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增加知识!如何防止或减少紫外线对材料的降解?

作者:baidu.com来源:未知   添加时间:2020-06-03 09:52   浏览次数:

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今年在发光二极管行业最流行的词是紫外线杀菌。然而,一些声音透露,紫外线是非常好的,但它将不可避免地损害各种材料。如何应对“紫外线加速材料老化”也是一个值得考虑的话题。

本文由京科电子的陈博士带领研发产品团队,通过一系列的研究和查阅各种资料,从材料原理和降解机理两个方面阐述了如何防止或减少紫外线对材料的降解,供大师参考。

紫外线的后台常识

谈到紫外线,我们需要谈谈它的支持者。

与可见光相比,紫外线具有更高的光子能量。高能光子可能导致部门材料的退化和物理或化学变化(这就是为什么物品在长时间暴露在阳光下后会很快老化和分化的原因)。

紫外线,一种中等波长200到280纳米的紫外线,不存在于地面的阳光中,因为它低于?大气中的臭氧层接收到波长为300纳米的光,因此很少有关于紫外线-碳降解材料的公开研究数据。

随着人们对紫外线消毒效果的普遍认识,越来越多的产品将被设计成使用紫外线作为消毒方案。此时,我们需要了解包括高能紫外紫外-碳光子在内的材料降解原理,并在设计产品材料时考虑到紫外降解的影响,以延长产品的使用寿命。

紫外线对三大类材料降解的道理

1. 金属

金属以金属键为特征,金属键由精心积累的原子组成,这些原子被分成周期性的晶格布局,所有这些原子共享一片离域电子的“云”。因为金属具有高度可移动的电子,所以金属是电和热的良导体,并且容易干扰电磁辐射,例如光和无线电波。这解释了为什么金属不透明,并反射一定程度的光。这是因为它们可以利用自由电子吸收光子能量,而不会经历能量转换或键离解,所以金属几乎完全不受紫外线的影响。

2. 陶瓷

陶瓷材料通过离子键形成,并且周期性结构的晶格包括带正电和带负电的离子。大多数陶瓷是金属氧化物,而少数陶瓷是具有强共价键的氮化物、硼化物和碳化物。与金属相比,陶瓷离子具有紧密相连的电子,因为它们具有高的结合强度,可以承受极端的温度,通常具有极高的化学惰性,并且是极好的电绝缘体。这种高结合强度和化学惰性使陶瓷完全不受紫外线辐射的影响。

3. 石英

假设无定形二氧化硅(二氧化硅)是显示离子键和共价键的材料。它能穿透紫外线,对紫外线行业非常重要。应时吸收紫外线的主要机制与其中的杂质和缺陷有关。杂质就像铁这样的金属。这些金属原子的电子可以被提升到更高的能级或从原子中释放出来,因此它们可以用来干扰电磁辐射,形成所谓的“色心”,并随着时间的推移降低玻璃的紫外线透射率。在应时也有固有的原子缺陷,例如未结合的硅和氧原子,它们吸收必要的真空紫外线(VUV)和紫外线-碳

4. 聚合物

聚合物包含多种材料,其特征是长分子链、缠结和连续的分子链,它们本身显示共价键,通常含有碳成分。共价键是两个或多个原子之间的电子共享,这样组成原子就充满了它们最外层的电子轨道。与金属键相比,电子的共价共享是局部的(即,与以前的原子相比,电子迁移限于键合的原子),聚合物几乎总是电绝缘体和不良导体。与金属和离子键相比,有机成分之间的共价键也相对较弱。因此,大多数聚合物在紫外线照射下很容易降解。高能光子有足够的能量将电子提升到更高的能量水平,从而破坏共价键并降解材料。所有具有碳-碳双键的聚合物都更容易被紫外线降解并经历化学转化。

总而言之,聚合物材料受紫外线影响最大。让我们来谈谈紫外线破坏聚合物的表现和机理。

紫外线破损聚合物的体现及机理

1. 紫外线是若何损坏聚合物材料的?

聚合物中最基本和最广泛的紫外线损伤机制称为光解断链,即高能光子在此过程中的直接影响将长链断裂成较短的链,从而破坏分子的“骨架”。这种降解几乎导致聚合物强度和延展性的物理性质的劣化,以及诸如颜色变化的纹理外观的劣化。聚合物的降解也可能会将气体等副产品释放到周围环境中,造成污染。

2. 紫外线损坏聚合物的机制是什么?

聚合物被紫外线破坏的机制包括自由基降解和皮肤相水-氧降解。化学键断裂时形成的自由基,会与周围其他可用的键发生反应,导致聚合物分子断裂或降解。被紫外线分解的键也很容易被氧气或水反射,这通常导致剖面中氧化和水解的降解回响。这两种机制将相互联系,协同作用,最终导致材料的化学和微观结构的变化。

3. 聚合物受紫外线降解的常见显示:

1.室外安装的聚氯乙烯管道变黄和“粉化”;

2.暴露在阳光下的广告牌和海报褪色;

3.暴露在阳光下的电线绝缘的粉化和脆化;

4.皮肤晒伤也是一种聚合物降解。皮肤由聚合物组成,陌生感是胶原蛋白的蛋白。

5.紫外线也能导致脱氧核糖核酸(DNA)/核糖核酸(RNA)长聚合物分子的损伤,而这些紫外线引起的脱氧核糖核酸(DNA)/核糖核酸(RNA)损伤就是被紫外线消毒的根蒂。

若何预防或减轻紫外线的降解?

1. 樊篱和涂层

防护紫外线是一种非常好的背部保护方法,比如用薄铝箔或其他对紫外线不透明的材料来屏蔽。如果可以制造简单的屏障,可以选择接收或反射紫外线的涂层。这种吸收或反射添加剂被广泛用于涂层之外。例如,一些含有金属颗粒的涂层是非常有效的紫外线屏障。户外高性能涂料通常含有聚偏氟乙烯(PVDF),对保光保色效果好。在这个过程中,聚合物的外表被涂上了一层不含紫外线的涂层,这可以很好地防止紫外线对材料的破坏。

2. 选择抗紫外线的聚合物材料

一些特殊的高分子材料具有较强的抗紫外线功能。由于碳碳双键易受紫外光分解的影响,我们可以选择碳碳双键较少的聚合物材料,如聚烯烃(聚乙烯),含氟聚合物如聚四氟乙烯(聚四氟乙烯),氟化乙丙橡胶(FEP)和聚偏氟乙烯(聚偏氟乙烯)都是很好的选择。这些含碳氟键的聚合物具有优异的功能,如高温不变性、高介电强度、极高的化学惰性和非常好的抗紫外线降解性。因此,聚四氟乙烯或FEP可用于紫外线灯或紫外线设备的电线绝缘。

3. 哄骗一些能吸取紫外线的添加剂

首先是无机化合物,它们几乎不受紫外线辐射的影响。向聚合物材料中加入无机填料以接收紫外光子,从而提高抗紫外线性能并减少对聚合物键的破坏。用于紫外线防护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的优点,但错误是相当明显的,即它们会改变聚合物的物理性能和颜色,因此它们需要以测量的方式使用。

二是有机添加剂,包括抗氧化剂、紫外线接受剂、猝灭剂和自由基清除剂。这些紫外线添加剂的影响机理如下:

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

B.自由基清除剂——这些分子将优先与光化学或氧化转化产生的自由基共振,以降低自由基破坏聚合物链的可能性。

C.有机添加剂和无机添加剂——的浓度远低于无机填料的浓度,以获得相同的抗紫外线辐射能力。事实上,这些添加剂也有助于高温加工性和抗氧化性,并且无论预期的紫外线照射量如何,它们每次都被加入。然而,一些添加剂价格昂贵,会改变一些聚合物的功能和加工性能。还有污染的风险。

综上所述,若何预防或减轻紫外线对材料的降解?

首先,产品设计精良,通过简单的屏障原理,将敏感部件和铰链部件的紫外线暴露降至最低。

二是选择优良的材料,最好是固有的抗紫外线材料或添加适当的抗紫外线添加剂来减缓材料的降解。

据京科电子介绍,京科针对不同的杀菌原理推出了多种紫外线发光二极管产品,UVA 3535系列具有高光效。UVC系列产品采用国外专利芯片,结合晶体电子的特殊封装技术,可为客户提供多种有效的解决方案。(产地:京科电子)

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