Degradacja UV - UV degradation

Wiele naturalnych i syntetycznych polimerów jest atakowanych przez promieniowanie ultrafioletowe , a produkty wykorzystujące te materiały mogą pękać lub rozpadać się, jeśli nie są odporne na promieniowanie UV. Problem jest znany jako degradacja UV i jest częstym problemem w produktach wystawionych na działanie promieni słonecznych . Ciągłe narażenie jest poważniejszym problemem niż narażenie przerywane, ponieważ atak zależy od zasięgu i stopnia narażenia.

Może to również wpływać na wiele pigmentów i barwników , a problem znany jako fototendering może wpływać na tekstylia, takie jak zasłony lub zasłony .

Wrażliwe polimery

Wpływ promieniowania UV na linę polipropylenową

Typowe polimery syntetyczne, które mogą być atakowane, obejmują polipropylen i LDPE , w których centrami ataku są trzeciorzędowe wiązania węglowe w strukturach łańcuchów. Promienie ultrafioletowe oddziałują z tymi wiązaniami, tworząc wolne rodniki , które następnie reagują dalej z tlenem w atmosferze, tworząc grupy karbonylowe w głównym łańcuchu. Odsłonięte powierzchnie produktów mogą wtedy odbarwić się i pęknąć, aw skrajnych przypadkach może dojść do całkowitego rozpadu produktu.

W produktach włóknistych, takich jak liny stosowane na zewnątrz, żywotność produktu będzie niska, ponieważ włókna zewnętrzne zostaną zaatakowane jako pierwsze i zostaną łatwo uszkodzone, na przykład przez ścieranie . Może również wystąpić przebarwienie liny, co jest wczesnym ostrzeżeniem o problemie.

Polimery, które zawierają grupy absorbujące promieniowanie UV, takie jak pierścienie aromatyczne, mogą również być wrażliwe na degradację UV. Na przykład włókna aramidowe , takie jak Kevlar , są bardzo wrażliwe na promieniowanie UV i muszą być chronione przed szkodliwym działaniem promieni słonecznych.

Wykrycie

Widmo IR przedstawiające absorpcję karbonylu w wyniku degradacji polietylenu pod wpływem promieniowania UV

Problem można wykryć, zanim poważne pęknięcia produktu zostaną zauważone za pomocą spektroskopii w podczerwieni , gdzie atak następuje przez utlenianie wiązań aktywowanych promieniowaniem UV tworzącym grupy karbonylowe w łańcuchach polimeru.

W przykładzie pokazanym po lewej, grupy karbonylowe były łatwo wykrywane metodą spektroskopii IR z odlewanej cienkiej warstwy. Produkt był stożkiem drogowym wykonanym metodą formowania rotacyjnego z LDPE , który pękł przedwcześnie podczas eksploatacji. Wiele podobnych szyszek również zawiodło, ponieważ podczas przetwarzania nie zastosowano dodatku anty-UV. Innymi produktami z tworzyw sztucznych, które uległy awarii, były polipropylenowe mancaby używane przy robotach drogowych, które pękały po kilkumiesięcznej eksploatacji.

Zapobieganie

Bisoctrizole : pochłaniacz UV na bazie benzotriazolu- fenolu stosowany do ochrony polimerów
Zasada czynna absorpcji ultrafioletu poprzez przejście fotochromowe

Atak promieniowania UV przez światło słoneczne można złagodzić lub zapobiec przez dodanie stabilizatorów polimeru anty-UV , zwykle przed formowaniem produktu przez formowanie wtryskowe . Stabilizatory UV w tworzywach sztucznych zwykle działają poprzez preferencyjne pochłanianie promieniowania UV i rozpraszanie energii w postaci ciepła o niskim poziomie. Użyte chemikalia są podobne do tych w produktach przeciwsłonecznych , które chronią skórę przed atakiem UV. Są często używane w tworzywach sztucznych , w tym w kosmetykach i foliach . W zależności od podłoża, przewidywanego okresu użytkowania i wrażliwości na degradację UV stosuje się różne stabilizatory UV. Stabilizatory UV, takie jak benzofenony , działają absorbując promieniowanie UV i zapobiegając tworzeniu się wolnych rodników . W zależności od podstawienia, widmo absorpcji UV jest zmieniane w celu dopasowania do zastosowania. Stężenia zwykle wahają się od 0,05% do 2%, w niektórych zastosowaniach do 5%.

Często szkło może być lepszą alternatywą dla polimerów, jeśli chodzi o degradację UV. Większość powszechnie stosowanych rodzajów szkła jest bardzo odporna na promieniowanie UV. Na przykład lampy przeciwwybuchowe dla platform wiertniczych mogą być wykonane z polimeru lub szkła. Tutaj promieniowanie UV i surowe warunki pogodowe tak bardzo obciążają polimer, że trzeba go często wymieniać.

Testowanie materiałów

Przykład urządzenia testowego

Wpływ degradacji UV na materiały, które wymagają długiej żywotności, można zmierzyć za pomocą testów przyspieszonej ekspozycji. Dzięki nowoczesnym technologiom koncentratorów słonecznych możliwe jest zasymulowanie 63-letniej ekspozycji na naturalne promieniowanie UV na urządzeniu testowym w ciągu jednego roku.

Zobacz też

Bibliografia

Dalsza lektura

  • Lewis, Peter Rhys, Reynolds, K i Gagg, C (2004). Inżynieria materiałów kryminalistycznych: studia przypadków . CRC Press. ISBN   978-0849311826 . CS1 maint: wiele nazw: lista autorów ( link )
  • Lewis, Peter Rhys (2016). Kryminalistyczna inżynieria polimerów: studia przypadków . Elsevier. ISBN   978-0849311826 .

Linki zewnętrzne