Bref résumé
Cet article se penche sur les effets complexes de la dégradation UV, communément appelée chalking, sur les matériaux PVC. Il étudie la détérioration progressive des propriétés du PVC sous exposition aux UV, en soulignant les phénomènes clés tels que la décoloration, la réduction de la résistance mécanique et les modifications visibles de la surface. En explorant les mécanismes à l'origine du chalking et ses implications, nous mettons en lumière les défis posés par la vieillissement UV dans les applications en PVC.
Qu'est-ce que le phénomène de chalking ?
Le chalking est un phénomène qui se produit lorsque la dégradation par les rayons ultraviolets (UV) commence à la surface du PVC et pénètre progressivement dans le matériau. Au fur et à mesure que la couche externe du PVC se dégrade, un nombre croissant de particules de pigments comme le TiO2 et d'autres ingrédients inorganiques comme le CaCO3 sont libérées, formant un dépôt blanc et poudreux. Ce dépôt donne aux tuyaux une apparence blanchâtre. La poudre blanche est ensuite lavée par la pluie ou par des jets d'eau, exposant les couches sous-jacentes à une dégradation accrue, ce qui réduit la résistance du matériau.
Bien qu'une petite quantité de chalking puisse être tolérée et même souhaitable dans les produits en PVC blanc, cela a un effet négatif sur la brillance. Le chalking est totalement inacceptable dans les matériaux de couleur foncée.
Les tuyaux et profils en PVC rigide sont-ils résistants aux UV ?
La résistance aux UV des tuyaux et profils en PVC rigide dépend du niveau de stabilisation aux UV et de la qualité des matériaux utilisés. Les composés non stabilisés contre les UV ont tendance à se dégrader rapidement, ce qui entraîne une perte des propriétés mécaniques et l'apparition d'effets visibles tels que le blanchiment, le noircissement, l'opacification, les craquelures et le rétrécissement.
En plus des dommages causés par les rayons UV entre 290 et 400 nm, la lumière visible entre 400 et 500 nm a également un effet significatif. La lumière visible à cette longueur d'onde a suffisamment d'énergie pour endommager des structures plus faibles, telles que :
- Les doubles liaisons
- Les doubles liaisons conjuguées
- Les structures ramifiées
Lors d'une exposition aux intempéries, les composés blancs ont tendance à jaunir puis à blanchir, tandis que les composés colorés ont tendance à s'estomper.
Les conséquences de l'exposition à la lumière du soleil sur les tuyaux en PVC rigide
L'exposition à la lumière du soleil a plusieurs conséquences sur les tuyaux en PVC rigide :
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Décoloration initiale et à long terme
La décoloration initiale est observée après environ 200 heures d'exposition. Avec une exposition prolongée, l'érosion mécanique des couches les plus photo-oxydées régénère la surface. Si l'érosion est suffisamment efficace, le profil peut ne jamais entrer dans la phase de décoloration. Les propriétés mécaniques des composés stabilisés au plomb sont meilleures que celles des composés à base de mercaptides d'étain.
Le TiO2 dans la matrice de PVC a un indice de réfraction de 1,83, tandis que le TiO2 exposé à l'air a un indice de réfraction de 2,71. Au fur et à mesure que la surface du PVC s'oxyde, une plus grande proportion de TiO2 est exposée à l'air, augmentant ainsi son opacité et sa brillance dans les zones exposées.
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Structure, flexibilité et résistance
La dégradation UV provoque la déshydrochloration et une réduction du poids moléculaire du PVC, accompagnées d'une décoloration jaune-brun. Cela est suivi d'une diminution progressive de la résistance à la traction, du module d'élasticité, de la résistance aux chocs et de la flexibilité, entraînant une perte des propriétés mécaniques. L'effet principal est dû à la photo-oxydation, qui cause une plus grande scission des chaînes comparée au réticulation des chaînes.
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Jaunissement anormal du TiO2 lors du chalking
Tous les produits en PVC stabilisés au TiO2 ont tendance à jaunir avec l'augmentation de la concentration de TiO2. Avec un jaunissement initial plus élevé dû à une plus grande teneur en TiO2, il n'est pas surprenant que, en raison du chalking, l'effet sur la perception du blanc soit plus important.
Le TiO2 montre une rétention maximale de la brillance autour de 10 phr. Si la rétention de la brillance est moins critique, le grade de TiO2 devient moins important.
Prévention de la décoloration causée par les UV
Pour prévenir la décoloration causée par les radiations UV, il est possible d'utiliser des stabilisants UV et des matériaux comme des joints qui réduisent l'exposition directe des surfaces en PVC à la lumière du soleil. De plus, le choix des bons matériaux peut réduire significativement les effets de la dégradation.
Les joints utilisés dans les systèmes en PVC rigide peuvent être conçus pour fournir une protection supplémentaire contre la lumière UV, prévenant ainsi la dégradation de la surface du PVC et améliorant la durabilité du système à long terme.
Crédits : Yashodhan Kanade
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