漲知識！如何預(yù)防或減輕UV紫外線對材料的降解

紫外線的背景知識紫外線(UV)相對于可見光，光子能量更高，高能量光子可能對部分材料引起降解，產(chǎn)生物理或化學的變化（這個就是物品長期放在太陽底下曬很快就會老化，分解的道理）。其中波長為200至280nm的紫外線輻射的子類UVC并不存在于地面的陽光中，因為低于?300nm的波長光會被大氣中的臭氧層所吸收，所以一直以來有關(guān)UV-C降解材料的公開研究數(shù)據(jù)很少。隨著UVC的殺菌消毒效果被廣泛認知，越來越多的產(chǎn)品會設(shè)計使用UVC作為消毒方案，這時候就需要我們了解包括高能紫外線UV-C光子在內(nèi)的材料降解原理，并在做產(chǎn)品材質(zhì)設(shè)計時將紫外降解的影響考慮在內(nèi)以延長產(chǎn)品的使用壽命。紫外線對聚合物降解的原理聚合物包含多種材料，其特征在于長分子鏈，分子鏈纏結(jié)和相互連接，它們本身表現(xiàn)出共價鍵，通常含碳成分。共價鍵是兩個或多個原子之間的電子共享，以滿足組成原子填充其最外層電子軌道。與金屬鍵相比，電子的共價共享是局部的(即，電子遷移僅限于最近的鍵合原子)，因此聚合物幾乎總是電絕緣體和不良的熱導體。與金屬和離子鍵相比，有機成分之間的共價鍵也相對較弱。因此，大多數(shù)聚合物很容易因暴露于UV-C而降解。高能光子具有足夠的能量，可以將電子提升到更高的能級，從而打斷共價鍵，降解材料。通常具有碳-碳雙鍵的聚合物更容易受到紫外線降解而發(fā)生化學變化。紫外線破壞聚合物的表現(xiàn)及機理1.

紫外線是如何破壞聚合物材料的?在聚合物中最基本，最普遍的紫外線損傷機理稱為光解斷鏈，即通過高能光子的直接作用將長鏈斷裂成較短的鏈，從而破壞分子的“骨架”。這種降解幾乎會導致聚合物強度、延展性的物理性質(zhì)的劣化，以及諸如顏色的變化，質(zhì)地外觀的劣化。聚合物的降解還可能將副產(chǎn)物如氣體釋放到周圍環(huán)境中造成污染。2.

紫外線破壞聚合物的機制是什么?聚合物被紫外線破壞的機制，包括自由基降解和表面水氧降解?；瘜W鍵斷裂時形成的自由基，這些自由基將與附近的其他可用鍵發(fā)生反應(yīng)，并導致聚合物分子斷裂或降解。紫外線解離的鍵也易與氧氣或水發(fā)生反應(yīng)，通常在表面引起氧化和水解的降解反應(yīng)。這兩種機制會結(jié)合并協(xié)同作用，最終引起材料的化學和微觀結(jié)構(gòu)變化。3.聚合物受紫外線降解的常見表現(xiàn)：戶外安裝的PVC管的泛黃和“粉化”；暴露在陽光下的廣告牌和海報顏色的褪色；暴露于陽光下的電線絕緣層的粉化和脆化；如何預(yù)防或減輕紫外線的降解？1.

屏蔽和涂層屏蔽紫外線是很好的保護方法，比如用薄薄的鋁箔或其他不透紫外線的材料進行遮擋，如果不可能進行簡單的屏蔽，則可以選擇使用吸收或反射紫外線的涂層，這種吸收或反射作用的添加劑普遍使用于涂料當中。比如一些包含金屬顆粒的涂料是非常有效的紫外線屏障，戶外使用的高性能涂料通常包含聚偏二氟乙烯(PVDF)，對保光性和保色性有很好的作用。通過在聚合物表面上涂覆紫外線穩(wěn)定涂層，可以很好的起到防止紫外線對材料的損壞作用。2.

選擇抗紫外線的聚合物材料某些特定的聚合物材料具有更強的抵抗紫外線的功能。由于C=C雙鍵特別容易受到紫外線光解的影響，那我們可以選擇更少含量C=C雙鍵的聚合物材料，比如聚烯烴(聚乙烯)、含氟聚合物比如是聚四氟乙烯(PTFE)，氟化乙烯-丙烯(FEP)和聚偏二氟乙烯(PVDF)都是很好的選擇。這些含有碳氟鍵的聚合物擁有出色的性能，例如高溫穩(wěn)定性，高介電強度和極高的化學惰性以及非常好的抗紫外線降解性。因此，PTFE或FEP可以用于紫外燈或紫外設(shè)備中的電線絕緣。3.

利用一些能吸收紫外線的添加劑第一種是無機化合物，它幾乎不受紫外線照射的影響，通過在聚合物材料中添加無機填料來吸收紫外線光子，提高紫外線穩(wěn)定性，從而減少對聚合物鍵的損害。用于紫外線穩(wěn)定的最常見的無機材料是炭黑和氧化物陶瓷，包括氧化鋁或二氧化鈦，這種填料還具有耐磨性等優(yōu)點，但缺點也是相當明顯，就是他們會改變聚合物的物理性質(zhì)及其顏色，所以需要權(quán)衡地使用。第二種是有機添加劑，包括抗氧化劑，紫外線吸收劑，淬滅劑和自由基清除劑。這些紫外線添加劑的作用機理如下：a.

紫外線吸收劑——這些分子吸收紫外線，將其轉(zhuǎn)化為熱量或以更長的波長發(fā)射(熒光)來耗散光子能量。b.

自由基清除劑——這些分子將優(yōu)先與由光化學或氧化變化產(chǎn)生的自由基反應(yīng)來降低自由基破壞聚合物鏈的幾率。c.

有機添加劑和無機添加劑——在實現(xiàn)同樣的紫外線穩(wěn)定性上有機添加劑需要的濃度比無機填料低得多。實際上，這樣的添加劑同時還有助于高溫加工性和抗氧化能力，因此無論預(yù)期的紫外線照射量如何，通常都會添加它們。但是，有的添加劑價格昂貴并且會改變某些聚合物的性能和可加工性，也存在污染環(huán)境的風險。綜上所述如何預(yù)防