In breve
Questo articolo approfondisce gli effetti complessi della degradazione UV, comunemente nota come chalking, sui materiali in PVC. Indaga il progressivo deterioramento delle proprietà del PVC sotto esposizione ai raggi UV, delineando fenomeni chiave come scolorimento, riduzione della resistenza meccanica e cambiamenti visibili della superficie. Esplorando i meccanismi alla base del chalking e le sue implicazioni, facciamo luce sulle sfide poste dagli agenti atmosferici UV nelle applicazioni in PVC.
Cos'è il fenomeno del chalking?
Il chalking è un fenomeno che si verifica quando la degradazione UV inizia dalla superficie del PVC e penetra gradualmente in profondità. Quando lo strato esterno del PVC si degrada, un numero crescente di particelle di pigmenti come il TiO2 e altri ingredienti inorganici come il CaCO3 vengono rilasciati, formando un deposito bianco e polveroso. Questo deposito conferisce al tubo un aspetto biancastro. La polvere bianca viene poi lavata via dalla pioggia o dagli spruzzi d'acqua, esponendo gli strati sottostanti a un'ulteriore degradazione e riducendo la resistenza del materiale.
Sebbene una piccola quantità di chalking possa essere tollerata e possa persino essere desiderabile in prodotti in PVC bianco, ha un effetto negativo sulla lucentezza. Il chalking è completamente inaccettabile nei materiali di colore scuro.
I tubi e i profili in PVC rigido sono resistenti ai raggi UV?
La resistenza ai raggi UV dei tubi e profili in PVC rigido dipende dal livello di stabilizzazione UV e dalla qualità dei materiali utilizzati. I composti che non sono stabilizzati ai raggi UV tendono a degradarsi rapidamente, causando la perdita delle proprietà meccaniche e l'insorgere di effetti visibili come sbiancamento, scurimento, opacizzazione, crepe e restringimento.
Oltre ai danni causati dalla radiazione UV tra 290 e 400 nm, anche la luce visibile tra 400 e 500 nm ha un effetto significativo. La luce visibile a questa lunghezza d'onda ha abbastanza energia per danneggiare strutture più deboli, come:
- Doppi legami
- Doppi legami coniugati
- Strutture ramificate
Durante l'esposizione agli agenti atmosferici, i composti bianchi tendono a ingiallire per poi sbiancare, mentre i composti colorati tendono a scolorire.
Le conseguenze dell'esposizione alla luce solare sui tubi in PVC rigido
L'esposizione alla luce solare ha diverse conseguenze sui tubi in PVC rigido:
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Scolorimento iniziale e a lungo termine
Lo scolorimento iniziale si verifica dopo circa 200 ore di esposizione. Con un'esposizione prolungata, l'erosione meccanica degli strati più foto-ossidati rigenera la superficie. Se l'erosione è sufficientemente efficiente, il profilo potrebbe non entrare mai nella fase di scolorimento. Le proprietà meccaniche dei composti stabilizzati al piombo sono migliori rispetto a quelli a base di mercaptidi di stagno.
Il TiO2 nella matrice di PVC ha un indice di rifrazione di 1,83, mentre il TiO2 esposto all'aria ha un indice di rifrazione di 2,71. Man mano che la superficie del PVC si ossida, una percentuale maggiore di TiO2 viene esposta all'aria, aumentando l'opacità e la luminosità nelle aree esposte.
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Struttura, flessibilità e resistenza
La degradazione UV porta alla deidrocclorurazione e a una riduzione del peso molecolare del PVC, accompagnata da uno scolorimento giallo-marrone. Questo è seguito da una graduale diminuzione della resistenza alla trazione, del modulo di elasticità, della resistenza agli urti e della flessibilità, con conseguente perdita delle proprietà meccaniche. L'effetto principale è dovuto alla foto-ossidazione, che causa una maggiore scissione delle catene rispetto al legame incrociato delle catene.
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Ingiallimento anomalo del TiO2 nel chalking
Tutti i prodotti in PVC stabilizzati con TiO2 tendono a ingiallire con l'aumento della concentrazione di TiO2. Con un ingiallimento iniziale maggiore dovuto a un contenuto più elevato di TiO2, non è sorprendente che a causa del chalking ci sia un impatto maggiore sulla percezione della bianchezza.
Il TiO2 mostra una ritenzione massima della lucentezza intorno ai 10 phr. Se la ritenzione della lucentezza è meno critica, il grado di TiO2 diventa meno rilevante.
Prevenzione dello scolorimento causato dai raggi UV
Per prevenire lo scolorimento causato dalle radiazioni UV, è possibile utilizzare stabilizzatori UV e materiali come le guarnizioni per ridurre l'esposizione diretta delle superfici in PVC alla luce solare. Inoltre, la scelta dei materiali corretti può ridurre significativamente gli effetti della degradazione.
Le guarnizioni utilizzate nei sistemi in PVC rigido possono essere progettate per fornire una protezione aggiuntiva contro la luce UV, prevenendo la degradazione della superficie del PVC e migliorando la durata del sistema a lungo termine.
Credits: Yashodhan Kanade
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