的應用領域對白度有不同的評價，使用不同的白度公式。目前國內最常用的如CIE白度W，藍光白度Wb（R457）、平均反射因素白度Wm，但是上述白度公式是否適合透明浮法玻璃的白度評價呢？為此我們制作了一系列樣品進行了試驗。
2.2 樣品的制作
樣品的制作考慮兩方面的因素，第一制作五種不同的λD、Pe和Y的玻璃樣品，通過排序實驗從中選擇確定消費者喜愛的白玻色度，第二是開發一種通過白玻透光率數據轉換為與觀測者觀察結果一致的測量玻璃“白度”公式。為此在實驗室制作了具有不同λD、Pe和Y的A、B、C、D、E五塊玻璃樣品（20*30*8mm）。
2.3 白度公式與視覺評價結果及討論
人眼對光譜不同波長的顏色判別感受性是有區別的，如圖1所示。
在圖中可以看到在495nm、600nm一帶，視覺的辨色能力很高，只要有1nm波長的改變便被察覺出來，而在430nm和650nm一帶的辨色能力很低，Δλ須達到5~6nm方能感覺出顏色的差別，因此視力正常的人在辨色能力上是有微小的差異的，但多個觀察者的平均值，其結果比較可靠。我們為此選用了10名觀察者對所制作的樣品進行了目視評價。樣品最白者為5點，第二為4點，依次類推，將各樣品點數相加，得出點數最多者為最白樣品，測試結果如表1。
將上述樣品進行CIE色度測試，并采用CIE推薦的甘茨(Gans)白度公式
WG,10=Y10-800x10-1700y10+813.7
及亨特(hunter)白度公式
WH=100-[ (100-L)2+a2+b2]1/2
進行了計算，結果列于表2。
從表中看出采用Ganshe和Hunter白度公式很難與目視結果相一致。故對透明玻璃需要新的白度公式來評價。
2.4 透明玻璃白度公式的選用與測試結果建立符合心理、物理的白度計算公式應滿足以下條件：
（1）在系列白度樣品的對比中，要使得計算的白度值與觀察者的平均目視評價結果相符或相近。
（2）采用CIE推薦的照明和觀察條件。
（3）公式對普通透明浮法玻璃低白度也能測量。
根據上述條件，建立白度公式的步驟為：
光譜光度測試目視及經驗目標值的確定選定適宜白度計算公式進行擬合與目視相關性的進一步驗證。
通過查閱量國內外文獻，并進行了量測試工作，經過擬合證實，我們認為Simmingskold&jonsson的F公式較為適宜玻璃“白度”的測定。
F={900[(x"-x"0)2+(y"-y"0)2]+[(1-y/100)/2]2}0.5-0.04
F為無色因素越低表示玻璃“白度”越好。
根據測試結果，我們認為將光源C改變目前常用的光源D65，更能接近觀測者排序。
經改變后的公式
F={900[(x-x0)2+(y-y0)2]+[(1-y/100)/2]2}0.5-0.04
式中x0=0.3138,y=0.3310
x=X/X+Y+Z
Y=Y/X+Y+Z
X、Y、Z為CIE色品坐標。
舉例：某樣品X=79.17，Y=84.99，Z=90.43分別代入式（2）、（3）中將x=0.3810,y=0.338,將x、y、z、x0、y0值代入式（1）中得F=0.1405，根據上述計算方法將A、B、C、D、E樣品進行計算。測試結果與目視結果如表3。從表3可以看出F白度公式基本與觀測者評價相符，為此選用該公式作為玻璃“白度”的定量評價標準。
3 應用
通過實驗室小試研究中試實驗，在中國耀華玻璃集團股份公司500t/d浮法線首家采用復合脫色劑，對玻璃進行脫色，效果良好。玻璃透光率提高，玻璃“白度”公式進行定量評價，結果如表4。
4 結論
（1）對平板玻璃玻璃“白度”評價方法是適宜的。
（2）玻璃“白度”定量評價可進一步提高浮法玻璃質量控制水平。
