Polímeros 102: Prevención de la degradación UV de los polímeros

En el mundo de los polímeros (a excepción de los fluoropolímeros), los rayos UV y el oxígeno pueden ser perjudiciales para la estabilidad de un material. Tanto si se utilizan polivinilos, como el PVC o el CPVC, como poliolefinas, como el PE o el PP, ambos tipos de material pueden estar sujetos a los rayos UV y a la descomposición oxidativa. Los formuladores se cuidan mucho de poner aditivos en la mayoría de los termoplásticos que ayudan a evitar la degradación UV de las tuberías con el paso del tiempo, así que examinemos qué ocurre con los materiales de las tuberías y qué se utiliza en la industria para conservarlos durante más tiempo.

En primer lugar, sería útil ver cómo se descompone un polímero en esta reacción. Ten en cuenta que esta sección es un poco “química”, pero te guiaré a través de ella(PE = polímero, H = hidrógeno, O = oxígeno, * = radical libre):

PE-H PE* + H*

Nota: el * significa que se ha formado un “radical libre” reactivo

PE* + O2 PE-O-O*

Nota: El oxígeno se une ahora al polímero y se convierte en un radical libre MUY reactivo.

PE-O-O* + PE-H PE* + PE-O-OH

Nota: El oxígeno radical libre ataca ahora al polímero fresco, generando una nueva superficie de radicales libres en el polímero. Además, la superficie de radical libre oxígeno original es ahora un peróxido inestable.

La superficie de peróxido genera ahora más radicales libres en una serie de reacciones que no voy a detallar aquí (sólo podemos abarcar cierta cantidad de química en un artículo). En su lugar, saltaremos hasta el final y mostraremos que, finalmente, el polímero se descompone en lo siguiente:

PE-OH + O2

El polímero con el grupo OH anterior puede reaccionar posteriormente para crear ésteres, lactonas y cetonas.

La reacción de degradación puede producirse con cualquier polímero, incluidos el PE, el PP, el PVC y el CPVC. También puede producirse una reacción similar con material reticulado como el PEX. Básicamente, si el polímero contiene átomos de hidrógeno (y no está saturado de flúor, como en el caso de los fluoropolímeros), puede sufrir esta reacción en condiciones ambientales normales.

Por suerte, los formuladores tienen varias opciones en su “caja de herramientas” que pueden utilizar para minimizar el daño que los UV pueden causar a un material a granel. Una de las formas más rentables de minimizar el daño UV es utilizar un relleno. Los rellenos como el negro de humo y el dióxido de titanio (TiO2) suelen utilizarse porque son los más rentables. Los estudios han demostrado que el negro de humo puede mantener cualquier daño en el material dentro de unos 50μm en la superficie. Sin embargo, si los daños se mantienen a tan poca profundidad, los UV no afectan a las propiedades del polímero en masa, y normalmente sólo se manifestarán como un aspecto “calcáreo” en la superficie del material con el paso del tiempo.

Sin embargo, los materiales más cristalinos, como el PP y el PVDF, no pueden utilizar cargas. Estos materiales dependen del crecimiento cristalino para tener propiedades superiores. Las cargas voluminosas dificultan el crecimiento cristalino, por lo que no suelen utilizarse en estos materiales. En su lugar, utilizarán una combinación de diferentes tipos de antioxidantes que normalmente proporcionarán los hidrógenos necesarios para las reacciones anteriores. La reactividad de los aditivos varía, dando a los materiales estabilidad UV a corto y largo plazo, pero todos ellos, por desgracia, acabarán por quedarse sin hidrógenos, y el propio polímero iniciará la reacción de degradación UV. En condiciones ambientales normales, sin embargo, esto no ocurrirá en décadas y durará toda la vida útil prevista de una tubería.

Además de los aditivos internos, se pueden tomar algunas medidas tras la instalación de una tubería para minimizar los efectos de los rayos UV y el calor en los materiales de las tuberías. Lo primero y más importante es evitar la exposición directa a los rayos UV. Esto significa que si se trata de una aplicación exterior, algo tan sencillo como enterrar la tubería puede protegerla en gran medida de los UV. Si enterrarla no es una opción, una envoltura flexible opaca o aislante también ofrecería protección contra los UV. La iluminación interior también puede ser una fuente de UV según el tipo y la antigüedad del sistema de iluminación, pero no con la misma intensidad que el sol, por lo que los daños por UV pueden tardar mucho más en manifestarse. Por tanto, proporcionar protección frente a los UV directos en interiores o exteriores nunca está de más.

Si quieres saber más sobre los materiales que componen las tuberías y válvulas utilizadas en aplicaciones químicas y de aguas residuales, ponte en contacto con Josh Goldberg en jgoldberg@asahi-america.com para concertar una comida y aprendizaje.

AVISO DEL EDITOR: Ten en cuenta que la información de este artículo sólo tiene fines educativos y no sustituye a ninguna información técnica ni especificación de producto de Asahi/America. Consulta al departamento técnico de Asahi/America en el 1-800-343-3618 o en pipe@asahi-america.com sobre todas las aplicaciones de productos en lo que respecta a la selección de materiales en función de la presión, la temperatura, los factores medioambientales, los productos químicos, los medios, la aplicación, etc.