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【UV胶】UV对聚合物的影响(降解)及如何避免紫外降解

文章来源: 人气: 发表时间:2019-06-25 11:37:43
UV对聚合物的影响(降解)及如何避免紫外降解

毫无疑问,我们都知道紫外线(UV)辐射对我们自己的主要影响-我们中有多少人在阳光下晒了一天后,鼻子变红了?我们的皮肤并不是唯一受影响的有机结构;即使是聚合物也会在一定程度上受到阳光和紫外线辐射的影响。主要的问题是,这么多的参数影响曝光的水平,有几种方式提供阻力的影响。

紫外辐射与电磁波谱
紫外光是电磁光谱的一部分。与可见光相比,它位于能量的高端,在能量中,X射线和伽玛射线紧随其后-见图表。

electromagnetic spectrum
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【UV胶】UV对聚合物的影响(降解)及如何避免紫外降解

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UV对聚合物的影响(降解)及如何避免紫外降解

 
毫无疑问,我们都知道紫外线(UV)辐射对我们自己的主要影响-我们中有多少人在阳光下晒了一天后,鼻子变红了?我们的皮肤并不是唯一受影响的有机结构;即使是聚合物也会在一定程度上受到阳光和紫外线辐射的影响。主要的问题是,这么多的参数影响曝光的水平,有几种方式提供阻力的影响。
 
紫外辐射与电磁波谱
紫外光是电磁光谱的一部分。与可见光相比,它位于能量的高端,在能量中,X射线和伽玛射线紧随其后-见图表。
 Zeus_UV_Properties_img_1.jpg
electromagnetic spectrum
如表1所述,紫外线辐射分为三种不同类型,以及它们的特征效应。
 
描述 波长范围(Nm) 共同效应
UVA 320 - 400 皮肤鞣制
UVB 280 - 320 皮肤灼伤
UVC 100 - 280 杀菌
考虑紫外线对聚合物的影响的主要问题之一是与平流层臭氧、云层、高度、太阳高度(日时、日时)和反射有关的强度。这些影响的复杂性可以从全球范围内的紫外线水平图中看出,暗绿色是最高的:
 
同样重要的是要记住,实际的环境温度和湿度将加速任何强度水平的影响。紫外线对聚合物的主要影响
 
所有类型的紫外线都会在聚合物结构中产生光化学效应,这可能是一种好处,也可能导致某种材料的降解。请注意,与我们的皮肤相比,更高的能量UVC更有可能影响塑料。
 
退化。
主要的可见效应是白垩状的外观和在材料表面的颜色偏移,组件表面变得脆弱。我可以担保这些效果,就像我的孩子们的红色聚丙烯(PP)猴条一样。在花园里待了几年后,挤出的管子保持了完全的颜色,而注射成型的夹紧件变得白色和开裂。其他可能受太阳照射影响的部件包括体育场座椅、户外家具、温室薄膜、窗框和汽车零部件。
 
一些塑料暴露在比我们在地球上经历的更严酷的辐射水平。哈勃太空望远镜(HST)和国际空间站(ISS)的组件需要能够满足外层空间需求的塑料。氟聚合物如FEP和Kapton等聚酰亚胺是成功用于HST和ISS的塑料。
 
上述影响主要发生在材料的表层,不太可能延伸到0.5mm以上的深度。然而,由某些商品塑料的高度脆性引起的应力集中很可能导致零件完全失效。福利。
 
我们中的许多人受益于UV辐射固化的保护性聚合物涂层,如聚氨酯-丙烯酸酯,在汽车外部部件上。对许多人来说,更多的局部好处是反顶净化器和水冷却器中的紫外线辐射,这通常是由良好的传输特性所辅助的。FEP(含氟乙烯丙烯)管以及它不退化的能力。熔融处理的FEP也被用作紫外线灯上的保护层,用于电子苍蝇杀手,涂层提供优良的传输(0.25mm薄膜的损失仅为4%左右)。在塑料基板上,油墨的紫外光固化也有很多应用。不完全与塑料相关的是UVC辐射,可用于部件的灭菌。UV辐射与塑料的相互作用
 
塑料吸收的紫外线能激发光子,然后产生自由基。虽然许多纯塑料不能吸收紫外线辐射,但催化剂残留物和其他杂质的存在往往会起到受体的作用,导致降解。只有极少量的杂质才能发生降解,例如,聚碳酸酯中钠含量每十亿的微量就会引起颜色不稳定。在氧存在下,自由基形成氧氢过氧化物,从而破坏主链的双键,形成脆性结构。这一过程通常称为光氧化。然而,在没有氧气的情况下,由于交联过程的影响,哈勃太空望远镜和国际空间站所使用的塑料仍然会发生降解。
 
未改性的耐紫外线塑料有POM(缩醛)、PC、ABS和PA6/6。其它塑料如PET、PP、HDPE、PA 12、PA 11、PA6、PES、PPO、PBT和PPO被认为是合理的。请注意,PC/ABS合金的评级也是公平的。宙斯挤出的聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、FEP和PEEKTM等聚合物可获得良好的抗紫外线性能。在哈勃太空望远镜中使用的聚酰亚胺(PI)和聚醚酰亚胺(PEI)是唯一具有优异电阻的塑料。
 
聚四氟乙烯(PTFE)具有特别好的抗紫外线能力,因为它的碳氟键(C-F)比碳-氢(C-H)键高出近30%,碳-氢(C-H)键是围绕螺旋中碳(C-C)骨架的共同侧键,并对其进行保护。大多数氟聚合物的结构中也没有光吸收色团杂质,可以作为光氧化的引发剂。
 
紫外线和塑料的一个有用的相互作用是与荧光增白剂(FWA)。在自然光下,许多聚合物产品会出现黄色的外观。但加入FWA后,被吸收的UV光会在可见光的蓝色区域(400~500 nm波长)发射,而不是在黄色区域。与其他添加剂相比,FWAs只需在较小的水平上添加,按重量计算一般为0.01%。
 
如何避免紫外线降解
通过使用稳定剂、吸收剂或阻滞剂,有几种方法可以避免塑料中紫外线的降解。在许多户外应用中,简单地添加2%左右的炭黑将通过阻塞过程为结构提供保护。其他颜料,如二氧化钛,也可能是有效的。有机化合物如二苯甲酮和苯并三氮唑是典型的吸收剂,它们选择性地吸收紫外线,并以较小的有害波长(主要是热)再发射。苯并三唑型好,颜色低,可在0.5%以下的低剂量率下使用。
 
另一个主要的保护机制是添加稳定剂,最常见的是HALS(受阻胺光稳定剂)。它们吸收激发基,阻止自由基的化学反应。
 
在实践中,使用的各种类型的添加剂是组合或合成原来的聚合物作为一种特殊等级的紫外线防护。在一些塑料中添加抗氧化剂可能很有吸引力,以避免光氧化,但必须注意选择的抗氧化剂不作为紫外线吸收剂,这实际上将加强降解过程。
 
部件测试
组件的风化通常与户外产品相关,但室内条形荧光灯也可能产生紫外线辐射,在这种情况下,外壳应具有抗降解和抗不良着色的能力。加速老化是一种常用的技术,用于评估产品暴露在各种来源的人造光下的长期损害。这种暴露通常发生在高温下,并且可以在高湿度的情况下循环进行。
 
有几个标准规范照明的类型和水平,例如ASTM D 2565(用于户外应用的塑料Xenon弧曝光标准实施规程)。其他产品有:ASTM D 4329(荧光灯)、ASTM D 4459(用于室内应用的2565)、SAE J 1960(带有Xenon弧的汽车外壳)、ISO 4892-2(Xenon圆弧)和ISO 4892-3(荧光灯)。然而,在曝光期结束时,没有一个标准对产品的性能提供所需的标准。
 
几个主要用户得出了自己的标准。一个例子是塑料管研究所对塑料管的风化(TR18/99号报告),该报告警告说,美国不同地点的环境差异很大。另一种是塑料木材,在500小时的暴露后,外部皮肤的硬度不得改变超过10%。
 
在上面的列表中,有关于室内应用中暴露的标准。这与荧光灯外壳中使用的塑料非常相关,因为荧光灯外壳的光谱含有紫外线辐射。如果使用不稳定的聚合物,就会有明显的变色效果。
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摘要
如果一个产品要暴露在阳光直射,设计师或工程师必须制定适当的测试标准,并确保塑料有适当的配方,以保持预期的长期性能。包括添加剂的聚合物熔体过程可以提供保护,或如果体积足够高,添加剂可以预合成树脂。
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