ガラス瓶の色はどのようにして形成されるのですか？ - メイパック

これらの美しいガラスの色はどこから来たのですか？

普通ガラス瓶ガラスは、石英砂、ソーダ灰、石灰石を一緒に溶融して作られます。組成が固定されていないケイ酸塩の混合物です。人類が最初に作ったガラスは、透明度が低く、色がついた小さなガラス片でした。その色は、人々が意識的に加えたものではなく、不純物を含む不純な原料が混ざった結果です。当時、色付きガラス瓶は装飾品としてのみ使用され、要求水準は高くありませんでした。人々は偶然に色付きガラスを生産していたのです。しかし、今日私たちが求める色付きガラスは非常に高い科学的要求水準を持ち、色の秘密が解明されて初めて生産できるようになりました。ガラス瓶明らかになった。

研究の結果、通常のガラスの原料に0.4～0.7%の着色剤を加えると、ガラスに色を付けることができることが分かりました。着色剤は主に金属酸化物です。各金属元素には固有の「スペクトル特性」があることは既に知られており、そのため異なる金属酸化物は異なる色を示します。これらの酸化物をガラス原料に加えると、ガラスに色が付きます。例えば、酸化クロム（Cr2O3）を加えるとガラスは緑色になり、二酸化マンガン（MnO2）を加えると紫色になり、酸化コバルト（Co2O3）を加えると青色になります。鉄鋼労働者や電気溶接工が使用する保護ゴーグルには、この青色のガラスが使用されています。

実際、ガラス瓶ガラスの色は、添加する着色剤だけでなく、溶融温度や炉の炎の性質によって元素の価数を調整することによっても決まり、それによってガラスはさまざまな色を呈します。たとえば、ガラス中の銅が高価な酸化銅である場合、ガラスは青緑色に見えます。安価な酸化第一銅（Cu2O）が存在する場合、ガラスは赤色に見えます。場合によっては、ガラスは一度溶融しただけでは鮮やかに発色せず、2回目の加熱が必要になることがあります。これは、通常のガラス原料に少量の金を加えて作られる貴重な金赤色ガラスの場合です。最初の溶融後、金は原子の形でガラス中に分散しており、この時点ではガラスは発色しません。再び軟化温度に近い温度まで加熱すると、中の金原子が凝集してコロイド粒子となり、このときにガラスは美しい赤色に発色します。

現在、人々は希土類元素の酸化物を着色剤として用いて、様々な高級カラーガラスを製造しています。希土類元素を添加したカラーガラスは、透明で鮮やかな色を持ち、光の当たり方によって色が変わるものもあります。例えば、酸化ネオジムガラスはこのような特性を持ち、日光の下では紫がかった赤色に、蛍光灯の下では青紫色に見え、非常に美しいです。光の強さによって色が変わるガラスもあり、眼鏡のレンズや住宅の窓ガラスとして使用されています。このようなガラスを窓ガラスとして使用すれば、室内の明るさを一定に保つことができ、日差しを遮るためのカーテンも不要になるため、「自動カーテン」と呼ばれることもあります。また、日光に含まれる紫外線を遮断することもできます。図書館や博物館にこのようなガラスが設置されれば、書籍や文化財を紫外線から保護することができます。

希土類元素に加えて、タングステンやプラチナをガラスに直接添加することによっても、色が変わるガラスを作ることができる。

通常の顔料は太陽の紫外線や空気中の酸素・二酸化硫黄の作用によって退色しますが、着色ガラスは着色の役割を果たす金属などの酸化物がガラスに融合されているため、太陽や雨に濡れても色褪せることなく、いつまでも美しい状態を保ちます。科学技術の発展に伴い、着色ガラスの種類はますます豊富になり、その装飾によって私たちの生活も彩り豊かになっていくでしょう。

簡単に言うと、ガラスとは、特定の波長の光を吸収、反射、透過することで様々な色を呈するガラスのことです。主に公共施設のドアや窓、内外装の装飾材として使用されます。ガラスの着色には、素材着色と表面着色の2つの方法があります。

素材の着色

着色イオン、複合コロイド、金属コロイド粒子を形成できる物質をガラス原料に添加して、ガラスを様々な色に見せるプロセスは、着色メカニズムに応じて4種類に分類できる。

1. イオン着色：これは、コバルト（Co）、マンガン（Mn）、ニッケル（Ni）、鉄（Fe）、銅（Cu）などの遷移元素をガラスフリットに添加した化合物で、価電子が異なるエネルギー準位（基底状態と励起状態）間で遷移するため、可視光の選択的吸収により着色され、コバルトブルー、マンガンバイオレット、ニッケルグリーンなどの着色ガラスになります。

2. 化合物コロイド粒子の着色：硫黄化合物やセレン化合物（CdS、CdSeなど）を添加すると、CdSeはより大きなコロイド粒子に成長し、光散乱によりガラスが着色され、セレンレッド、カドミウムイエローなどの着色ガラスが作られます。

3. 金属コロイド粒子着色：ガラス原料に、金属状態に分解しやすい酸化物（金、銀、銅などの酸化物）を添加し、まずイオン状態でガラスに溶解させ、その後熱処理によって原子状態に変化させ、凝集・成長させてコロイド粒子とする。光散乱により可視光を吸収し、金赤色、銅赤色、銀黄色などの着色ガラスが得られる。

4. 半導体着色:ガラスフリットに CdS、CdSe、CdTe などの着色剤を添加すると、可視光領域に吸収ピークはなく、連続的な吸収領域となり、光透過領域と吸収領域は非常に急峻な境界線となります。前述の着色メカニズムとは異なり、その色は CdS/CdSe の比率によって変化します。例えば、CdS が多いとオレンジ色に近くなり、CdSe が多いと赤色になり、CdTe が多いと黒色になります。つまり、O2-、S2-、Se2-、Te2- の順序が長波長方向に移動します。半導体のエネルギーバンド理論によれば、これらの陰イオンの求電子性は順に小さくなり、低エネルギー（近可視光）の光を順次使用することで価電子を伝導帯（励起状態）に励起することができ、波の限界を切り捨てて可視光領域に入るとガラスが着色する。

表面着色

ガラス表面に金属、金属酸化物などをコーティングして、透明、半透明、または不透明な着色コーティングを形成する。ガラス表面にSnCl4とFeCl3を化学熱分解法でコーティングすると、それぞれ青色のSnO2膜と金色のFe2O3膜が得られる。金、銀、銅などの金属膜、またはIn2O3、SnO2、TiO2などの金属酸化物膜は、真空蒸着、真空陰極スパッタリング、反応性スパッタリングなどによって作製できる。干渉膜や反射膜の色の異なる色も得られる。フロートガラス製造ラインでは、電気フロート法または熱溶射法を用いて着色表面を持つ着色ガラスを製造できる。また、ガラス着色釉薬を印刷またはスプレーして釉薬ガラス瓶を作ることもできる。