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如何预防或减轻紫外线对材料的降解?(二)

2020.9.28

如何预防或减轻紫外线的降解?

1.屏蔽和涂层

屏蔽紫外线是很好的保护方法,比如用薄薄的铝箔或其他不透紫外线的材料进行遮挡,如果不可能进行简单的屏蔽,则可以选择使用吸收或反射紫外线的涂层,这种吸收或反射作用的添加剂普遍使用于涂料当中。比如一些包含金属颗粒的涂料是非常有效的紫外线屏障,户外使用的高性能涂料通常包含聚偏二氟乙烯(PVDF),对保光性和保色性有很好的作用。通过在聚合物表面上涂覆紫外线稳定涂层,可以很好的起到防止紫外线对材料的损坏作用。

2.选择抗紫外线的聚合物材料

某些特定的聚合物材料具有更强的抵抗紫外线的功能。由于C = C双键特别容易受到紫外线光解的影响,那我们可以选择更少含量C = C双键的聚合物材料,比如聚烯烃(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)都是很好的选择。这些含有碳氟键的聚合物拥有出色的性能,例如高温稳定性,高介电强度和极高的化学惰性以及非常好的抗紫外线降解性。因此,PTFE或FEP可以用于紫外灯或紫外设备中的电线绝缘。

3.利用一些能吸收紫外线的添加剂

第一种是无机化合物,它几乎不受紫外线照射的影响,通过在聚合物材料中添加无机填料来吸收紫外线光子,提高紫外线稳定性,从而减少对聚合物键的损害。用于紫外线稳定的最常见的无机材料是炭黑和氧化物陶瓷,包括氧化铝或二氧化钛,这种填料还具有耐磨性等优点,但缺点也是相当明显,就是他们会改变聚合物的物理性质及其颜色,所以需要权衡地使用。

第二种是有机添加剂,包括抗氧化剂,紫外线吸收剂,淬灭剂和自由基清除剂。这些紫外线添加剂的作用机理如下:

a.紫外线吸收剂——这些分子吸收紫外线,将其转化为热量或以更长的波长发射(荧光)来耗散光子能量。

b.自由基清除剂——这些分子将优先与由光化学或氧化变化产生的自由基反应来降低自由基破坏聚合物链的几率。

c.有机添加剂和无机添加剂——在实现同样的紫外线稳定性上有机添加剂需要的浓度比无机填料低得多。实际上,这样的添加剂同时还有助于高温加工性和抗氧化能力,因此无论预期的紫外线照射量如何,通常都会添加它们。但是,有的添加剂价格昂贵并且会改变某些聚合物的性能和可加工性,也存在污染环境的风险。

综上所述,如何预防或减轻紫外线对材料的降解?一是对产品有良好的设计,通过简单的屏蔽原理将敏感和关键组件的紫外线暴露降至最低;二是选择良好的材料,最好是固有的抗紫外线材料或是添加合适的抗紫外线添加剂来减缓材料降解的速度。


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