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Comment l’irradiation affecte les propriétés de couleur des produits contenant du verre

Le verre est particulièrement sensible à la coloration/décoloration induite par le rayonnement en raison de sa structure non cristalline amorphe. La nature des changements optiques varie, mais ils consistent habituellement en une coloration dans la région de la lumière visible et la formation de bandes d’absorption dans les régions de l’infrarouge et/ou de l’ultraviolet. La densité optique est presque toujours augmentée. Par exemple, il est largement avéré que des doses élevées de rayonnement gamma provoquent la formation de diverses nuances sur le verre allant du brun foncé à l’ambre pâle. Le verre transparent se décolore lorsqu’il est exposé à un rayonnement gamma émis par exemple à partir d’une source de cobalt 60. Le verre blanc ordinaire, le verre au borosilicate et le verre au plomb subissent un changement de couleur allant de transparent à ambre clair, d’une couleur tirant sur le brun au noir, en fonction de la quantité d’énergie absorbée. Le verre laiteux, lorsqu’il est exposé à un rayonnement gamma prend une couleur grisâtre, en fonction de l’énergie absorbée et un effet éventuel de tourbillonnement est mis en évidence, probablement en raison de concentrations de couleur dans le verre qui ne se sont pas mélangées de façon uniforme.

Le mécanisme réel de la formation des « centres colorés » a été décrit. La couleur finale créée dépend de la composition chimique du verre et peut être modifiée par la sélection d’additifs (par exemple, les ions cérium peuvent réduire le brunissement, les ions manganèse induisent une couleur améthyste). La couleur finale est une combinaison de couleur de verre d’origine et des effets des formations de centre coloré.

La couleur induite par l’irradiation est considérée comme métastable et on sait, par exemple, que la chaleur inverse cet effet. En fonction du type des centres colorés formés et de la dureté du verre, des quantités variables de pénétration de chaleur ou d’énergie sont nécessaires pour inverser la couleur. Le verre qui a un faible taux de diffusion (point de ramollissement élevé) est plus stable. La combinaison de tous ces facteurs donne une coloration décorative parfaitement unique à un élément en verre.

Des contrastes de couleurs très frappants peuvent apparaître, en fonction de la couleur des peintures utilisées sur un élément, de la composition chimique et des impuretés dans le verre. À de faibles doses, l’intensité de la couleur augmente de façon linéaire, mais finit par saturer à des doses élevées.

Le produit final n’est absolument pas radioactif ou contaminé.

Les propriétés physiques générales du verre coloré comprennent notamment :

Stabilité de la couleur :

Il y a une légère perte de couleur au cours des quelques premiers jours suivant le traitement, et par la suite la vitesse de décoloration est faible. Le processus peut effectivement être inversé, ce qui provoque la transparence du verre, en plaçant l’unité dans un four à environ 300° F pendant deux ou trois heures. Par conséquent, pour les applications où le produit est exposé à une chaleur élevée ou une chaleur faible de façon régulière (par exemple, le lave-vaisselle), cela peut ne pas être idéal.

Absorption des ultraviolets :

Il y a une petite quantité d’absorption d’ultraviolets caractéristique qui change lorsque le verre est davantage décoloré.

Propriétés physiques :

Hormis le changement de couleur, les propriétés physiques normales du verre ne sont pas affectées.

Les avantages de l’irradiation pour la coloration décorative du verre comprennent :

  1. Le traitement est appliqué dans le carton d’expédition. Il n’est pas nécessaire de déballer ou de manipuler des pièces individuelles.
  2. Le procédé est simple, propre et parfaitement sûr pour le produit final et le consommateur.
  3. Bien que pour des raisons économiques, de grands volumes seraient préférables, des volumes plus petits peuvent être économiquement intéressants. Le procédé d’irradiation ne dépend pas du traitement de grandes séries.
  4. Il n’y a pas de déchet ou de casse de produit associé au procédé.

Résumé

La coloration du verre par irradiation est un phénomène connu. L’effet ne nuit pas aux propriétés physiques du verre et il peut être exploité de façon constructive à des fins décoratives.

Références

  1. Prasil, Z et T. Marlind, « Two Colors Out of One » Glass Decoloration n° 125, beta-gamma 2-3/91
  2. Prasil, Z. et T. Marlind, « Radiation Coloration of Glass-State of the Art », Glass Decoloration n° 249, beta-gamma 2-3/91
  3. Dietz, George R., « Radiation Coloring of Glass » Présentation à la Society of Glass Decorators, Réunion annuelle du 11 au 13 octobre 1976, Pittsburgh, PA
  4. Prasil, Z., E. Schweiner et M. Pesek, « Radiation Modification of Physical Properties of Inorganic Solids », Radiation Physics and Chemistry, Vol. 35, N° 4-6, pp. 509-513, 1990