Стійкий до дії ультрафіолетових променів. Характеристики продуктів із органічним покриттям. Речовини, стійкі до ультрафіолетового випромінювання

Жорсткий (непластифікований) полівінілхлорид з'явився на російському рекламному ринку першим, і, незважаючи на асортимент пропонованих полімерних матеріалів, що збільшується з кожним роком, в деяких областях рекламного виробництва продовжує стійко зберігати лідируючі позиції. Це пояснюється наявністю у ПВХ комплексу властивостей, необхідних для вирішення різноманітних завдань і задовольняють найсуворіші вимоги до конструкційних матеріалів цього типу.

ПВХ характеризується природною стійкістю до ультрафіолетового випромінювання, хімічної дії, механічної корозії та контактних ушкоджень. Протягом тривалого часу експлуатації на вулиці не втрачає початкових властивостей. Чи не вбирає атмосферної вологи і, відповідно, не схильний до утворення конденсату на поверхні. Серед усіх інших пластиків має унікальну вогнестійкість. У нормальних експлуатаційних умовах не становить небезпеки ні для людини, ні для довкілля. Легко обробляється механічно, формується (компактний матеріал), зварюється та склеюється. При плівковій аплікації немає необхідності замислюватися про «підводні камені» - ПВХ без участі людини не піднесе «сюрпризів».

До умовних недоліків полівінілхлориду можна віднести:

• нетривалу стійкість кольорових модифікацій до сонячних променів (це стосується матеріалів з додатковою УФ-стабілізацією);
• можлива наявність у матеріалів невідомого походження поверхневих розділових мастил, що потребують видалення;
• обмежена морозостійкість (до -20 °С), яка далеко не завжди підтверджується на практиці (при дотриманні всіх технологічних правил виготовлення конструкцій та їх монтажу, за відсутності значних механічних навантажень ПВХ стабільно поводиться і за більш низьких температур);
• більш високий у порівнянні з багатьма іншими полімерними матеріалами коефіцієнт лінійного теплового розширення, тобто більш широкий діапазон розмірних спотворень;
• недостатньо високий ступінь світлопропускання прозорого матеріалу (бл. 88%);
• підвищені вимоги до утилізації: продукти димлення та горіння небезпечні для людини та навколишнього середовища.

Жорсткий полівінілхлорид проводиться у різних модифікаціях лише методом екструзії. Широкий асортимент ПВХ, що включає листи:

• компактні та спінені;
• з глянсовою та матовою поверхнею;
• білі, кольорові, прозорі та транслюцентні;
• плоскі та рельєфні;
• стандартного виконання та підвищеної міцності на вигин,

дозволяє використовувати цей матеріал практично у будь-яких областях рекламного виробництва.

Тетяна Дементьєва
інженер-технолог

Полімери – це активні хімічні речовини, які останнім часом набувають широкої популярності через масове споживання пластмасових виробів. З кожним роком зростають обсяги світового виробництва полімерів, а виготовлені з їх використанням матеріали завойовують нові позиції у побутовій та виробничій сферах.

Усі випробування продукції проводять у лабораторних умовах. Їхнє основне завдання – визначити фактори навколишнього середовища, які надають руйнівний вплив на пластмасові вироби.

Основна група несприятливих факторів, що руйнують полімери

Стійкість конкретних виробів до негативних кліматичних умов визначається з урахуванням двох основних критеріїв:

• хімічного складу полімеру;
• типу та сили впливу зовнішніх факторів.

При цьому несприятливий вплив на полімерні вироби визначається за часом їх повної руйнації та типом впливу: моментальна повна деструкція або малопомітні тріщини та дефекти.

До факторів, що впливають на руйнування полімерів, належать:

• мікроорганізми;
• теплова енергія різного ступеня інтенсивності;
• промислові викиди, у складі яких є шкідливі речовини;
• підвищена вологість;
• УФ-випромінювання;
• рентгенівське випромінювання;
• підвищений відсоток вмісту у повітрі сполук кисню та озону.

Процес повного руйнування виробів пришвидшується за одночасного впливу кількох несприятливих чинників.

Однією з особливостей проведення кліматичних випробувань полімерів є необхідність тестової експертизи та вивчення впливу кожного з перелічених явищ окремо. Однак, такі оціночні результати не можуть з повною достовірністю відобразити картину взаємодії зовнішніх факторів з полімерними виробами. Це з тим, що у звичайних умовах матеріали найчастіше піддаються комбінованому впливу. У цьому руйнівний ефект помітно посилюється.

Вплив ультрафіолетової радіації на полімери

Існує помилкова думка, що пластмасовим виробам особливу шкоду завдають сонячного проміння. Насправді руйнівний вплив має тільки ультрафіолет.

Зв'язки між атомами полімерів можуть бути знищені тільки під впливом променів цього спектра. Наслідки такої несприятливої ​​дії можна спостерігати візуально. Вони можуть виражатися:

• у погіршенні механічних властивостей та міцності пластмасового виробу;
• підвищення крихкості;
• вигоряння.

У лабораторіях для таких випробувань застосовують ксенонові лампи.

Також проводять експерименти щодо відтворення умов впливу УФ-радіації, підвищеної вологості та температури.

Такі випробування потрібні для того, щоб зробити висновки щодо необхідності внесення змін до хімічного складу речовин. Так, для того, щоб полімерний матеріал набув стійкості до УФ-випромінювання, до нього додають спеціальні адсорбери. За рахунок способу поглинання речовини активізується захисний шар.

Стійкість та міцність міжатомних зв'язків також можна підвищити шляхом введення стабілізаторів.

Руйнівна дія мікроорганізмів

Полімери належать до речовин, які дуже стійкі до дії бактерій. Однак ця властивість характерна лише для виробів, виготовлених із пластмаси високої якості.

До низькоякісних матеріалів додаються низькомолекулярні речовини, які мають тенденцію накопичуватися на поверхні. Багато таких компонентів сприяє поширенню мікроорганізмів.

Наслідки руйнівної дії можна помітити досить швидко, оскільки:

• втрачаються асептичні якості;
• знижується ступінь прозорості виробу;
• з'являється крихкість.

Серед додаткових факторів, які можуть спричинити зниження експлуатаційних характеристик полімерів, слід зазначити підвищену температуру та вологість. Вони створюють умови, сприятливі активного розвитку мікроорганізмів.

Дослідження, що проводяться, дозволили знайти найбільш ефективний спосіб запобігання розмноженню бактерій. Це додавання до складу полімерів спеціальних речовин – фунгіцидів. Розвиток бактерій зупиняється за рахунок високої токсичності компонента для найпростіших мікроорганізмів.

Чи можна нейтралізувати вплив негативних природних факторів?

В результаті проведених досліджень вдалося встановити, що більшість пластмасової продукції, представленої на сучасному ринку, не вступає у взаємодію з киснем та його активними сполуками.

Однак механізм руйнування полімерів може бути запущений при комплексному впливі кисню та високої температури, вологості або ультрафіолетової радіації.

Також під час проведення спеціальних досліджень вдалося вивчити особливості взаємодії полімерних матеріалів із водою. Рідина впливає на полімери трьома способами:

1. фізичним;
2. хімічним (гідроліз);
3. фотохімічним.

Додаткова одночасна дія підвищеної температури може прискорити процес руйнування полімерних виробів.

Корозія пластмас

У широкому значенні це поняття має на увазі руйнування матеріалу під негативним впливом зовнішніх факторів. Так, під терміном «корозія полімерів» слід розуміти зміну складу або властивостей речовини, викликане несприятливим впливом, що призводить до часткового або повного руйнування виробу.

Процеси цілеспрямованого перетворення полімерів для отримання нових властивостей матеріалів до цього визначення не належать.

Про корозію слід говорити, наприклад, коли полівінілхлорид стикається та взаємодіє з хімічно агресивним середовищем – хлором.

Кабельні нейлонові стяжки – це універсальний засіб фіксації. Вони знайшли застосування в багатьох областях, у тому числі під час роботи поза приміщеннями. На відкритому повітрі кабельні хомути зазнають множинних впливів природного характеру: опадів, вітрів, літньої спеки, зимової холоднечі, а головне - сонячного світла.

Сонячні промені згубні для стяжок, вони руйнують нейлон, роблять його крихким і знижують еластичність, що призводить до втрати основних споживчих властивостей виробу. В умовах середньої смуги Росії стяжка, встановлена ​​на вулиці, вже за перші 2 тижні може втратити 10% заявленої міцності. Виною тому - ультрафіолет, невидимі оку електромагнітні хвилі, що є в денному світлі. Саме довгохвильові UVA і меншою мірою середньодовгові UVB (через атмосферу лише 10% досягають поверхні Землі) УФ-діапазони відповідальні за передчасне старіння нейлонових стяжок.

Негативний вплив УФ повсюдно, навіть у регіонах, де сонячних днів обмаль, т.к. 80% променів проникають крізь хмари. Ситуація ускладнюється в північних областях з їх тривалими зимами, оскільки проникність атмосфери для сонячних променів збільшується, а сніг відбиває промені, тим самим подвоюючи вплив УФ.

Більшість постачальників пропонують використовувати чорну стяжку як варіант вирішення проблеми старіння нейлонового хомута під впливом сонячних променів. Коштують ці стяжки стільки ж, скільки і їх аналоги нейтрально білого кольору, а відмінність полягає лише в тому, що для отримання чорного кольору у готового виробу як пігмент, що фарбує, в сировину додано незначну кількість вугільного порошку або сажі. Ця добавка настільки незначна, що не здатна захистити виріб від УФ деструкції. Такі стяжки повсюдно називаються атмосферостійкими. Сподіватися, що така стяжка сумлінно працюватиме на відкритому повітрі, все одно, що в мороз намагатиметься зігрітися, одягнувши тільки спідню білизну.

При встановленні на вулиці, надійно витримувати навантаження протягом тривалого періоду часу здатні тільки стяжки, виготовлені з УФ-стабілізованого поліаміду 66. Їх термін служби, порівняно зі стандартними стяжками під впливом ультрафіолету, відрізняється в рази. Позитивний ефект досягається за рахунок додавання до сировини спеціальних УФ-стабілізаторів. Сценарій дії світлостабілізаторів може бути різний: вони можуть просто вбирати в себе (абсорбувати) світло, виділяючи поглинену енергію потім у вигляді тепла; можуть вступати у хімреакції з продуктами первинного розкладання; можуть уповільнювати (інгібувати) небажані процеси.

Вище зазначалося (див. попередню статтю) що промені УФ - діапазону прийнято ділити втричі групи залежно від довжини хвилі:
[*]Довгохвильове випромінювання (UVA) – 320-400 нм.
[*]Середнє (UVB) - 280-320 нм.
[*]Короткохвильове випромінювання (UVC) - 100-280 нм.
Одна з основних труднощів при врахуванні впливу УФ – випромінювання на термопласти полягає в тому, що його інтенсивність залежить від безлічі факторів: вмісту озону в стратосфері, хмар, висоти розташування, висоти стояння сонця над горизонтом (як протягом доби, так і протягом року ) та відображення. Поєднання всіх цих факторів визначає рівень інтенсивності УФ-випромінювання, що відображено на даній карті Землі:

У зонах, пофарбованих у темно-зелений колір, інтенсивність УФ-випромінювання найвища. Крім того, необхідно враховувати, що підвищена температура та вологість додатково посилюють ефект впливу УФ – випромінювання на термопласти (див. попередню статтю).

[B] Основний ефект від впливу УФ – випромінювання на термопласти

Всі види УФ – випромінювання можуть викликати фотохімічний ефект у структурі полімерних матеріалів, який може приносити як користь, так і призводити до деградації матеріалу. Тим не менш, за аналогією з людською шкірою, чим вищий інтенсивність випромінювання і чим менша довжина хвилі, тим більший ризик деградації матеріалу.

[U] Деградація
Основний видимий ефект від впливу УФ-випромінювання на полімерні матеріали – поява т.зв. «крейдових плям», зміна кольору на поверхні матеріалу та підвищення крихкості ділянок поверхні. Даний ефект можна часто спостерігати на пластикових виробах, що постійно експлуатуються поза приміщеннями: сидіння на стадіонах, садових меблів, тепличній плівці, віконних рамах і т.д.

У той же час, нерідко вироби з термопластів повинні витримувати вплив УФ-випромінювання таких видів та інтенсивності, які не трапляються на Землі. Йдеться, наприклад, про елементи космічних апаратів, що потребує застосування таких матеріалів як FEP.

Зазначені вище ефекти від впливу УФ-випромінювання на термопласти відзначаються, як правило, на поверхні матеріалу і рідко проникають у структуру глибше 0.5 мм. Тим не менш, деградація матеріалу на поверхні за наявності навантаження може призводити до руйнування виробу в цілому.

[U]Позитивні ефекти
Останнім часом широке застосування знайшли спеціальні полімерні покриття, зокрема на основі поліуретан-акрилату, що «самозаліковуються» під впливом УФ-випромінювання. Знезаражувальні властивості УФ-випромінювання широко використовуються, наприклад, в кулерах для питної води і можуть бути додатково посилені хорошими пропускаючими властивостями PET. Даний матеріал використовується також як захисне покриття на УФ інсектицидних лампах, забезпечуючи пропускання до 96% світлового потоку при товщині 0.25 мм. УФ-випромінювання застосовується також для відновлення чорнила нанесеного на пластикову основу.

Позитивний ефект від впливу ультрафіолетового випромінювання дає застосування флуоресцентних відбілюючих реагентів (FWA). Багато полімерів при природному освітленні мають жовтуватий відтінок. Однак введення до складу матеріалу FWA УФ-промені поглинаються матеріалом і назад випромінюють промені видимого діапазону блакитного спектру з довжиною хвилі 400-500 нм.

[B] Вплив УФ-випромінювання на термопласти

Енергія УФ-випромінювання, поглинена термопластами, збуджує фотони, які, своєю чергою, формують вільні радикали. У той час як багато термопластів в натуральному, чистому вигляді, не поглинають УФ-випромінювання, наявність у їх складі залишків каталізаторів та ін. Причому початку процесу деградації потрібні нікчемні частки забруднювачів, наприклад мільярдної частки натрію у складі полікарбонату веде до нестабільності кольору. У присутності кисню вільні радикали формують гідроперекис кисню, який ламає подвійні зв'язки в молекулярному ланцюжку, що робить матеріал крихким. Цей процес часто називають фотоокисленням. Однак навіть за відсутності водню все одно відбувається деградація матеріалу внаслідок пов'язаних процесів, що особливо для елементів космічних апаратів.

Серед термопластів, що мають в немодифікованому вигляді незадовільну стійкість до УФ-випромінювання можна відзначити POM, PC, ABS і PA6/6.

PET, PP, HDPE, PA12, PA11, PA6, PES, PPO, PBT вважаються досить стійкими до УФ-випромінювання, як і комбінація PC/ABS.

Хорошу стійкість до УФ-випромінювання мають PTFE, PVDF, FEP і PEEK.

Чудовою стійкістю до УФ-випромінювання мають PI та PEI.