Degradación UV de plásticos y aditivos resistentes a los rayos UV

La luz solar puede degradar los plásticos

Muchos plásticos se degradarán a la luz del sol sin la adición de bloqueadores de luz, estabilizadores o absorbentes de rayos ultravioleta. Los materiales pueden decolorarse, agrietarse o desintegrarse por completo. Si bien la degradación UV de un polímero a la luz del sol generalmente es de solo 0.05 de profundidad en la superficie del material, la naturaleza altamente frágil de algunos plásticos puede provocar la falla total de los componentes.

Signos de degradación ultravioleta

* Capa exterior frágil (pérdida de elongación por tracción)
* Reducción del peso molecular
* Pérdida de las propiedades mecánicas
* Cambio de las propiedades químicas
* Decoloración, amarilleamiento
* Desvanecimiento del color
* Pérdida de claridad
* Formación de grietas
* Aspecto calcáreo

Silla plegable con daños por rayos UV

Tres tipos de radiación ultravioleta

El espectro electromagnético se compone de siete secciones. En orden de mayor a menor energía, las secciones se denominan rayos gamma, rayos X, radiación ultravioleta, luz visible, radiación infrarroja y ondas de radio.

La radiación ultravioleta se compone de tres tipos:UVA, UVB y UBC. Los rayos UVA harán que su piel se broncee, mientras que los rayos UVB harán que se queme. UVC es un germicida que mata los microorganismos. La capa de ozono de la tierra bloquea eficazmente la luz UVC. Es el UVB el que tiene el mayor efecto sobre la degradación UV de un polímero.

Cómo la luz ultravioleta degrada los plásticos

Los plásticos están formados por cadenas de polímeros. Entonces, cuando la energía UV es absorbida por muchos plásticos, excitará fotones en el material que luego crearán radicales libres. Si hay oxígeno, los radicales libres forman hidroperóxidos de oxígeno que rompen las cadenas del polímero (escisión de la cadena). Este proceso se conoce como fotooxidación. Además, la presencia de humedad, impurezas, productos químicos, carga mecánica, aire, temperatura o contaminantes ambientales pueden acelerar este proceso.

Plásticos que se degradan con la luz ultravioleta

Se han desarrollado aditivos para resistir mejor la fotooxidación. Estos incluyen negro de humo, óxido de titanio rutilo, benzofenonas, hidroxifenil-benzotriazol, estabilizadores de amina impedida (HALS), oxanilidas, hidroxibenzofenona, enzotriazoles, hidroxifeniltriazinas, extintores de níquel y otros. Y cada plástico puede usar uno o más de estos para obtener la mejor resistencia a los rayos UV posible para el polímero y la aplicación. Entonces, aunque los aditivos resistentes a los rayos UV que se muestran a continuación se usan con frecuencia, no son los únicos que se aplican en todas las aplicaciones.

Nilón 6/6

El nailon 6/6 es uno de los materiales termoplásticos de ingeniería más versátiles. Debido a que el nailon 6/6 tiene una excelente resistencia, ductilidad y resistencia al calor, es un candidato excelente para aplicaciones de reemplazo de metales. Sin embargo, el nailon requiere aditivos resistentes a los rayos UV. Una buena opción es una combinación de tres partes de un antioxidante fenólico, con un fosfito y un estabilizador de luz de amina impedida (HALS). El mejor efecto estabilizador de la luz UV es agregar un absorbente de UV encima del HALS.

ABS (polioximetileno o POM)

El ABS es un plástico de ingeniería que se usa comúnmente para engranajes, cadenas, tornillos, clips, bombas de combustible, equipaje, cubiertas para cortadoras de césped, etc. Es obligatorio usar estabilizadores UV cuando el material se usa al aire libre. También cuando se expone a la lluvia, lámparas fluorescentes (como en los baños) y al aire. La protección UV es necesaria para las piezas de automóviles y los componentes de las máquinas comerciales. La exposición a los rayos UV puede provocar la pérdida de brillo e incluso la formación de grietas. Para la protección contra los rayos ultravioleta, a menudo se utiliza una combinación del absorbente de rayos ultravioleta benzotriazol y HALS.

Polietileno de alta densidad

El polietileno de alta densidad se usa comúnmente en bolsas de basura, bolsas de comestibles, aislamiento para alambres y cables, mantillo agrícola, botellas y artículos para el hogar. También se utiliza en envases de zumos de frutas, envases de leche, bandejas, cajones y productos de envasado de alimentos. El negro de carbón se usa a menudo para hacer que el HDPE sea resistente a los rayos UV. Se recomienda un porcentaje de entre 1 y 3.

Policarbonato

Cuando se usa policarbonato en aplicaciones exteriores, tenderá a amarillear. Además, perderá propiedades mecánicas, incluida la resistencia al impacto. Entonces, los estabilizadores UV se vuelven obligatorios. Debe utilizarse un absorbente de UV de hidroxifenil-benzotriazol. Tenga en cuenta que no se recomiendan los estabilizadores de luz de amina obstaculizada (HALS). Los compuestos de amina básica aceleran la hidrólisis del material.

Polipropileno

Los efectos de la radiación ultravioleta (UV) afectan en gran medida las propiedades del polipropileno. Cuando se expone a la luz solar directa y fuerte durante seis meses, causará una pérdida severa de la fuerza de las propiedades a menos que se use un inhibidor de rayos UV o una alta carga de pigmento de negro de humo. Incluso con estos agregados, la esperanza de vida en condiciones de luz solar severa es limitada. A menudo se agregan HALS y negro de humo para mitigar la degradación de los rayos UV.

Plásticos que son naturalmente resistentes a los rayos UV

Sin embargo, algunos plásticos no se deterioran con la radiación ultravioleta de forma natural. Estos incluyen acrílico, Ultem y fluoropolímeros, incluidos PTFE, FEP, PFA y PVDF. Por lo tanto, estos no requieren aditivos y son útiles en piezas de producción para automóviles e incluso en partes de naves espaciales expuestas a largos períodos de posible degradación UV.