Fotodegradacja
Fotodegradacja to zmiana materiałów pod wpływem światła. Powszechnie termin ten jest używany luźno w odniesieniu do połączonego działania światła słonecznego i powietrza , które powodują utlenianie i hydrolizę . Często celowo unika się fotodegradacji, ponieważ niszczy obrazy i inne artefakty. Odpowiada jednak częściowo za remineralizację biomasy i jest celowo stosowana w niektórych technologiach dezynfekcji. Fotodegradacja nie dotyczy sposobu, w jaki materiały mogą się starzeć lub degradować pod wpływem podczerwonego lub ciepła, ale obejmuje degradację we wszystkich pasma światła ultrafioletowego .
Aplikacje
Artykuły spożywcze
Ochrona żywności przed fotodegradacją jest bardzo ważna. Na przykład niektóre składniki odżywcze ulegają degradacji pod wpływem światła słonecznego. W przypadku piwa promieniowanie UV powoduje proces degradacji gorzkich związków chmielowych do 3-metylo-2-buten-1-tiolu, a tym samym zmianę smaku. Ponieważ szkło w kolorze bursztynowym ma zdolność pochłaniania promieniowania UV, często z takiego szkła wykonuje się butelki do piwa, aby temu procesowi zapobiec.
Farby, tusze i barwniki
Farby, atramenty i barwniki, które są organiczne, są bardziej podatne na fotodegradację niż te, które nie są. Ceramika jest prawie powszechnie barwiona materiałami pochodzenia nieorganicznego, aby materiał był odporny na fotodegradację nawet w najbardziej niesprzyjających warunkach, zachowując swój kolor.
Pestycydy i herbicydy
Fotodegradacja pestycydów cieszy się dużym zainteresowaniem ze względu na skalę rolnictwa i intensywne stosowanie środków chemicznych. Pestycydy są jednak wybierane częściowo tak, aby nie ulegały łatwo fotodegradacji w świetle słonecznym, aby umożliwić im wywieranie działania biobójczego. W związku z tym wdraża się więcej metod zwiększania ich fotodegradacji, w tym stosowanie fotosensybilizatorów, fotokatalizatorów (np. dwutlenku tytanu ) oraz dodawanie odczynników, takich jak nadtlenek wodoru , który generowałby rodniki hydroksylowe atakujące pestycydy.
Farmaceutyki
Fotodegradacja farmaceutyków jest interesująca, ponieważ znajdują się one w wielu źródłach wody. Mają szkodliwy wpływ na organizmy wodne, w tym toksyczność, zaburzenia endokrynologiczne, uszkodzenia genetyczne. Ale także w pierwotnym materiale opakowaniowym należy zapobiegać fotodegradacji farmaceutyków. do ochrony farmaceutyków przed promieniowaniem UV powszechnie stosuje się bursztynowe szkła, takie jak Fiolax Amber i Corning 51-L. Jod (w postaci płynu Lugola ) i srebro koloidalne są powszechnie stosowane w opakowaniach, które przepuszczają bardzo mało promieniowania UV, aby uniknąć degradacji.
polimery
Typowe polimery syntetyczne, które mogą zostać zaatakowane, obejmują polipropylen i LDPE , w których centrami ataku są trzeciorzędowe wiązania węglowe w ich strukturach łańcuchowych. Promienie ultrafioletowe oddziałują z tymi wiązaniami, tworząc wolne rodniki , które następnie reagują z tlenem w atmosferze, tworząc grupy karbonylowe w głównym łańcuchu. Odsłonięte powierzchnie produktów mogą wówczas odbarwić się i popękać, aw skrajnych przypadkach może dojść do całkowitego rozpadu produktu.
Wiadomo, że degradacja UV powoduje, że przedmioty wykonane z tworzyw sztucznych, takich jak wspomniany wyżej polipropylen, a także polietylen i PCW (zwłaszcza tworzywa sztuczne w kolorze białym lub beżowym, chociaż może to wpływać na wspomniane tworzywa sztuczne niezależnie od koloru), żółkną (lub brązowy, jeśli pozostawi się go do rozkładu przez bardzo długi czas) lub odcień żółtego. Proces ten można przyspieszyć, jeśli tworzywo zostanie wystawione na działanie wysokich temperatur, a ponadto ryzyko wystąpienia żółknięcia może zostać zwiększone przez zastosowanie niektórych dodatków, takich jak butylowany hydroksytoluen (BHT) , powszechnie stosowany przeciwutleniacz lub bromowany środek zmniejszający palność (BFR) , który służy do zwiększania ognioodporności niektórych materiałów.
W produktach włóknistych, takich jak liny stosowane na zewnątrz, żywotność produktu będzie krótka, ponieważ włókna zewnętrzne będą atakowane jako pierwsze i łatwo ulegają uszkodzeniu na przykład przez ścieranie . Może również wystąpić odbarwienie liny, co daje wczesne ostrzeżenie o problemie.
Polimery, które posiadają grupy absorbujące UV, takie jak pierścienie aromatyczne, mogą być również wrażliwe na degradację UV. Włókna aramidowe , takie jak na przykład Kevlar , są bardzo wrażliwe na promieniowanie UV i muszą być chronione przed szkodliwym działaniem światła słonecznego.
Mechanizm
Wiele związków organicznych jest niestabilnych termodynamicznie w obecności tlenu; jednakże ich szybkość spontanicznego utleniania jest niska w temperaturze pokojowej. W języku chemii fizycznej takie reakcje są ograniczone kinetycznie. Ta stabilność kinetyczna umożliwia akumulację złożonych struktur środowiskowych w środowisku. Po absorpcji światła tlen trypletowy przekształca się w tlen singletowy , wysoce reaktywną postać gazu, która wpływa na utlenianie ze spinem. W atmosferze związki organiczne są rozkładane przez rodniki hydroksylowe , które powstają z wody i ozonu.
Reakcje fotochemiczne są inicjowane przez absorpcję fotonu, zwykle w zakresie długości fal 290–700 nm (na powierzchni Ziemi). Energia zaabsorbowanego fotonu jest przekazywana do elektronów w cząsteczce i na krótko zmienia ich konfigurację (tj. promuje cząsteczkę ze stanu podstawowego do stanu wzbudzonego ). Stan wzbudzony reprezentuje zasadniczo nową cząsteczkę. Często cząsteczki stanu wzbudzonego nie są stabilne kinetycznie w obecności O 2 lub H 2 O i mogą spontanicznie rozkładać się ( utleniać lub hydrolizować ). Czasami cząsteczki rozkładają się, tworząc wysokoenergetyczne, niestabilne fragmenty, które mogą reagować z innymi cząsteczkami wokół nich. Te dwa procesy są wspólnie określane jako fotoliza bezpośrednia lub fotoliza pośrednia , a oba mechanizmy przyczyniają się do usuwania zanieczyszczeń.
Federalny standard Stanów Zjednoczonych dotyczący testowania plastiku pod kątem fotodegradacji to 40 CFR Ch. I (wydanie 7–1–03) CZĘŚĆ 238
Ochrona przed fotodegradacją
Fotodegradację tworzyw sztucznych i innych materiałów można zahamować za pomocą szeroko stosowanych stabilizatorów polimerowych . Te dodatki obejmują przeciwutleniacze , które przerywają procesy degradacji. Typowymi przeciwutleniaczami są pochodne aniliny . Innym rodzajem dodatków są absorbery UV. Czynniki te wychwytują foton i przekształcają go w ciepło. Typowymi pochłaniaczami promieniowania UV są hydroksy-podstawione benzofenony , podobne do chemikaliów stosowanych w filtrach przeciwsłonecznych .
Z biegiem czasu odkryto również kilka metod odwracania procesu degradacji i przywracania pożółkłego plastiku. Są one powszechnie stosowane jako sposób na przywrócenie pożółkłych przycisków, obudów lub innych plastikowych elementów w starych urządzeniach elektronicznych. Ten proces (często określany jako „retrobrite”) polega na uzyskaniu środka wybielającego (zwykle nadtlenku wodoru , chociaż inne chemikalia, takie jak wybielacz chlorowy , można również użyć) do reagowania z powierzchnią tworzywa sztucznego (obok światła UV), w wyniku czego tworzywo sztuczne staje się bielsze, z różnym skutkiem. Chociaż wiadomo, że to działa przez większość czasu, wadą retrobritingu jest to, że po pierwsze wyniki nie zawsze okazują się zgodne z oczekiwaniami (szczególnie w przypadku tworzyw sztucznych o żywych kolorach), a po drugie, niektóre metody mogą powodować niezamierzone efekty, takie jak jako marmurkowatość (gdzie plastik jest jaśniejszy lub ciemniejszy w niektórych miejscach niż w innych).
Zobacz też
Źródła
- Castell, JV; Gomez-L, MJ; Miranda, MA; Morera, IM (2008), „Degradacja fotolityczna Ibuprofenu. Toksyczność izolowanych fotoproduktów na fibroblastach i erytrocytach”, Photochemistry and Photobiology , 46 (6): 991–96, doi : 10.1111/j.1751-1097.1987.tb04882.x , PMID 3438349 , S2CID 41693238
- Salgado, R; Pereira, VJ; Carvalho, G; Soeiro, R; Gaffney, V; Almeida, C; Vale Cardoso, V; Ferreira, E; Benoliel, MJ; Ternes, TA; Oehmen, A; Reis, mama; Noronha, JP (2013), „Kinetyka fotodegradacji i produkty transformacji ketoprofenu, diklofenaku i atenololu w czystej wodzie i oczyszczonych ściekach”, Journal of Hazardous Materials , 244–245: 516–52, doi : 10.1016/j.jhazmat.2012.10. 039 , PMID 23177274
- Boltres, Bettine, „Kiedy szkło spotyka się z farmaceutyką”, ECV Editio Cantor, 2015, ISBN 978-3-87193-432-2
