Résistant aux rayons ultraviolets. Caractéristiques des produits enrobés organiques. Substances résistantes aux rayons ultraviolets

Le polychlorure de vinyle rigide (non plastifié) a été le premier à apparaître sur le marché publicitaire russe et, malgré la gamme croissante de matériaux polymères proposés chaque année, il continue de maintenir régulièrement une position de leader dans certains domaines de la production publicitaire. Cela s'explique par la présence dans le PVC d'un ensemble de propriétés nécessaires pour résoudre divers problèmes et satisfaire aux exigences les plus strictes pour les matériaux structurels de ce type.

Le PVC se caractérise par une résistance naturelle aux rayons ultraviolets, aux attaques chimiques, à la corrosion mécanique et aux dommages de contact. Après une longue période d'utilisation en extérieur, il ne perd pas ses propriétés d'origine. N'absorbe pas l'humidité atmosphérique et, par conséquent, n'est pas sujet à la condensation en surface. Parmi tous les autres plastiques, il possède une résistance au feu unique. Dans des conditions normales de fonctionnement, il ne présente aucun danger pour l'homme ou l'environnement. Facilement usinable, formé (matériau compact), soudé et collé. Lors de l'application du film, il n'est pas nécessaire de penser aux « pièges » - le PVC sans intervention humaine ne présentera pas de « surprises ».

Les inconvénients du polychlorure de vinyle comprennent :

résistance à court terme des modifications de couleur à la lumière du soleil (cela ne s'applique pas aux matériaux dotés d'une stabilisation UV supplémentaire) ;
la présence possible d'agents de démoulage en surface dans des matériaux d'origine inconnue qui doivent être éliminés ;
résistance au gel limitée (jusqu'à -20°C), qui n'est pas toujours confirmée dans la pratique (sous réserve de toutes les règles technologiques de fabrication des structures et de leur pose, en l'absence de charges mécaniques importantes, le PVC se comporte de manière stable même à des températures plus basses) ;
un coefficient de dilatation thermique linéaire plus élevé par rapport à de nombreux autres matériaux polymères, c'est-à-dire une plage de distorsions dimensionnelles plus large ;
degré de transmission lumineuse insuffisamment élevé du matériau transparent (environ 88 %) ;
exigences accrues en matière d'élimination : les fumées et les produits de combustion sont dangereux pour l'homme et l'environnement.

Le polychlorure de vinyle rigide est produit sous diverses modifications uniquement par extrusion. Large gamme de plaques PVC comprenant :

compact et moussé;
avec surface brillante et mate ;
blanc, coloré, transparent et translucide ;
plat et gaufré ;
conception standard et résistance à la flexion accrue,

permet l'utilisation de ce matériau dans presque tous les domaines de la production publicitaire.

Tatiana Dementieva
Ingénieur de procédé

Les polymères sont des produits chimiques actifs qui ont récemment gagné en popularité en raison de la consommation massive de produits en plastique. Le volume de la production mondiale de polymères augmente chaque année et les matériaux fabriqués à partir de ceux-ci gagnent de nouvelles positions dans les domaines domestique et industriel.

Tous les tests de produits sont effectués dans des conditions de laboratoire. Leur tâche principale est d'identifier les facteurs environnementaux qui ont un effet destructeur sur les produits en plastique.

Le principal groupe de facteurs défavorables qui détruisent les polymères

La résistance de produits spécifiques aux conditions climatiques négatives est déterminée en tenant compte de deux critères principaux :

composition chimique du polymère ;
type et force d'influence des facteurs externes.

Dans ce cas, l'effet néfaste sur les produits polymères est déterminé par le moment de leur destruction complète et le type d'impact : destruction complète instantanée ou fissures et défauts à peine perceptibles.

Les facteurs influençant la destruction des polymères comprennent :

les micro-organismes ;
énergie thermique de différents degrés d'intensité;
émissions industrielles contenant des substances nocives ;
humidité élevée;
Le rayonnement UV;
rayonnement aux rayons X;
pourcentage accru de composés d’oxygène et d’ozone dans l’air.

Le processus de destruction complète des produits est accéléré par l'influence simultanée de plusieurs facteurs défavorables.

L'une des caractéristiques des essais climatiques des polymères est la nécessité d'effectuer des tests et d'étudier séparément l'influence de chacun des phénomènes répertoriés. Cependant, ces résultats estimés ne peuvent pas refléter de manière fiable l'image de l'interaction des facteurs externes avec les produits polymères. Cela est dû au fait que, dans des conditions normales, les matériaux sont le plus souvent exposés à des effets combinés. Dans le même temps, l'effet destructeur est sensiblement renforcé.

Impact du rayonnement ultraviolet sur les polymères

Il existe une idée fausse selon laquelle les produits en plastique sont particulièrement endommagés par les rayons du soleil. En fait, seul le rayonnement ultraviolet a un effet destructeur.

Les liaisons entre atomes dans les polymères ne peuvent être détruites que sous l'influence de rayons de ce spectre. Les conséquences de ces effets indésirables peuvent être observées visuellement. Ils peuvent s'exprimer:

dans la détérioration des propriétés mécaniques et de la résistance d'un produit plastique ;
fragilité accrue;
Burnout.

Dans les laboratoires, des lampes au xénon sont utilisées pour ces tests.

Des expériences sont également menées pour recréer les conditions d'exposition aux rayons UV, à une humidité et une température élevées.

De tels tests sont nécessaires pour tirer des conclusions sur la nécessité de modifier la composition chimique des substances. Ainsi, pour que le matériau polymère devienne résistant aux rayons UV, des adsorbeurs spéciaux y sont ajoutés. En raison de la capacité d'absorption de la substance, la couche protectrice est activée.

La stabilité et la résistance des liaisons interatomiques peuvent également être augmentées en introduisant des stabilisants.

Effet destructeur des micro-organismes

Les polymères sont des substances très résistantes aux bactéries. Cependant, cette propriété n'est typique que pour les produits fabriqués à partir de plastique de haute qualité.

Les matériaux de mauvaise qualité contiennent des substances de faible poids moléculaire qui ont tendance à s'accumuler à la surface. Un grand nombre de ces composants contribuent à la propagation des micro-organismes.

Les conséquences de l'impact destructeur peuvent être constatées assez rapidement, puisque :

les qualités aseptiques sont perdues ;
le degré de transparence du produit diminue ;
la fragilité apparaît.

D'autres facteurs pouvant entraîner une diminution des caractéristiques de performance des polymères comprennent l'augmentation de la température et de l'humidité. Ils créent des conditions favorables au développement actif des micro-organismes.

Les recherches menées ont permis de trouver le moyen le plus efficace pour prévenir la prolifération des bactéries. Il s'agit de l'ajout de substances spéciales - des fongicides - à la composition des polymères. Le développement des bactéries est stoppé en raison de la forte toxicité du composant pour les micro-organismes protozoaires.

Est-il possible de neutraliser l'impact des facteurs naturels négatifs ?

Grâce aux recherches en cours, il a été possible d'établir que la plupart des produits en plastique disponibles sur le marché moderne n'interagissent pas avec l'oxygène et ses composés actifs.

Cependant, le mécanisme de destruction des polymères peut être déclenché par les effets combinés de l’oxygène et d’une température élevée, de l’humidité ou du rayonnement ultraviolet.

En outre, au cours d'études spéciales, il a été possible d'étudier les caractéristiques de l'interaction des matériaux polymères avec l'eau. Le liquide affecte les polymères de trois manières :

physique;
chimique (hydrolyse);
photochimique.

Une exposition simultanée supplémentaire à des températures élevées peut accélérer le processus de destruction des produits polymères.

Corrosion des plastiques

Au sens large, ce concept implique la destruction d'un matériau sous l'influence négative de facteurs externes. Ainsi, le terme « corrosion des polymères » doit être compris comme une modification de la composition ou des propriétés d'une substance provoquée par une influence défavorable, qui conduit à la destruction partielle ou totale du produit.

Les procédés de transformation ciblée de polymères pour obtenir de nouvelles propriétés de matériaux ne s'appliquent pas à cette définition.

Il faut parler de corrosion, par exemple, lorsque le chlorure de polyvinyle entre en contact et interagit avec un environnement chimiquement agressif - le chlore.

Les serre-câbles en nylon sont un moyen de fixation universel. Ils ont trouvé des applications dans de nombreux domaines, notamment les travaux extérieurs. À l’extérieur, les serre-câbles sont exposés à de multiples influences naturelles : les précipitations, les vents, la chaleur estivale, le froid hivernal et, surtout, la lumière du soleil.

Les rayons du soleil sont nocifs pour les chapes : ils détruisent le nylon, le rendent cassant et réduisent son élasticité, entraînant la perte des propriétés de consommation fondamentales du produit. Dans les conditions de la Russie centrale, une chape installée dans la rue peut perdre 10 % de sa résistance déclarée au cours des 2 premières semaines. La raison en est le rayonnement ultraviolet, invisible à l’œil nu, les ondes électromagnétiques présentes à la lumière du jour. Ce sont les UVA à ondes longues et, dans une moindre mesure, les UVB à ondes moyennes (dus à l'atmosphère, seulement 10 % atteignent la surface de la Terre) qui sont responsables du vieillissement prématuré des attaches en nylon.

Les effets négatifs des UV sont partout, même dans les régions où il y a très peu de jours ensoleillés, car... 80 % des rayons pénètrent dans les nuages. La situation est aggravée dans les régions du nord, aux hivers longs, car la perméabilité de l'atmosphère aux rayons solaires augmente et la neige réfléchit les rayons, doublant ainsi l'exposition aux UV.

La plupart des fournisseurs proposent l'utilisation d'une cravate noire comme option pour résoudre le problème du vieillissement d'une pince en nylon dû à l'exposition au soleil. Ces chapes coûtent le même prix que leurs homologues blanc neutre, et la seule différence est que pour obtenir une couleur noire dans le produit fini, une petite quantité de poudre de charbon ou de suie est ajoutée à la matière première comme pigment colorant. Cet additif est si insignifiant qu'il n'est pas capable de protéger le produit de la destruction par les UV. De telles chapes sont communément appelées « résistantes aux intempéries ». Espérer qu'une telle chape fonctionnera consciencieusement en extérieur équivaut à essayer de rester au chaud par temps froid en ne portant que des sous-vêtements.

Seules les attaches en polyamide 66 stabilisé aux UV peuvent résister de manière fiable et prolongée aux charges lorsqu'elles sont installées à l'extérieur. Leur durée de vie par rapport aux attaches standards lorsqu'elles sont exposées aux rayons ultraviolets est considérablement différente. Un effet positif est obtenu en ajoutant des stabilisants UV spéciaux aux matières premières. Le scénario d'action des stabilisateurs de lumière peut être différent : ils peuvent simplement absorber (absorber) la lumière, libérant alors l'énergie absorbée sous forme de chaleur ; peut entrer en réactions chimiques avec des produits de décomposition primaire ; peut ralentir (inhiber) les processus indésirables.

Il a déjà été noté plus haut (voir article précédent) que les rayons UV sont généralement divisés en trois groupes selon la longueur d'onde :
[*]Rayonnement à ondes longues (UVA) – 320-400 nm.
[*]Moyenne (UVB) – 280-320 nm.
[*] Rayonnement à ondes courtes (UVC) – 100-280 nm.
L'une des principales difficultés de la prise en compte de l'impact du rayonnement UV sur les thermoplastiques est que son intensité dépend de nombreux facteurs : teneur en ozone dans la stratosphère, nuages, altitude, hauteur du soleil au-dessus de l'horizon (aussi bien pendant la journée que tout au long de la journée). année) et réflexions. La combinaison de tous ces facteurs détermine le niveau d’intensité du rayonnement UV, qui se reflète sur cette carte de la Terre :
Dans les zones de couleur vert foncé, l’intensité du rayonnement UV est la plus élevée. De plus, il faut tenir compte du fait que l’augmentation de la température et de l’humidité renforce encore l’effet du rayonnement UV sur les thermoplastiques (voir article précédent).
[B] Le principal effet de l'exposition aux rayons UV sur les thermoplastiques
Tous les types de rayonnement UV peuvent provoquer un effet photochimique sur la structure des matériaux polymères, qui peut soit être bénéfique, soit conduire à une dégradation du matériau. Cependant, comme pour la peau humaine, plus l’intensité du rayonnement est élevée et plus la longueur d’onde est courte, plus le risque de dégradation du matériau est grand.
[U]Dégradation
Le principal effet visible du rayonnement UV sur les matériaux polymères est l'apparition de ce qu'on appelle. « taches calcaires », décoloration de la surface du matériau et fragilité accrue des surfaces. Cet effet s’observe souvent sur des produits en plastique constamment utilisés à l’extérieur : sièges de stade, mobilier de jardin, films de serre, encadrements de fenêtres, etc.
Dans le même temps, les produits thermoplastiques doivent souvent résister à une exposition à des types et à des intensités de rayonnement UV introuvables sur Terre. Nous parlons, par exemple, d'éléments d'engins spatiaux, qui nécessitent l'utilisation de matériaux tels que le FEP.
Les effets mentionnés ci-dessus de l'impact du rayonnement UV sur les thermoplastiques sont généralement observés à la surface du matériau et pénètrent rarement dans la structure à une profondeur supérieure à 0,5 mm. Cependant, la dégradation du matériau en surface sous charge peut conduire à la destruction du produit dans son ensemble.
[U]Buffs
Récemment, des revêtements polymères spéciaux ont été largement utilisés, en particulier ceux à base de polyuréthane-acrylate, qui sont « auto-cicatrisants » sous l'influence des rayons UV. Les propriétés désinfectantes des rayons UV sont largement utilisées, par exemple dans les refroidisseurs d'eau potable, et peuvent être encore renforcées par les bonnes propriétés de transmission du PET. Ce matériau est également utilisé comme revêtement protecteur sur les lampes insecticides UV, assurant une transmission jusqu'à 96 % du flux lumineux avec une épaisseur de 0,25 mm. Le rayonnement UV est également utilisé pour restaurer l'encre appliquée sur une base en plastique.
L'effet positif de l'exposition aux rayons UV provient de l'utilisation de réactifs de blanchiment fluorescents (FWA). De nombreux polymères ont une teinte jaunâtre à la lumière naturelle. Cependant, en introduisant du FWA dans le matériau, les rayons UV sont absorbés par le matériau et émettent des rayons arrière dans la plage visible du spectre bleu avec une longueur d'onde de 400 à 500 nm.
[B]Exposition aux rayons UV sur les thermoplastiques
L'énergie UV absorbée par les thermoplastiques excite les photons, qui à leur tour forment des radicaux libres. Bien que de nombreux thermoplastiques, sous leur forme pure et naturelle, n'absorbent pas les rayons UV, la présence de résidus de catalyseur et d'autres contaminants qui servent de récepteurs dans leur composition peut entraîner une dégradation du matériau. De plus, pour démarrer le processus de dégradation, d'infimes fractions de polluants sont nécessaires, par exemple un milliardième de sodium dans la composition du polycarbonate entraîne une instabilité de la couleur. En présence d'oxygène, les radicaux libres forment de l'hydroperoxyde d'oxygène, qui rompt les doubles liaisons de la chaîne moléculaire, rendant le matériau fragile. Ce processus est souvent appelé photo-oxydation. Cependant, même en l’absence d’hydrogène, la dégradation des matériaux se produit toujours en raison de processus associés, ce qui est particulièrement typique des éléments des engins spatiaux.
Parmi les thermoplastiques qui présentent une résistance insatisfaisante aux rayons UV sous leur forme non modifiée figurent le POM, le PC, l'ABS et le PA6/6.
Le PET, le PP, le HDPE, le PA12, le PA11, le PA6, le PES, le PPO, le PBT sont considérés comme suffisamment résistants aux rayons UV, tout comme la combinaison PC/ABS.
Le PTFE, le PVDF, le FEP et le PEEK ont une bonne résistance aux rayons UV.
Le PI et le PEI ont une excellente résistance aux rayons UV.