Dégradation UV des plastiques et des additifs résistants aux UV

La lumière du soleil peut dégrader les plastiques

De nombreux plastiques se dégradent au soleil sans l'ajout de bloqueurs de lumière, de stabilisants ou d'absorbeurs UV. Les matériaux peuvent se décolorer, se fissurer ou se désintégrer complètement. Alors que la dégradation UV d'un polymère à la lumière du soleil n'est généralement que de 0,05 profondeur dans la surface du matériau, la nature très fragile de certains plastiques peut entraîner une défaillance complète des composants.

Signes de dégradation par les UV

*Couche externe cassante (perte d'allongement à la traction)
*Diminution du poids moléculaire
*Perte des propriétés mécaniques
*Modification des propriétés chimiques
*Décoloration, jaunissement
* Décoloration
*Perte de clarté
*Formation de craquelures
*Aspect crayeux

Chaise pliante avec dommages UV

Trois types de rayonnement ultraviolet

Le spectre électromagnétique est composé de sept sections. Dans l'ordre de l'énergie la plus élevée à la plus basse, les sections sont appelées rayons gamma, rayons X, rayonnement ultraviolet, lumière visible, rayonnement infrarouge et ondes radio.

Le rayonnement ultraviolet est composé de trois types :UVA, UVB et UBC. Les UVA feront bronzer votre peau tandis que les UVB la feront brûler. Les UVC sont un germicide qui tue les micro-organismes. La couche d'ozone de la terre bloque efficacement la lumière UVC. Ce sont les UVB qui ont le plus d'effet sur la dégradation UV d'un polymère.

Comment la lumière UV dégrade les plastiques

Les plastiques sont constitués de chaînes polymères. Ainsi, lorsque l'énergie UV est absorbée par de nombreux plastiques, elle excitera des photons dans le matériau qui créeront alors des radicaux libres. Si de l'oxygène est présent, les radicaux libres forment des hydroperoxydes d'oxygène qui rompent les chaînes polymères (scission de chaîne.). Ce processus est appelé photo-oxydation. De plus, la présence d'humidité, d'impuretés, de produits chimiques, de charges mécaniques, d'air, de température ou de polluants environnementaux peut accélérer ce processus.

Plastiques qui se dégradent sous la lumière UV

Des additifs ont été développés pour mieux résister à la photo-oxydation. Ceux-ci comprennent le noir de carbone, l'oxyde de titane rutile, les benzophénones, l'hydroxyphényl-benzotriazole, les stabilisants d'amine encombrée (HALS), les oxanilides, l'hydroxybenzophénone, les enzotriazoles, les hydroxyphényltriazines, les extincteurs au nickel et autres. Et chaque plastique peut en utiliser un ou plusieurs pour obtenir la meilleure résistance aux UV possible pour le polymère et l'application. Ainsi, bien que les additifs résistants aux UV indiqués ci-dessous soient fréquemment utilisés, ils ne sont pas les seuls appliqués dans toutes les applications.

Nylon 6/6

Le nylon 6/6 est l'un des matériaux thermoplastiques techniques les plus polyvalents. Parce que le nylon 6/6 a une excellente résistance, ductilité et résistance à la chaleur, c'est un candidat exceptionnel pour les applications de remplacement de métal. Cependant, le nylon nécessite des additifs résistants aux UV. Un bon choix est une combinaison en trois parties d'un antioxydant phénolique, d'un phosphite et d'un stabilisateur de lumière à base d'amine encombrée (HALS.). Le meilleur effet de stabilisation de la lumière UV est d'ajouter un absorbeur d'UV au-dessus du HALS.

ABS (Polyoxyméthylène ou POM)

L'ABS est un plastique technique couramment utilisé pour les engrenages, les chaînes, les vis, les clips, les pompes à carburant, les bagages, les couvertures de tondeuse à gazon, etc. Il est obligatoire d'utiliser des stabilisateurs UV lorsque le matériau est utilisé à l'extérieur. Également lorsqu'il est exposé à la pluie, aux lampes fluorescentes (comme dans les salles de bain) et à l'air. La protection UV est nécessaire pour les pièces automobiles ainsi que les composants des machines commerciales. L'exposition aux UV peut entraîner une perte de brillance et même la formation de fissures. Pour la protection UV, une combinaison d'absorbeur UV benzotriazole et HALS est souvent utilisée.

Polyéthylène haute densité

Le polyéthylène haute densité est couramment utilisé dans les sacs à ordures, les sacs d'épicerie, l'isolation des fils et câbles, le paillis agricole, les bouteilles et les articles ménagers. Il est également utilisé dans les contenants de jus de fruits, les contenants de lait, les barquettes, les caisses et les produits d'emballage alimentaire. Le noir de carbone est souvent utilisé pour rendre le HDPE résistant aux UV. Un pourcentage compris entre 1 et 3 est recommandé.

Polycarbonate

Lorsque le polycarbonate est utilisé dans des applications extérieures, il aura tendance à jaunir. En outre, il perdra ses propriétés mécaniques, notamment sa résistance aux chocs. Les stabilisateurs UV deviennent donc obligatoires. Un absorbeur UV d'hydroxyphényl-benzotriazole doit être utilisé. Notez que les stabilisants à la lumière à base d'amine encombrée (HALS) ne sont pas recommandés. Les composés aminés basiques accélèrent l'hydrolyse du matériau.

Polypropylène

Les effets du rayonnement ultraviolet (UV) affectent grandement les propriétés du polypropylène. Lorsqu'il est exposé à la lumière directe du soleil pendant six mois, il entraînera une perte sévère de la résistance des propriétés à moins qu'un inhibiteur d'UV ou une charge élevée de pigment de noir de carbone ne soit utilisé. Même avec ceux-ci ajoutés, l'espérance de vie dans des conditions d'ensoleillement sévères est limitée. Le HALS et le noir de carbone sont souvent ajoutés pour atténuer la dégradation par les UV.

Plastique naturellement résistant aux UV

Cependant, certains plastiques ne se détériorent pas naturellement sous les rayons UV. Ceux-ci incluent l'acrylique, l'Ultem ainsi que les polymères fluorés, notamment le PTFE, le FEP, le PFA et le PVDF. Par conséquent, ceux-ci ne nécessitent pas d'additifs et sont utiles dans les pièces de production pour les voitures et même dans les pièces d'engins spatiaux exposées à de longues périodes de dégradation potentielle par les UV.