مقدمه: تهدید تشعشعات ماوراء بنفش و ضرورت فوری حفاظت از مواد
جامعه ی مدرن تقاضا می کند که استاندارد های عملکردی سختگیرانه ای برای مواد وجود داشته باشد.دوام ٬ به ویژه مقاومت در برابر اشعه ماوراء بنفش ٬ به یک عامل حیاتی در تعیین ارزش مواد تبدیل شده استاز نماهای ساختمان و پوشش خودرو تا مبلمان بیرونی و محصولات پلیمر، مواد اجتناب ناپذیر در معرض نور خورشید و تخریب مداوم ناشی از اشعه UV قرار دارند.
تابش UV نشان دهنده طول موج کوتاه تر و بخش انرژی بالاتر تابش خورشیدی است که معمولاً بین 100 تا 400 نانومتر تعریف می شود. این طیف به سه باند تقسیم می شود: UVA (315-400 نانومتر) ،UVB (280-315 nm)در حالی که جذب جو تقریباً تأثیر UVC را بر مواد زمینی از بین می برد، تشعشعات UVA و UVB به سطح زمین می رسند.که باعث آسیب قابل توجهی به مواد در معرض آن می شود.
اشعه ماوراء بنفش به طور عمده مواد را از طریق:
- نورپرداختقرار گرفتن در معرض اشعه ماوراء بنفش، پیوندهای شیمیایی درون مواد را شکسته و باعث شکاف زنجیره پلیمر می شود که خواص فیزیکی مانند قدرت، سفتی و انعطاف پذیری را تغییر می دهد.
- محو رنگ:اشعه UV مولکول های رنگدانه را از بین می برد و منجر به تغییر رنگ می شود.
- شکستگی سطح:قرار گرفتن در معرض اشعه UV باعث ایجاد ریزش های کوچک می شود که به شکاف های قابل مشاهده گسترش می یابد و هم زیبایی و هم عملکرد محافظتی را به خطر می اندازد.
- کلرینگ:تخریب سطح باقیمانده های پودری را تشکیل می دهد زیرا زنجیره های پلیمر به مولکول های کوچکتر شکسته می شوند.
برای مبارزه با این تهدیدات، دانشمندان فناوری های محافظتی از جمله جذب کننده های اشعه UV، تثبیت کننده ها و خاموش کننده ها را توسعه داده اند. این ترکیبات مکانیزم های مختلفی را برای کاهش آسیب های اشعه UV استفاده می کنند.افزایش طول عمر مواد در حالی که عملکرد و ظاهر را حفظ می کند.
فصل اول: جذب کننده های اشعه UV
1.1 مکانیسم: تبدیل انرژی از طریق قربانی مولکولی
جذب کننده های UV مانند اسفنج های مولکولی عمل می کنند و به طور ترجیحی اشعه UV را جذب می کنند و آن را به انرژی حرارتی بی ضرر تبدیل می کنند. عملکرد آنها شامل سه مرحله اصلی است:
- جذب اشعه UV:ساختارهای شیمیایی تخصصی طول موج های خاص UV را جذب می کنند، الکترون ها را به حالت های انرژی بالاتر تحریک می کنند.
- تبدیل انرژی:مولکول های تحریک شده به سرعت انرژی را به صورت گرما از طریق آرامش ارتعاش منتشر می کنند.
- گزارش وضعیت زمین:مولکول ها به حالت اصلی خود باز می گردند، آماده برای چرخه های جذب UV مکرر.
1.2 انواع و ویژگی ها
کلاس های اصلی جذب کننده UV عبارتند از:
- بنزوفنون:حفاظت از طیف گسترده در برابر UVA / UVB با ثبات تصویر عالی.
- بنزوتریازول:جذب کننده های UVA با کارایی بالا برای حفظ رنگ ایده آل هستند.
- تریازین ها:جذب کننده های پیشرفته ای با مقاومت در برابر آب و هوا در طیف UV.
- سالیسیلات ها:جذب کننده های نسل اولیه که اغلب در فرمول های ترکیبی استفاده می شوند.
1.3 ملاحظات مربوط به کاربرد
غلظت مطلوب جذب کننده (معمولاً 0.1٪ تا 5٪) نیاز به آزمایش تجربی بر اساس ضخامت مواد و قرار گرفتن در معرض محیط زیست دارد.غلظت بیش از حد می تواند اثربخشی را کاهش دهد و بر شفافیت مواد تأثیر بگذارد.
انتخابی طول موج از جذب نور آبی ناخواسته که باعث زرد شدن می شود جلوگیری می کند. استفاده مجدد منظم لازم است زیرا جذب کننده ها از طریق فرآیندهای فوتوشیمیایی و مهاجرت فیزیکی تخریب می شوند.
فصل ۲: تثبیت کننده های UV ۰
2.1 ثبات کننده های نور آمینه با موانع (HALS)
برخلاف جذب کننده های منفعل، HALS به طور فعال از طریق:
- تولید رادیکال های نیتروکسیلی که رادیکال های آلکیل مضر را پاک می کنند
- تشکیل آمینو اترها که رادیکال های پروکسی را خنثی می کنند
- انواع فعال نیتروکسیل برای حفاظت مداوم
این مکانیسم خودتجدید کننده، ثبات طولانی مدت را در غلظت های پایین (0.1٪ تا 1٪) امکان پذیر می کند. HALS همچنین ثبات حرارتی را به یک مزیت منحصر به فرد نسبت به سایر افزودنی های UV ارائه می دهد.
2.2 مزایای عملکرد
HALS در کاربردهای فیلم نازک به دلیل عملکرد مستقل از ضخامت، از جذب کننده ها برتر است. تنوع وزن مولکولی آنها برای روش های مختلف پردازش از قالب گذاری تزریقی تا پوشش های پودری مناسب است.پیش بینی های بازار نشان می دهد که HALS به عنوان سریع ترین گروه افزودنی UV در حال رشد است.
فصل سوم: خاموش کننده ها متخصص انتقال انرژی
خاموش کننده ها مواد را از طریق انتقال انرژی حالت هیجان زده محافظت می کنند و تحریک الکتریکی بالقوه مضر را به انتشار حرارتی یا فلورسنت بی ضرر تبدیل می کنند.انواع رایج شامل ترکیبات نیکل و سولفیدهای آلی است، عمدتا در کاربردهای پلیولفین و PVC استفاده می شود.
فصل ۴: استراتژی های فرمول سازی
حفاظت UV موثر نیاز به راه حل های سفارشی با توجه به:
- ترکیب و ضخامت مواد
- شرایط قرار گرفتن در معرض محیط
- الزامات طول عمر عملکرد
- محدودیت های هزینه
ترکیب های همبستگی (به عنوان مثال، جذب کننده ها با HALS) اغلب در مقایسه با سیستم های تک افزودنی محافظت بهتری را فراهم می کنند.در این روش، اثرگذاری فرمول را تایید می کنند..
فصل پنجم: فن آوری های نوظهور
- افزودنی های نانو:گسترش و شفافیت بیشتر
- ماده های محافظ بیولوژیکی:جایگزین های پایدار از منابع طبیعی
- سیستم های هوشمند:سطوح حفاظت از محیط زیست
- پوشش های چند منظوره:حفاظت ترکیبی UV/حرارتی/مکانیکی
با تکامل تکنولوژی های حفاظت از ماوراء بنفشآنها وعده می دهند که عمر خدمات مواد را در صنایع مختلف از ساخت و ساز تا هوافضا افزایش دهند در حالی که با توجه به نگرانی های زیست محیطی و ایمنی از طریق علم پیشرفته مواد.
