Breve resumen
Este artículo profundiza en los intrincados efectos de la degradación UV, comúnmente conocida como chalking, en los materiales de PVC. Investiga el deterioro progresivo de las propiedades del PVC bajo la exposición a los rayos UV, describiendo fenómenos clave como la decoloración, la reducción de la resistencia mecánica y los cambios visibles en la superficie. Al explorar los mecanismos detrás del chalking y sus implicaciones, arrojamos luz sobre los desafíos que plantea la erosión por rayos UV en las aplicaciones de PVC.
¿Qué es el fenómeno del chalking?
El chalking es un fenómeno que ocurre cuando la degradación ultravioleta (UV) comienza en la superficie del PVC y penetra gradualmente en el material. A medida que la capa exterior del PVC se degrada, se liberan un número creciente de partículas de pigmentos como el TiO2 y otros ingredientes inorgánicos como el CaCO3, formando un depósito blanco y polvoriento. Este depósito da a la tubería una apariencia blanquecina. El polvo blanco es posteriormente lavado por la lluvia o por chorros de agua, exponiendo las capas subyacentes a una mayor degradación y reduciendo la resistencia del material.
Aunque se puede tolerar una pequeña cantidad de chalking y puede incluso ser deseable en productos de PVC blanco, tiene un efecto negativo sobre el brillo. El chalking es completamente inaceptable en materiales de colores oscuros.
¿Las tuberías y perfiles de PVC rígido son resistentes a los rayos UV?
La resistencia a los rayos UV de las tuberías y perfiles de PVC rígido depende del nivel de estabilización UV y de la calidad de los materiales utilizados. Los compuestos que no están estabilizados a los rayos UV tienden a degradarse rápidamente, lo que provoca la pérdida de propiedades mecánicas y la aparición de efectos visibles como blanqueo, oscurecimiento, opacidad, agrietamiento y contracción.
Además de los daños causados por la radiación UV entre 290 y 400 nm, la luz visible entre 400 y 500 nm también tiene un efecto significativo. La luz visible a esta longitud de onda tiene suficiente energía para dañar estructuras más débiles, como:
- Dobles enlaces
- Dobles enlaces conjugados
- Estructuras ramificadas
Durante la exposición a la intemperie, los compuestos blancos tienden a amarillearse y luego blanquearse, mientras que los compuestos de colores tienden a desvanecerse.
Las consecuencias de la exposición a la luz solar en tuberías de PVC rígido
La exposición a la luz solar tiene varias consecuencias en las tuberías de PVC rígido:
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Descoloración inicial y a largo plazo
La descoloración inicial se observa después de aproximadamente 200 horas de exposición. Con una exposición prolongada, la erosión mecánica de las capas más foto-oxidadas regenera la superficie. Si la erosión es lo suficientemente eficiente, el perfil puede no entrar nunca en la fase de decoloración. Las propiedades mecánicas de los compuestos estabilizados con plomo son mejores que las de los compuestos basados en mercaptidas de estaño.
El TiO2 en la matriz de PVC tiene un índice de refracción de 1,83, mientras que el TiO2 expuesto al aire tiene un índice de refracción de 2,71. A medida que la superficie del PVC se oxida, una mayor proporción de TiO2 se expone al aire, aumentando su opacidad y brillo en las áreas expuestas.
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Estructura, flexibilidad y resistencia
La degradación UV provoca la deshidrocloración y una reducción del peso molecular del PVC, acompañada de una decoloración amarilla-marrón. Esto es seguido por una disminución gradual de la resistencia a la tracción, del módulo de elasticidad, de la resistencia al impacto y de la flexibilidad, lo que da lugar a una pérdida de las propiedades mecánicas. El efecto principal se debe a la foto-oxidación, que causa una mayor escisión de cadenas en comparación con el entrecruzamiento de cadenas.
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Amarilleo anómalo del TiO2 en el chalking
Todos los productos de PVC estabilizados con TiO2 tienden a amarillearse con el aumento de la concentración de TiO2. Con un mayor amarilleo inicial debido a un mayor contenido de TiO2, no es sorprendente que debido al chalking haya un mayor impacto en la percepción del blanco.
El TiO2 muestra una retención máxima del brillo alrededor de los 10 phr. Si la retención del brillo es menos crítica, el grado de TiO2 se vuelve menos relevante.
Prevención de la decoloración causada por rayos UV
Para prevenir la decoloración causada por las radiaciones UV, es posible utilizar estabilizadores UV y materiales como juntas que reduzcan la exposición directa de las superficies de PVC a la luz solar. Además, la elección de los materiales correctos puede reducir significativamente los efectos de la degradación.
Las juntas utilizadas en los sistemas de PVC rígido pueden diseñarse para proporcionar protección adicional contra la luz UV, previniendo la degradación de la superficie del PVC y mejorando la durabilidad del sistema a largo plazo.
Créditos: Yashodhan Kanade
