УФ-деградация - UV degradation

Многие природные и синтетические полимеры подвергаются воздействию ультрафиолетового излучения , и продукты, в которых используются эти материалы, могут треснуть или разрушиться, если они не устойчивы к ультрафиолету. Эта проблема известна как деградация под воздействием ультрафиолета и является распространенной проблемой для продуктов, подвергающихся воздействию солнечного света . Непрерывное воздействие является более серьезной проблемой, чем периодическое воздействие, поскольку атака зависит от степени и степени воздействия.

Также могут быть затронуты многие пигменты и красители , и проблема, известная как фототорговля, может затронуть текстильные изделия, такие как шторы или портьеры .

Восприимчивые полимеры

Влияние УФ-излучения на полипропиленовый трос

Обычные синтетические полимеры, которые могут подвергаться атаке, включают полипропилен и LDPE , в которых третичные углеродные связи в их цепных структурах являются центрами атаки. Ультрафиолетовые лучи взаимодействуют с этими связями, образуя свободные радикалы , которые затем вступают в реакцию с кислородом в атмосфере, образуя карбонильные группы в основной цепи. Открытые поверхности продуктов могут обесцветиться и потрескаться, а в крайних случаях может произойти полное разрушение продукта.

В изделиях из волокна, таких как веревки, используемые на открытом воздухе, срок службы изделия будет низким, потому что внешние волокна будут повреждены в первую очередь и будут легко повреждены, например, истиранием . Также может произойти обесцвечивание веревки, что даст раннее предупреждение о проблеме.

Полимеры, которые содержат группы, поглощающие УФ-излучение, такие как ароматические кольца, также могут быть чувствительны к разрушению под действием УФ-излучения. Например, арамидные волокна, такие как кевлар , очень чувствительны к ультрафиолету и должны быть защищены от вредного воздействия солнечного света.

Обнаружение

ИК-спектр показывает поглощение карбонила из-за УФ-разложения полиэтилена.

Проблема может быть обнаружена до появления серьезных трещин в продукте с помощью инфракрасной спектроскопии , при которой разрушение происходит за счет окисления связей, активируемых УФ-излучением, с образованием карбонильных групп в полимерных цепях.

В примере, показанном слева, карбонильные группы были легко обнаружены с помощью ИК-спектроскопии на литой тонкой пленке. Изделие представляло собой дорожный конус, изготовленный методом ротационного формования из полиэтилена высокой плотности , который преждевременно треснул в процессе эксплуатации. Многие подобные конусы также вышли из строя, потому что во время обработки не использовалась анти-УФ добавка. Другие пластмассовые изделия, которые вышли из строя, включали полипропиленовые кожухи, использовавшиеся на дорожных работах, которые треснули после эксплуатации всего в течение нескольких месяцев.

Профилактика

Бизоктризол : УФ-поглотитель на основе бензотриазола и фенола, используемый для защиты полимеров.
Активный принцип поглощения ультрафиолета через фотохромный переход

УФ-воздействие солнечным светом может быть уменьшено или предотвращено путем добавления анти-УФ- полимерных стабилизаторов , обычно перед формованием продукта литьем под давлением . УФ-стабилизаторы в пластмассах обычно действуют, преимущественно поглощая УФ-излучение и рассеивая энергию в виде тепла низкого уровня. Используемые химические вещества аналогичны тем, которые используются в солнцезащитных продуктах, которые защищают кожу от УФ-излучения. Они часто используются в пластике , в том числе в косметике и пленках . Различные УФ-стабилизаторы используются в зависимости от подложки, предполагаемого срока службы и чувствительности к УФ-разрушению. УФ-стабилизаторы, такие как бензофеноны , поглощают УФ-излучение и предотвращают образование свободных радикалов . В зависимости от замены УФ- спектр поглощения изменяется в соответствии с применением. Концентрации обычно колеблются от 0,05% до 2%, в некоторых случаях до 5%.

Часто стекло может быть лучшей альтернативой полимерам, когда дело доходит до разложения под воздействием УФ-излучения. Большинство широко используемых типов стекла обладают высокой устойчивостью к УФ-излучению. Например, взрывозащищенные лампы для нефтяных вышек могут быть изготовлены из полимера или стекла. Здесь ультрафиолетовое излучение и непогода настолько разрушают полимер, что его приходится часто менять.

Тестирование материалов

Пример тестового устройства

Влияние УФ-деградации на материалы, требующие длительного срока службы, можно измерить с помощью ускоренных испытаний на воздействие. Современные технологии концентраторов солнечной энергии позволяют смоделировать 63-летнее воздействие естественного УФ-излучения на испытательном устройстве за один год.

Смотрите также

использованная литература

дальнейшее чтение

  • Льюис, Питер Рис, Рейнольдс, К. и Гагг, К. (2004). Судебная инженерия материалов: тематические исследования . CRC Press. ISBN   978-0849311826 . CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  • Льюис, Питер Рис (2016). Судебная полимерная инженерия: тематические исследования . Эльзевир. ISBN   978-0849311826 .

внешние ссылки