Что пропускает ультрафиолет непрозрачное. Нигерия под колпаком. Натуральные и синтетические покрытия

В конце 1950-х годов, сразу после изобретения, начинает набирать популярность. Сначала он используется в качестве полимерной тары и защиты от ультрафиолетовых лучей в промышленности. С течением времени, полиэтилен быстро находит применение у цветоводов и овощеводов.

Достоинства и недостатки

На данный момент полиэтиленовая плёнка – самая популярная и дешёвая среди всех предложений на отечественном рынке. Большой спрос на неё обусловлен экономией средств. А вот достоинств перед аналогами у неё очень мало, хотя они и существуют:

• доступная стоимость;
• на 90% пропускает солнечный свет;
• малый коэффициент температурного расширения;
• со временем прочность материала увеличивается;
• при низких температурах не утрачивает свою функциональность.

Самый главный недостаток – плёнка изначально не предназначена для данных целей. Покрытие выдерживает обычно не более сезона, после чего плёнка рвётся, трескается. Но этот минус компенсируется малой стоимостью плёнки, поэтому новым полиэтиленом теплицу можно укрывать ежесезонно.

Имеются и другие важные недостатки:

• обыкновенная полиэтиленовая плёнка склонна к быстрому разрушению под влиянием УФ-лучей и высокой температуры.
  Если она используется в качестве дополнительного покрытия под теплицей из поликарбоната или стекла, срок службы такой плёнки составит примерно несколько лет. Если она натянута просто на тепличные дуги – прослужит едва ли месяца четыре;
• высокие температуры и действие солнечных лучей уменьшают прочность плёнки, её морозоустойчивость и светопроницаемость;
• повышенная влажность в тепличном пространстве собирает конденсат на поверхности плёнки, который задерживает собой солнечный свет;
• тот же конденсат собирает на себе частицы пыли, которые ещё больше усугубляют проникновение света;
• разница температур окружающей среды и тепличного пространства велика по той причине, что полиэтилен не пропускает инфракрасные лучи, которые стремятся вверх из нагретой почвы;
• плёнка, натянутая на металлическую основу разрушается сильнее вследствие сильного нагревания металла.

Модификации полиэтиленовой плёнки

Ввиду своей в настоящее время полиэтилен для теплиц имеет достаточно большое количество разновидностей. Он различается как по прочности материала, так и по коэффициенту светопропускания.

Полиэтилен светостабилизированный

Одним из компонентов данного вида плёнки является специальное вещество, которое останавливает разрушение покрытия из-за неблагоприятной окружающей среды. Срок службы такой плёнки увеличивается в разы по сравнению с обыкновенной плёнкой – стабилизированный полиэтилен выдерживает несколько сезонов или может использоваться в течение всего года.

Отличить обычную плёнку от модифицированной внешне невозможно. При выборе необходимой стоит внимательно изучить этикетку.

Полиэтилен гидрофильный

Эта модификация имеет очень важное качество – она не даёт конденсату скапливаться на поверхности полимера. Капли распределяются по покрытию равномерно, так, что этот слой не уменьшает светопропускную способность и не создаёт капель.

Заслуга таких преимуществ плёнки в том, что она в своём составе содержит свето- и термостабилизаторы, которые не только увеличивают срок службы полимера в несколько раз, но ещё и задерживают тепловое излучение.

Ещё одним из плюсов является повышение урожайности в парниках с таким покрытием. По данным исследований, в теплицах с гидрофильным полиэтиленом урожайность и быстрота созревания увеличивается примерно на пятнадцать процентов.

Вспененный полиэтилен

Для тех, кто решил сделать самостоятельно сезонную для культур, которые боятся резких температурных перепадов, рекомендуется обратить внимание на данный вид плёнки. Она состоит из двух слоёв – монолита и вспененного материала. Отличие от обычной плёнки состоит в том, что этот полиэтилен хуже пропускает и рассеивает солнечные лучи , тем самым понижая дневную температуру среды. Ночью же тепло, накопившееся за день, медленно покидает парник, и он сохраняет высокую температуру внутри.

Плёнка из армированного полиэтилена

Данная плёнка отличается от других разновидностей тем, что содержит тройной слой полимера. Толщина полиэтилена для теплиц невелика (от 15 до 300 мкм), а средний слой – это армирующая сетка из моноволокна. В составе такой сетки может содержаться как стекловолокно, так и другие армирующие элементы, например, лавсан.

Стоит обратить внимание, что наибольшей прочностью будет обладать плёнка с частой сеткой и малым размером ячеек. Однако густая сетка уменьшает светопропускной коэффициент. Срок эксплуатации такой плёнки может составлять до десяти лет.

Что выбрать

Большой выбор модификаций полиэтиленовой плёнки не должен вводить в ступор, ведь каждая из них обладает своими определёнными свойствами. В тоже время от выбора плёночного покрытия будет зависеть весь сезонный урожай , поэтому к такому вопросу нужно подходить грамотно и во всеоружии. При выборе полиэтилена для теплиц необходимо отталкиваясь от бюджета определить наиболее подходящую модификацию для конкретных задач.

Что же такое ультрафиолет?

Основным источником ультрафиолетового излучения является Солнце, хотя некоторые источники искусственного освещения также имеют в своем спектре ультрафиолетовую составляющую, кроме того, оно возникает и при проведении газосварочных работ. Ближний диапазон UV-лучей, в свою очередь, подразделяется на три составляющие – UVA, UVB и UVC, различающиеся по своему влиянию на организм человека.

При воздействии на живые организмы ультрафиолетовое излучение поглощается верхними слоями тканей растений или кожи человека и животных. В основе его биологического действия лежат химические изменения молекул биополимеров, вызванные как непосредственным поглощением ими квантов излучения, так и – в меньшей степени – взаимодействием с образующимися при облучении радикалами воды и других низкомолекулярных соединений.

UVC является наиболее коротковолновым и высокоэнергетичным ультрафиолетовым излучением с диапазоном длин волн от 200 до 280 нм. Регулярное воздействие этого излучения на живые ткани может быть достаточно разрушительным, но, к счастью, оно поглощается озоновым слоем атмосферы. Следует учитывать, что именно это излучение генерируется бактерицидными ультрафиолетовыми источниками излучения и возникает при сварке.

UVB охватывает диапазон длин волн от 280 до 315 нм и является излучением средней энергии, представляющим опасность для органов зрения человека. Именно UVB-лучи способствуют возникновению загара, фотокератита, а в экстремальных случаях – вызывают ряд заболеваний кожи. UVB-излучение практически полностью поглощается роговицей, однако часть его, в диапазоне 300– 315 нм, может проникать во внутренние структуры глаза.

UVA – это наиболее длинноволновая и наименее энергетичная составляющая УФ-излучения с l = 315–380 нм. Роговица поглощает некоторое количество UVА-излучения, однако бо"льшая часть поглощается хрусталиком. Эту составляющую и должны прежде всего учитывать офтальмологи и оптометристы, потому что именно она проникает глубже других в глаза и обладает потенциальной опасностью.

Глаза испытывают воздействие всего достаточно широкого УФ-диапазона излучения. Его коротковолновая часть поглощается роговицей, которая может быть повреждена при длительном воздействии излучения волн с l = 290–310 нм. С увеличением длин волн ультрафиолета возрастает глубина его проникновения внутрь глаза, причем бульшую часть этого излучения поглощает хрусталик.

Светопропускание материалов очковых линз в УФ-диапазоне

Хотя спектральные свойства материалов очковых линз регулярно обсуждаются на страницах профессиональных изданий, в том числе и журнала «Веко», до сих пор существуют устойчивые заблуждения об их прозрачности в УФ-диапазоне. Эти неправильные суждения и представления находят свое выражение во мнении некоторых офтальмологов и даже выплескиваются на страницы массовых изданий. Так, в статье «Солнцезащитные очки могут спровоцировать агрессивность» окулиста-консультанта Галины Орловой, опубликованной в газете «Санкт-Петербургские ведомости» за 23 мая 2002 года, читаем: «Кварцевое стекло не пропускает ультрафиолетовые лучи, даже если оно не затемнено. Поэтому любые очки со стеклянными очковыми линзами защитят глаза от ультрафиолета». Следует отметить, что это абсолютно неверно, так как кварц является одним из наиболее прозрачных в УФ-диапазоне материалов, и кюветы из кварца широко используются для изучения спектральных свойств веществ в ультрафиолетовой области спектра. Там же: «Не все пластиковые очковые линзы защитят от ультрафиолетового излучения». Вот с этим утверждением можно согласиться.

С целью окончательно внести ясность в этот вопрос рассмотрим светопропускание основных оптических материалов в ультрафиолетовой области. Известно, что оптические свойства веществ в УФ-области спектра значительно отличаются от таковых в видимой области. Характерной чертой является уменьшение прозрачности с уменьшением длины волны, то есть увеличение коэффициента поглощения большинства материалов, прозрачных в видимой области. Например, обычное (не очковое) минеральное стекло прозрачно при длине волны свыше 320 нм, а такие материалы, как увиолевое стекло, сапфир, фтористый магний, кварц, флюорит, фтористый литий, прозрачны в более коротковолновой области [БСЭ].

Светопропускание очковых линз из различных материалов:
1 - кроновое стекло
2, 4 - поликарбонат
3 - CR-39 со светостабилизатором
5 - CR-39 с УФ-абсорбером в массе полимера
Для того чтобы понять эффективность защиты от УФ-излучения различных оптических материалов, обратимся к спектральным кривым светопропускания некоторых из них. На рис. представлено светопропускание в диапазоне длин волн от 200 до 400 нм пяти очковых линз из различных материалов: минерального (кронового) стекла, CR-39 и поликарбоната. Как видно из графика (кривая 1), большинство минеральных очковых линз из кронового стекла в зависимости от толщины по центру начинают пропускать ультрафиолет с длин волн 280–295 нм, достигая 80–90% светопропускания на длине волны 340 нм. На границе УФ-диапазона (380 нм) светопоглощение минеральных очковых линз составляет всего 9% (см. табл.).

Это значит, что минеральные очковые линзы из обычного кронового стекла непригодны для надежной защиты от УФ-излучения, если в состав шихты для производства стекла не введены специальные добавки. Очковые линзы из кронового стекла могут использоваться в качестве солнцезащитных фильтров только после нанесения качественных вакуумных покрытий.

Светопропускание CR-39 (кривая 3) соответствует характеристикам традиционных пластмасс, долгие годы применявшихся для производства очковых линз. Такие очковые линзы содержат небольшое количество светостабилизатора, препятствующего фотодеструкции полимера под воздействием ультрафиолета и кислорода воздуха. Традиционные очковые линзы из CR-39 прозрачны для УФ-излучения от 350 нм (кривая 3), а их светопоглощение на границе УФ-диапазона составляет 55% (см. табл.).

Обращаем внимание наших читателей, насколько лучше с точки зрения защиты от ультрафиолета традиционные пластмассы по сравнению с минеральным стеклом.

Если в состав реакционной смеси добавляют специальный УФ-абсорбер, то очковая линза пропускает излучение с длиной волны от 400 нм и является прекрасным средством защиты от ультрафиолета (кривая 5). Очковые линзы из поликарбоната отличаются высокими физико-механическими свойствами, но в отсутствие УФ-абсорберов начинают пропускать ультрафиолет при 290 нм (то есть аналогично кроновому стеклу), достигая 86% светопропускания на границе УФ-области (кривая 2), что делает их непригодными к применению в качестве средства УФ-защиты. С введением УФ-абсорбера очковые линзы отрезают ультрафиолетовое излучение до 380 нм (кривая 4). В табл. 1 также приведены значения светопропускания современных органических очковых линз из различных материалов – высокопреломляющих и со средними значениями показателя преломления. Все эти очковые линзы пропускают световое излучение, начиная только от границы УФ-диапазона – 380 нм, и достигают 90% светопропускания при 400 нм.

Необходимо учитывать, что ряд характеристик очковых линз и особенностей конструкции оправ влияет на эффективность их применения в качестве средств УФ-защиты. Степень защиты возрастает с увеличением площади очковых линз – так, очковая линза площадью 13 см2 обеспечивает 60–65%-ю степень защиты, а площадью 20 см2 – 96%-ю или даже больше. Это происходит за счет уменьшения боковой засветки и возможности попадания УФ-излучения в глаза из-за дифракции на краях очковых линз. Увеличению защитных свойств очков способствует и наличие боковых щитков и широких заушников, а также выбор более изогнутой формы оправы, соответствующей кривизне лица. Следует знать, что степень защиты снижается с возрастанием вертексного расстояния, так как увеличивается возможность проникновения лучей под оправу и, соответственно, попадания их в глаза.

Граница отрезания

Хочется верить, что мы окончательно убедили всех в том, что обычные минеральные очковые линзы, а тем более кварцевое стекло, значительно уступают органическим линзам по эффективности отрезания ультрафиолета.

На страницах данного информационного ресурса уже отмечалась необходимость защиты изделий из полиэтилена, в частности полуфабрикатов (полиэтиленовых стержней, листов, плит и т.д.) из полиэтилена различных марок, а также других материалов семейства полиолефины, от вредного воздействия УФ - излучения, при эксплуатации изделий на открытом воздухе.

Вредное воздействие УФ - излучения выражается в изменении цвета материала (выцветании), а также в изменении его механических свойств - материал становится хрупким и растрескивается, даже без механической нагрузки.

Следует отметить что эти процессы (выцветание и изменение механических свойств) не связаны между собой – выцветание характеризует, прежде всего, стойкость красителей, используемых при производстве материалов, и поэтому потеря оригинального цвета изделия далеко не всегда означает изменение механических свойств материала.

Как уже отмечалось выше, для придания стойкости полиолефинов к воздействию УФ - излучения в их состав в процессе производства вводят специальные УФ - стабилизаторы (HALS – ингибиторы).

В целом можно сказать, что устойчивость материала к воздействию УФ - излучению, и, следовательно, срок службы изделий, зависит от количества и эффективности используемых УФ - стабилизаторов, а также от интенсивности УФ - излучения – в более высоких широтах интенсивность УФ - излучения ниже, чем в более низких. Дополнительно интенсивность УФ – излучения может усиливать, например, его отражение от водной поверхности.

Сочетание стабилизаторов и красителей, вводимых в состав материала, также может оказывать значительное воздействие на срок службы изделий, например вводимый в состав изделий из полиэтилена краситель на основе сажи сам по себе является хорошим УФ – стабилизатором, поэтому срок службы изделий из полиэтилена черного цвета является наибольшим.

Ведущие производители инженерных термопластов регулярно проводят тестирование производимых материалов для определения влияния УФ – излучения на их свойства. В целом можно сказать, что целевым показателем срока, в течение которого не должно происходить значительного изменения свойств материалов является 10 лет.

Однако с учетом того, что как уже отмечалось выше, интенсивность УФ – излучения для разных климатических зон различна, для мест высокой интенсивностью излучения реально достижимая величина этого показателя может быть значительно ниже.

С другой стороны, для изделий, в состав которых введен краситель на основе сажи, срок эксплуатации может быть значительно выше – в среднем до 20 лет, без значительных изменений свойств материала.

Отдельно стоит остановиться на вопросе выцветания материала. Данных эффект может наблюдаться в большей или меньшей степени, в зависимости от интенсивности УФ – излучения и стойкости применяемых красителей. При этом, стойкость применяемых в последнее время органических красителей, как правило, значительно ниже стойкости красителей на основе тяжелых металлов (например, кадмия). Поэтому далеко не всегда более современные материалы являются более устойчивыми к выцветанию.

В обыденной жизни мы часто пользуемся готовыми блоками знаний, полученными ещё в детстве, нередко в школе. Мы практически не анализируем их, априори считая их бесспорными, не требующими ни дополнительных доказательств, ни анализа. И если спросить нас, к примеру, пропускает ли стекло ультрафиолет, большинство уверенно ответит: «Нет, не пропускает, мы это ещё в школе запомнили!».

Но однажды появится наш друг и скажет: «Знаешь, я вчера весь день провёл за рулём, солнце было нещадное, всё предплечье со стороны окна загорело!» И в ответ на скептическую улыбку закатает рукав рубашки, демонстрируя покрасневшую кожу… Так разрушаются стереотипы, и человек вспоминает, что по природе своей он - исследователь.

И всё же - как быть с нашим вопросом? Ведь мы знаем, что именно ультрафиолет является причиной загара кожи у людей. Ответ не так уж однозначен, как поначалу может показаться. И он будет звучать так: «Смотря, какое стекло и какой ультрафиолет!»

Свойства ультрафиолетовых лучей

Ультрафиолетовое излучение имеет длину волн примерно от 10 до 400 нм. Это довольно большой разброс, и, соответственно, лучи в разных частях этого диапазона будут иметь различные свойства. Физики делят весь ультрафиолетовый спектр на три разных типа:

1. Тип С или жёсткое УФ излучение . Характеризуется длиной волны от 100 до 280 нм. Это излучение не зря получило своё название, оно крайне опасно для человека, приводит к раку кожи или быстрому ожогу глаз. К счастью, лучи диапазона практически полностью задерживаются атмосферой Земли. Человек может столкнуться с ними только очень высоко в горах, но и здесь они крайне ослаблены.
2. Тип В или среднее УФ излучение . Длина его волн - от 280 до 315 нм. Ласковыми к человеку эти лучи тоже не назовёшь, они похожи своими свойствами на предыдущий тип, но всё же действуют менее губительно. Как и тип С, они также теряются в атмосфере, но задерживаются ею слабее. Поэтому 20% из них всё же доходят до поверхности планеты. Именно лучи этого типа приводят к появлению на нашей коже загара. Но это излучение не способно проникнуть сквозь обычное стекло.
3. Тип А или мягкое УФ излучение . От 315 до 400 нм. Атмосфера ему нипочём, и оно беспрепятственно проходит до уровня океана, иногда проникая даже сквозь лёгкую одежду. Это излучение отлично преодолевает слой обычного оконного стекла, появляясь в наших квартирах и офисах, приводя к выгоранию обоев, ковров и поверхности мебели. Но «лучи А» никак не могут привести к загару кожи у человека!

Правда, выделяется ещё и экстремальный ультрафиолет с длиной волны ниже 100 нанометров, но он проявляет себя только в условиях, близких к вакууму, и в условиях земной поверхности им можно пренебречь.

А что же ответить своему другу-автомобилисту? Почему загорело его предплечье?

Разные типы стёкол

И здесь мы подходим ко второй части нашего ответа: «Смотря, какое стекло!» Ведь стёкла бывают разные: и по составу, и по толщине. Например, кварцевое пропускает сквозь себя все три типа УФ излучений. Такая же картина наблюдается при использовании оргстекла.
А силикатное, применяемое в оконных рамах, да и в автомобилях, пропускает только «мягкое излучение».

Впрочем, здесь имеется одно важное «НО»! Если стекло очень тонкое или очень прозрачное, качественно отшлифованное (как в случае с автомобилем), оно пропустит и малую долю «излучения В», ответственного за наш загар. Этого не хватит, чтобы загореть, постояв возле окна часик. Но если водитель провёл за рулём много часов, подставляя кожу солнцу, то она загорит даже сквозь закрытые стёкла. Особенно, если кожа нежная, а дело происходит высоко по отношению к уровню моря.

И теперь, услышав вопрос, проходит ли через стекло ультрафиолет, мы сможем ответить весьма неодносложно - проходит, но только в ограниченной части спектра, и только если говорить об обычном оконном стекле.

Чтобы ответить на этот вопрос, разберемся с природой такого явления, как ультрафиолет, и с природой такого материала, как оргстекло.

Пока мы не подошли к подробным характеристикам, мы ответим на вопрос — Оргстекло пропускает ультрафиолет? Да пропускает!

Ультрафиолетовое излучение — это лучи, которые по длине волны располагаются сразу за видимым спектром. Диапазон длин волн для ультрафиолета составляет 10-400 нм. Диапазон 10-200 нм называют вакуумным или «дальним», так как лучи с такой длиной волны присутствуют исключительно в космическом пространстве и поглощаются атмосферой планеты. Оставшуюся часть диапазона называют «ближним» ультрафиолетом которые подразделяют 3 категории излучений:

• длина волны 200-290 нм — коротковолновое;
• длина волны 290-350 нм — средневолновое;
• длина волны 350-400 нм — длинноволновое.

Каждый тип ультрафиолетового излучение производит различное воздействие на живые организмы. Коротковолновое — наиболее высокоэнергетичное излучение, повреждает биомолекулы, вызывает разрушение ДНК. Средневолновое — вызывает ожоги кожного покрова у человека, растения переносят кратковременное облучение без последствий, но при длительном происходит угнетение жизненных фенкций и гибель.

Длинноволновое — практически безвредно жизнедеятельности организма человека, безопасно и полезно для растений. Диапазон коротковолнового ультрафиолета и часть спектра средневолнового диапазона поглощает наша «защитная броня» — озоновый слой. До поверхности планеты, среды обитания живых существ и растений, добирается часть диапазона средневолнового излучения и весь длинноволновой диапазон, т.е. спектр полезных лучей и не вредящих при непродолжительном облучении.

Оргстекло — это химическая синтетическая полимерная структура метилметакрилата, представляет собой прозрачный пластик. Светопропускание несколько ниже чем у обыкновенного силикатного стекла, легко поддается механической обработке, небольшой вес. Оргстекло неустойчиво к воздействию некоторых растворителей — ацетона, бензола и спиртов. Производится на основе стандартного химического состава. Отличия марок и производителей заключаются в придании специфических свойств: ударопрочности, теплостойкости, защиты от УФ-излучения и т.д.

Стандартное оргстекло пропускает ультрафиолет. Его излучения и характеризуется коэффициентом пропускания:

• не более 1%, для длины волны 350 нм;
• не менее 70%, для длины волны 400нм.

Т.е. оргстекло пропускает только длинноволновое излучение, у самой границы диапазона длин волн, наиболее безопасное и наиболее полезное для живых организмов.

Стоит отметить, что у оргстекла невысокая устойчивость к механическому воздействию. Со временем, при попадании на него абразивных частиц, в процессе очистки поверхность повреждается, стекло приобретает матовость и снижает свою способность к пропусканию как видимого света, так и ультрафиолетового излучения.