Opaski kablowe z nylonu to wszechstronne narzędzie do mocowania. Znalazły zastosowanie w wielu dziedzinach, w tym w pracy na zewnątrz. Na wolnym powietrzu zaciski kablowe są narażone na wiele czynników naturalnych: opady, wiatry, letnie upały, zimowe mrozy, a co najważniejsze, promienie słoneczne.

Promienie słoneczne są szkodliwe dla jastrychu, niszczą nylon, czynią go kruchym i zmniejszają elastyczność, prowadząc do utraty głównych właściwości konsumenckich produktu. W warunkach centralnej Rosji jastrych zainstalowany na ulicy może stracić 10% deklarowanej siły w ciągu pierwszych 2 tygodni. Powodem tego są ultrafioletowe, niewidoczne dla oka fale elektromagnetyczne, które występują w świetle dziennym. Za przedwczesne starzenie się wylewek nylonowych odpowiedzialne są długofalowe UVA iw mniejszym stopniu średniej długości UVB (ze względu na to, że tylko 10% atmosfery dociera do powierzchni Ziemi).

Negatywny wpływ promieniowania UV jest wszędzie, nawet w regionach, w których jest bardzo mało słonecznych dni, ponieważ. 80% promieni przenika do chmur. Sytuacja pogarsza się w regionach północnych, z ich długimi zimami, ponieważ zwiększa się przepuszczalność atmosfery na światło słoneczne, a śnieg odbija promienie, podwajając w ten sposób ekspozycję na promieniowanie UV.

Większość dostawców sugeruje użycie czarnego krawata jako rozwiązania na starzenie się nylonowego jarzma pod wpływem światła słonecznego. Jastrychy te kosztują tyle samo, co ich neutralnie białe odpowiedniki, a jedyną różnicą jest to, że w celu uzyskania czarnego koloru w gotowym produkcie, do surowca dodaje się niewielką ilość pyłu węglowego lub sadzy jako pigment barwiący. Dodatek ten jest tak nieznaczny, że nie jest w stanie ochronić produktu przed degradacją UV. Takie jastrychy są powszechnie określane jako „odporne na warunki atmosferyczne”. Nadzieja, że ​​taki jastrych sprawdzi się w dobrej wierze na świeżym powietrzu, jest tym samym, co próba utrzymania ciepła na mrozie, nosząc tylko bieliznę.

W przypadku montażu na zewnątrz tylko opaski wykonane z odpornego na promieniowanie UV poliamidu 66 są w stanie niezawodnie wytrzymać obciążenia przez dłuższy czas, a ich żywotność w porównaniu ze standardowymi opaskami w świetle UV jest bardzo różna. Pozytywny efekt uzyskuje się poprzez dodanie do surowców specjalnych stabilizatorów UV. Scenariusz działania stabilizatorów światła może być różny: mogą po prostu pochłaniać (absorbować) światło, uwalniając pochłoniętą energię w postaci ciepła; potrafi wchodzić w reakcje chemiczne z produktami pierwotnego rozkładu; może spowolnić (zahamować) niepożądane procesy.

Polimery to aktywne chemikalia, które ostatnio zyskały dużą popularność ze względu na masową konsumpcję wyrobów z tworzyw sztucznych. Z roku na rok zwiększa się wielkość światowej produkcji polimerów, a wykonane z nich materiały zyskują nowe pozycje w sektorze gospodarstw domowych i przemysłu.

Wszystkie testy produktów przeprowadzane są w warunkach laboratoryjnych. Ich głównym zadaniem jest identyfikacja czynników środowiskowych, które mają destrukcyjny wpływ na produkty z tworzyw sztucznych.

Główna grupa niekorzystnych czynników niszczących polimery

Odporność poszczególnych produktów na niekorzystne warunki klimatyczne określa się biorąc pod uwagę dwa główne kryteria:

• skład chemiczny polimeru;
• rodzaj i siła czynników zewnętrznych.

W tym przypadku niekorzystny wpływ na produkty polimerowe zależy od czasu ich całkowitego zniszczenia i rodzaju uderzenia: natychmiastowe całkowite zniszczenie lub subtelne pęknięcia i defekty.

Czynniki wpływające na degradację polimerów to:

• mikroorganizmy;
• energia cieplna o różnym natężeniu;
• emisje przemysłowe zawierające szkodliwe substancje;
• wysoka wilgotność;
• Promieniowanie ultrafioletowe;
• promieniowanie rentgenowskie;
• zwiększony procent związków tlenu i ozonu w powietrzu.

Proces całkowitego niszczenia produktów przyspiesza jednoczesne działanie kilku niekorzystnych czynników.

Jedną z osobliwości badań klimatycznych polimerów jest potrzeba posiadania ekspertyzy testowej i badania wpływu każdego z wymienionych zjawisk z osobna. Jednak takie wyniki oceny nie mogą dokładnie odzwierciedlać obrazu interakcji czynników zewnętrznych z produktami polimerowymi. Wynika to z faktu, że w normalnych warunkach materiały najczęściej poddawane są łączonym efektom. W tym przypadku efekt destrukcyjny jest znacznie wzmocniony.

Wpływ promieniowania ultrafioletowego na polimery

Istnieje błędne przekonanie, że produkty z tworzyw sztucznych są szczególnie uszkadzane przez promienie słoneczne. W rzeczywistości tylko promieniowanie ultrafioletowe ma destrukcyjny efekt.

Wiązania między atomami w polimerach mogą zostać zniszczone tylko pod wpływem promieni tego widma. Konsekwencje takich niekorzystnych skutków można zaobserwować wizualnie. Można je wyrazić:

• w pogorszeniu właściwości mechanicznych i wytrzymałości wyrobu z tworzywa sztucznego;
• zwiększona kruchość;
• wypalić się.

W laboratoriach do takich testów wykorzystywane są lampy ksenonowe.

Prowadzone są również eksperymenty mające na celu odtworzenie warunków ekspozycji na promieniowanie UV, wysoką wilgotność i temperaturę.

Takie badania są potrzebne do wyciągnięcia wniosków o konieczności dokonania zmian w składzie chemicznym substancji. Tak więc, aby materiał polimerowy stał się odporny na promieniowanie UV, dodaje się do niego specjalne adsorbery. Dzięki zdolności absorpcyjnej substancji aktywuje się warstwa ochronna.

Stabilność i wytrzymałość wiązań międzyatomowych można również zwiększyć poprzez wprowadzenie stabilizatorów.

Destrukcyjne działanie mikroorganizmów

Polimery to substancje wysoce odporne na bakterie. Ta właściwość jest jednak typowa tylko dla produktów wykonanych z wysokiej jakości tworzywa sztucznego.

W materiałach niskiej jakości dodawane są substancje o niskiej masie cząsteczkowej, które mają tendencję do gromadzenia się na powierzchni. Duża liczba takich składników przyczynia się do rozprzestrzeniania się mikroorganizmów.

Konsekwencje niszczącego uderzenia można zauważyć dość szybko, ponieważ:

• aseptyczne cechy są tracone;
• zmniejsza się stopień przezroczystości produktu;
• pojawia się kruchość.

Wśród dodatkowych czynników, które mogą prowadzić do obniżenia wydajności polimerów, należy wymienić podwyższoną temperaturę i wilgotność. Stwarzają warunki sprzyjające aktywnemu rozwojowi mikroorganizmów.

Trwające badania umożliwiły znalezienie najskuteczniejszego sposobu zapobiegania rozwojowi bakterii. Jest to dodatek specjalnych substancji - fungicydów - do składu polimerów. Rozwój bakterii zostaje wstrzymany ze względu na wysoką toksyczność składnika dla najprostszych mikroorganizmów.

Czy można zneutralizować wpływ negatywnych czynników naturalnych?

W wyniku przeprowadzonych badań udało się ustalić, że większość wyrobów z tworzyw sztucznych obecnych na współczesnym rynku nie wchodzi w interakcje z tlenem i jego aktywnymi związkami.

Jednak mechanizm niszczenia polimeru może zostać wywołany przez połączone działanie tlenu i wysokiej temperatury, wilgotności lub promieniowania ultrafioletowego.

Również podczas przeprowadzania specjalnych badań można było zbadać cechy oddziaływania materiałów polimerowych z wodą. Ciecz wpływa na polimery na trzy sposoby:

1. fizyczny;
2. chemiczny (hydroliza);
3. fotochemiczny.

Dodatkowa równoczesna ekspozycja na podwyższoną temperaturę może przyspieszyć proces niszczenia produktów polimerowych.

Korozja tworzyw sztucznych

W szerokim sensie koncepcja ta zakłada zniszczenie materiału pod negatywnym wpływem czynników zewnętrznych. Pod pojęciem „korozja polimerów” należy zatem rozumieć zmianę składu lub właściwości substancji wywołaną niekorzystnym działaniem, która prowadzi do częściowego lub całkowitego zniszczenia produktu.

Procesy ukierunkowanego przekształcania polimerów w celu uzyskania nowych właściwości materiału nie mieszczą się w tej definicji.

O korozji powinniśmy mówić np. gdy polichlorek winylu wchodzi w kontakt i oddziałuje z chemicznie agresywnym środowiskiem - chlorem.

Odporność emalii na blaknięcie

Warunkową światłoodporność określono na próbkach ciemnoszarej emalii RAL 7016 na profilu REHAU BLITZ PVC.

Warunkową światłoodporność lakieru określono w testach zgodnie z normami:

GOST 30973-2002 „Profile z polichlorku winylu do bloków okiennych i drzwiowych. Metoda określania odporności na wpływy klimatyczne i oceny trwałości”. p. 7.2, tab. 1, ok. 3.

Wyznaczenie warunkowej światłotrwałości przy natężeniu promieniowania 80±5 W/m2 kontrolowano poprzez zmianę połysku powłok i charakterystyki barwy. Charakterystykę barwną powłok określono na urządzeniu Spectroton po przetarciu próbek suchą szmatką w celu usunięcia utworzonej płytki nazębnej.

Zmianę barwy próbek podczas testu oceniano na podstawie zmiany współrzędnych barwy w systemie CIE Lab, obliczając ΔE. Wyniki przedstawiono w tabeli 1.

Tabela 1 - Zmiana właściwości połysku i koloru powłok

	Czas utrzymywania, h			Utrata połysku, %	Współrzędna koloru - L	Współrzędna koloru - a	Współrzędna koloru -b	Zmiana koloru (E na standard)
		Przed testowaniem	Po testach

Uważa się, że próbki od 1 do 4 przeszły pomyślnie test.

Dane podano dla próbki nr 4 - 144 godziny naświetlania UV, co odpowiada GOST 30973-2002 (40 lat warunkowych):

L = 4,25 norma 5,5; a = 0,48 norma 0,80; b = 1,54 norma 3,5.

Wniosek:

Moc strumienia świetlnego do 80±5 W/m2 prowadzi do gwałtownego spadku połysku powłok o 98% po 36 godzinach badań w wyniku tworzenia się płytki nazębnej. Przy ciągłych testach nie następuje dalsza utrata połysku. Odporność na światło można scharakteryzować zgodnie z GOST 30973-2002 - 40 lat warunkowych.

Charakterystyka kolorystyczna powłoki mieści się w dopuszczalnych granicach i jest zgodna z GOST 30973-2002 na próbkach nr 1, nr 2, nr 3, nr 4.

1

Uzyskano materiały kompozytowe na bazie polipropylenu odporne na promieniowanie UV. Głównym narzędziem do oceny stopnia fotodegradacji polipropylenu i opartych na nim kompozytów była spektroskopia w podczerwieni. Kiedy polimer ulega degradacji, wiązania chemiczne zostają zerwane, a materiał utleniony. Procesy te znajdują odzwierciedlenie w widmach IR. Rozwój procesów fotodegradacji polimerów można również ocenić na podstawie zmiany struktury powierzchni wystawionej na promieniowanie UV. Znajduje to odzwierciedlenie w zmianie kąta zwilżania. Polipropylen stabilizowany różnymi absorberami UV badano metodą spektroskopii IR i pomiaru kąta zwilżania. Jako wypełniacze matrycy polimerowej zastosowano azotek boru, wielościenne nanorurki węglowe i włókna węglowe. Uzyskano i przeanalizowano widma absorpcyjne IR polipropylenu i opartych na nim kompozytów. Na podstawie uzyskanych danych określono stężenia filtrów UV w matrycy polimerowej, które są niezbędne do ochrony materiału przed fotodegradacją. W wyniku przeprowadzonych badań stwierdzono, że zastosowane wypełniacze znacznie ograniczają degradację powierzchni i struktury krystalicznej kompozytów.

polipropylen

Promieniowanie ultrafioletowe

nanorurki

azotek boru

1. A. L. Smith, Applied IR Spectroscopy. Podstawy, technika, zastosowanie analityczne. – M.: Mir, 1982.

2. Bertin D., M. Leblanc, S.R.A. Marque, D. Siri. Degradacja polipropylenu: Badania teoretyczne i eksperymentalne// Degradacja i stabilność polimeru. - 2010r. - V.95, I.5. - str. 782-791.

3. Guadagno L., Naddeo C., Raimondo M., Gorrasi G., Vittoria V. Wpływ nanorurek węglowych na fotooksydacyjną trwałość syndiotaktycznego polipropylenu // Degradacja i stabilność polimeru. - 2010 r. - V.95, I. 9. - P. 1614-1626.

4. Horrocks A. R., Mwila J., Miraftab M., Liu M., Chohan S. S. Wpływ sadzy na właściwości zorientowanego polipropylenu 2. Termiczna i fotodegradacja // Degradacja i stabilność polimeru. - 1999. - V.65, I.1. – s. 25-36.

5. Jia H., Wang H., Chen W. Połączenie wpływu aminowych stabilizatorów światła z zawadą przestrzenną z absorberami UV na odporność na promieniowanie polipropylenu // Fizyka i chemia promieniowania. - 2007. - V.76, I. 7. - P. 1179-1188.

6. Kaczmarek H., Ołdak D., Malanowski P., Chaberska H. Wpływ promieniowania UV o krótkich długościach fali na starzenie się kompozycji polipropylenu / celulozy // Degradacja i stabilność polimeru. - 2005. - V.88, I.2. - str. 189-198.

7. Kotek J., Kelnar I., Baldrian J., Raab M. Przekształcenia strukturalne izotaktycznego polipropylenu indukowane przez ogrzewanie i światło UV // European Polymer Journal. - 2004. - V.40, I.12. - str. 2731-2738.

1. Wstęp

Polipropylen znajduje zastosowanie w wielu dziedzinach: w produkcji folii (zwłaszcza opakowań), pojemników, rur, części wyposażenia technicznego, jako materiał elektroizolacyjny, w budownictwie i tak dalej. Jednak pod wpływem promieniowania UV polipropylen traci swoje właściwości z powodu rozwoju procesów fotodegradacji. Dlatego do stabilizacji polimeru stosuje się różne absorbery UV (filtry UV), zarówno organiczne, jak i nieorganiczne: rozproszony metal, cząstki ceramiczne, nanorurki węglowe i włókna.

Głównym narzędziem do oceny stopnia fotodegradacji polipropylenu i opartych na nim kompozytów jest spektroskopia w podczerwieni. Kiedy polimer ulega degradacji, wiązania chemiczne zostają zerwane, a materiał utleniony. Procesy te znajdują odzwierciedlenie w
Widma w podczerwieni. Na podstawie liczby i położenia pików w widmach absorpcyjnych IR można ocenić charakter substancji (analiza jakościowa), a po intensywności pasm absorpcji - ilość substancji (analiza ilościowa), a w konsekwencji ocenić stopień degradacji materiału.

Rozwój procesów fotodegradacji polimerów można również ocenić na podstawie zmiany struktury powierzchni wystawionej na promieniowanie UV. Znajduje to odzwierciedlenie w zmianie kąta zwilżania.

W pracy badano polipropylen stabilizowany różnymi absorberami UV za pomocą spektroskopii IR i pomiaru kąta zwilżania.

2. Materiały i technika eksperymentalna

Jako surowce i wypełniacze zastosowano: polipropylen o niskiej lepkości (TU 214535465768); wielowarstwowe nanorurki węglowe o średnicy nie większej niż 30 nm i długości nie większej niż 5 mm; włókno węglowe wysokomodułowe, gatunek VMN-4; sześciokątny azotek boru.

Próbki o różnym udziale masowym wypełniacza w matrycy polimerowej otrzymano z materiałów wyjściowych metodą mieszania ekstruzyjnego.

Spektrometria FT-IR została wykorzystana jako metoda badania zmian struktury molekularnej kompozytów polimerowych pod wpływem promieniowania ultrafioletowego. Widma rejestrowano na spektrometrze Thermo Nicolet 380 z przystawką do realizacji metody sfrustrowanego całkowitego wewnętrznego odbicia (ATR) Smart iTR z kryształem diamentu. Badania prowadzono z rozdzielczością 4 cm-1, analizowany obszar mieścił się w przedziale 4000-650 cm-1. Każde widmo uzyskano przez uśrednienie 32 przejść zwierciadła spektrometru. Widmo porównawcze wykonano przed pobraniem każdej próbki.

Do badania zmian powierzchni doświadczalnych kompozytów polimerowych pod wpływem promieniowania ultrafioletowego wykorzystano metodę wyznaczania kąta zwilżania wodą destylowaną. Pomiary kąta zwilżania wykonywane są za pomocą systemu analizy kształtu kropli KRÜSS EasyDrop DSA20. Do obliczenia kąta zwilżania zastosowano metodę Younga-Laplace'a. W tej metodzie szacuje się pełny kontur kropli; dobór uwzględnia nie tylko oddziaływania międzyfazowe, które determinują kontur kropli, ale także fakt, że kropla nie ulega zniszczeniu pod wpływem ciężaru cieczy. Po pomyślnym doborze równania Younga-Laplace'a kąt zwilżania wyznaczany jest jako nachylenie stycznej w punkcie styku trzech faz.

3. Wyniki i dyskusja

3.1. Wyniki badań zmian struktury molekularnej kompozytów polimerowych

Widmo polipropylenu bez wypełniacza (rysunek 1) zawiera wszystkie linie charakterystyczne dla tego polimeru. Przede wszystkim są to linie drgań atomów wodoru w grupach funkcyjnych CH3 i CH2. Linie w rejonie liczb falowych 2498 cm-1 i 2866 cm-1 odpowiadają za asymetryczne i symetryczne drgania rozciągające grupy metylowej (CH3), a z kolei linie 1450 cm-1 i 1375 cm-1, są spowodowane zginaniem symetrycznych i asymetrycznych drgań tej samej grupy. Linie 2916 cm-1 i 2837 cm-1 odnoszą się do linii drgań rozciągających grup metylenowych (CH2). Paski na numerach fal 1116 cm-1,
998 cm-1,974 cm-1,900 cm-1, 841 cm-1 i 809 cm-1 są powszechnie określane jako pasma regularności, to znaczy linie ze względu na regiony regularności polimeru, są również czasami nazywane pasmami krystaliczności. Warto zwrócić uwagę na obecność linii o niskiej intensywności w rejonie 1735 cm-1, co należy wiązać z drganiami wiązania C=O, co może być związane z nieznacznym utlenieniem polipropylenu podczas procesu prasowania. Widmo zawiera również pasma odpowiedzialne za tworzenie wiązań podwójnych C=C
(1650-1600 cm-1), które powstały po naświetleniu próbki promieniowaniem UV. Dodatkowo to właśnie ta próbka charakteryzuje się maksymalną intensywnością linii C=O.

Rysunek 1. Widma IR polipropylenu po badaniu odporności na promieniowanie UV

W wyniku ekspozycji na promieniowanie UV na kompozytach wypełnionych azotkiem boru powstają wiązania C=O (1735-1710 cm-1) o różnym charakterze (aldehyd, keton, eter). Widma napromieniowanych UV próbek czystego polipropylenu i polipropylenu zawierającego 40% i 25% azotku boru zawierają pasma, zwykle odpowiedzialne za tworzenie wiązań podwójnych C=C (1650-1600 cm-1). Pasma regularności (krystaliczności) w zakresie liczb falowych 1300-900 cm-1 na próbkach kompozytów polimerowych poddanych promieniowaniu UV są wyraźnie poszerzone, co wskazuje na częściową degradację struktury krystalicznej polipropylenu. Jednak wraz ze wzrostem stopnia wypełnienia polimerowych materiałów kompozytowych heksagonalnym azotkiem boru zmniejsza się degradacja struktury krystalicznej polipropylenu. Ekspozycja na promieniowanie UV prowadziła również do wzrostu hydrofilowości powierzchni próbek, co wyraża się obecnością szerokiej linii grupy hydrokso w okolicy 3000 cm-1.

Rysunek 2. Widma IR kompozytu polimerowego na bazie polipropylenu z 25% (wag.) heksagonalnym azotkiem boru po badaniu odporności na promieniowanie UV

Widma polipropylenu wypełnionego 20% (wag.) mieszaniną włókien węglowych i nanorurek przed i po badaniu praktycznie nie różnią się od siebie, przede wszystkim ze względu na zniekształcenie widma z powodu silnej absorpcji promieniowania IR przez węgiel składnik materiału.

Na podstawie uzyskanych danych można stwierdzić, że w próbkach kompozytów na bazie polipropylenu, włókna węglowego VMN-4 i nanorurek węglowych występuje niewielka liczba wiązań C=O, ze względu na obecność piku w rejonie 1730 cm-1, jednak wiarygodne jest oszacowanie ilości tych wiązań w próbkach nie jest możliwe ze względu na zniekształcenie widm.

3.2. Wyniki badań zmian powierzchni kompozytów polimerowych

W tabeli 1 przedstawiono wyniki badań zmian powierzchni próbek doświadczalnych kompozytów polimerowych wypełnionych heksagonalnym azotkiem boru. Analiza uzyskanych wyników pozwala stwierdzić, że wypełnienie polipropylenu heksagonalnym azotkiem boru zwiększa odporność powierzchni kompozytów polimerowych na promieniowanie ultrafioletowe. Wzrost stopnia wypełnienia prowadzi do mniejszej degradacji powierzchni, co przejawia się wzrostem hydrofilowości, co jest zgodne z wynikami badań zmian struktury molekularnej próbek doświadczalnych kompozytów polimerowych.

Tabela 1. Wyniki zmiany kąta zwilżania powierzchni kompozytów polimerowych wypełnionych heksagonalnym azotkiem boru w wyniku badań odporności na promieniowanie ultrafioletowe

Stopień wypełnienia BN	Kąt zwilżania, gr
	Przed testem	Po teście

Analiza wyników badań zmian powierzchni próbek doświadczalnych kompozytów polimerowych wypełnionych mieszaniną włókien węglowych i nanorurek (tab. 2) pozwala stwierdzić, że wypełnienie polipropylenu materiałami węglowymi powoduje, że te kompozyty polimerowe są odporne na promieniowanie ultrafioletowe. Fakt ten tłumaczy się tym, że materiały węglowe aktywnie pochłaniają promieniowanie ultrafioletowe.

Tabela 2. Wyniki zmiany kąta zwilżania powierzchni kompozytów polimerowych wypełnionych włóknem węglowym i nanorurek w wyniku badania odporności na promieniowanie ultrafioletowe

Stopień wypełnienia UV+CNT	Kąt zwilżania, gr
	Przed testem	Po teście

4. Wniosek

Zgodnie z wynikami badań odporności kompozytów na bazie polipropylenu na promieniowanie ultrafioletowe, dodatek heksagonalnego azotku boru do polimeru znacząco ogranicza degradację powierzchni i struktury krystalicznej kompozytów. Jednak materiały węglowe aktywnie pochłaniają promieniowanie ultrafioletowe, zapewniając tym samym wysoką odporność kompozytów na bazie polimerów oraz włókien węglowych i nanorurek na promieniowanie ultrafioletowe.

Prace prowadzono w ramach federalnego programu celowego „Badania i rozwój w priorytetowych obszarach rozwoju kompleksu naukowo-technologicznego Rosji na lata 2007-2013”, Umowa państwowa z dnia 08 lipca 2011 r. Nr 16.516.111.6099.

Recenzenci:

Serov GV, doktor nauk technicznych, profesor Katedry Funkcjonalnych Nanosystemów i Materiałów Wysokotemperaturowych, Narodowy Uniwersytet Naukowo-Techniczny „MISiS”, Moskwa.

Kondakov S. E., doktor nauk technicznych, starszy pracownik naukowy, Katedra Funkcjonalnych Nanosystemów i Materiałów Wysokotemperaturowych, Narodowy Uniwersytet Naukowo-Techniczny „MISiS”, Moskwa.

Link bibliograficzny

Kuznetsov D.V., Ilinykh I.A., Cherdyntsev V.V., Muratov D.S., Shatrova N.V., Burmistrov I.N. BADANIE STABILNOŚCI KOMPOZYTÓW POLIMERYCZNYCH NA BAZIE PROMIENIOWANIA UV // Współczesne problemy nauki i edukacji. - 2012r. - nr 6.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=7503 (data dostępu: 01.02.2020). Zwracamy uwagę na czasopisma wydawane przez wydawnictwo „Akademia Historii Naturalnej”

Jak już wspomniano powyżej (patrz poprzedni artykuł), promienie z zakresu UV są zwykle podzielone na trzy grupy w zależności od długości fali:
[*]Promieniowanie długofalowe (UVA) - 320-400 nm.
[*] Średnia (UVB) - 280-320 nm.
[*]Promieniowanie krótkofalowe (UVC) - 100-280 nm.
Jedną z głównych trudności w uwzględnieniu wpływu promieniowania UV na tworzywa termoplastyczne jest to, że jego intensywność zależy od wielu czynników: zawartości ozonu w stratosferze, chmur, wysokości położenia, wysokości słońca nad horyzontem (zarówno podczas dzień iw ciągu roku) oraz refleksje. Kombinacja wszystkich tych czynników determinuje poziom natężenia promieniowania UV, co znajduje odzwierciedlenie na tej mapie Ziemi:

Na obszarach pomalowanych na ciemnozielono intensywność promieniowania UV jest największa. Ponadto należy wziąć pod uwagę, że podwyższona temperatura i wilgotność dodatkowo wzmacniają wpływ promieniowania UV na tworzywa termoplastyczne (patrz poprzedni artykuł).

[B]Główny wpływ promieniowania UV na tworzywa termoplastyczne

Wszystkie rodzaje promieniowania UV mogą powodować efekt fotochemiczny w strukturze materiałów polimerowych, który może być zarówno korzystny, jak i prowadzić do degradacji materiału. Jednak analogicznie do ludzkiej skóry, im większa intensywność promieniowania i im krótsza długość fali, tym większe ryzyko degradacji materiału.

[U]Degradacja
Głównym widocznym efektem oddziaływania promieniowania UV na materiały polimerowe jest pojawienie się tzw. „kredowe plamy”, przebarwienia na powierzchni materiału oraz zwiększona kruchość powierzchni. Efekt ten można często zaobserwować na produktach z tworzyw sztucznych, które są stale używane na zewnątrz: siedzenia na stadionach, meble ogrodowe, folia szklarniowa, ramy okienne itp.

Jednocześnie produkty termoplastyczne często muszą wytrzymywać ekspozycję na promieniowanie UV o typach i intensywnościach niespotykanych na Ziemi. Mówimy np. o elementach statku kosmicznego, co wymaga użycia materiałów takich jak FEP.

Wyżej wymienione efekty działania promieniowania UV na tworzywa termoplastyczne są z reguły odnotowywane na powierzchni materiału i rzadko wnikają w strukturę głębiej niż 0,5 mm. Jednak degradacja materiału na powierzchni pod obciążeniem może prowadzić do zniszczenia produktu jako całości.

[U]Wzmocnienia
Ostatnio szerokie zastosowanie znalazły specjalne powłoki polimerowe, w szczególności oparte na poliuretano-akrylanie, „samoregenerujące się” pod wpływem promieniowania UV. Właściwości dezynfekujące promieniowania UV są szeroko stosowane, na przykład w chłodnicach wody pitnej, i mogą być dodatkowo wzmocnione przez dobre właściwości przepuszczające PET. Materiał ten jest również stosowany jako powłoka ochronna na lampach owadobójczych UV, zapewniając do 96% przepuszczalności światła przy grubości 0,25 mm. Promieniowanie UV służy również do przywracania tuszu nałożonego na plastikową bazę.

Pozytywnym efektem ekspozycji na promieniowanie UV jest zastosowanie fluorescencyjnych odczynników wybielających (FWA). Wiele polimerów ma żółtawy odcień w naturalnym świetle. Jednak wprowadzenie promieni UV do składu materiału FWA jest pochłaniane przez materiał i emituje z powrotem promienie widzialnego zakresu widma niebieskiego o długości fali 400-500 nm.

[B] Wpływ promieniowania UV na tworzywa termoplastyczne

Energia promieniowania UV pochłonięta przez tworzywa termoplastyczne wzbudza fotony, które z kolei tworzą wolne rodniki. Podczas gdy wiele termoplastów w swojej naturalnej, czystej postaci nie pochłania promieniowania UV, obecność w ich składzie pozostałości katalizatora i innych zanieczyszczeń, które pełnią funkcję receptorów, może prowadzić do degradacji materiału. Ponadto do rozpoczęcia procesu degradacji potrzebne są nieznaczne frakcje zanieczyszczeń, np. jedna miliardowa sodu w składzie poliwęglanu prowadzi do niestabilności koloru. W obecności tlenu wolne rodniki tworzą wodoronadtlenek tlenu, który rozrywa podwójne wiązania w łańcuchu molekularnym, czyniąc materiał kruchym. Proces ten jest często określany jako fotooksydacja. Jednak nawet w przypadku braku wodoru degradacja materiału nadal zachodzi w wyniku powiązanych procesów, co jest szczególnie typowe dla elementów statków kosmicznych.

Tworzywa termoplastyczne o słabej odporności na promieniowanie UV w postaci niezmodyfikowanej to POM, PC, ABS i PA6/6.

PET, PP, HDPE, PA12, PA11, PA6, PES, PPO, PBT są uważane za wystarczająco odporne na promieniowanie UV, podobnie jak kombinacja PC/ABS.

PTFE, PVDF, FEP i PEEK mają dobrą odporność na promieniowanie UV.

PI i PEI mają doskonałą odporność na promieniowanie UV.