Polímeros 102: Prevenção da degradação UV de polímeros

No mundo dos polímeros (com exceção dos fluoropolímeros), os raios UV e o oxigênio podem ser prejudiciais à estabilidade de um material. Se você estiver usando polivinil, como PVC ou CPVC, ou poliolefinas, como PE ou PP, ambos os tipos de materiais podem estar sujeitos a UV e à degradação oxidativa. Os formuladores tomam muito cuidado para colocar aditivos na maioria dos termoplásticos que ajudem a evitar a degradação por UV nos tubos ao longo do tempo. Portanto, vamos examinar o que está acontecendo com os materiais dos tubos e o que é usado no setor para preservá-los por períodos mais longos.

Primeiro, seria útil você ver como um polímero se decompõe nessa reação. Observe que esta seção é um pouco pesada em termos de “química”, mas vou explicar a você(PE = polímero, H = hidrogênio, O = oxigênio, * = radical livre):

PE-H PE* + H*Observação: o * significa que um “radical livre” reativo se formouPE* + O2 PE-O-O* Observação: o oxigênio agora se liga ao polímero e se torna um radical livre MUITO reativo. PE-O-O* + PE-H PE* + PE-O-OH Observação: o radical livre de oxigênio agora ataca o polímero novo, gerando uma nova superfície de radical livre no polímero. Além disso, a superfície original do radical livre de oxigênio é agora um peróxido instável. A superfície do peróxido agora gera mais radicais livres em uma série de reações sobre as quais não entrarei em detalhes aqui (não é possível usar tanta química em um artigo). Em vez disso, vamos pular para o final e mostrar que, por fim, o polímero se decompõe no seguinte: PE-OH + O2 O polímero com o grupo OH acima pode então reagir para criar ésteres, lactonas e cetonas. A reação de degradação pode ocorrer com qualquer polímero, inclusive PE, PP, PVC e CPVC. Uma reação semelhante também pode ocorrer com materiais reticulados como o PEX. Basicamente, se o polímero contiver átomos de hidrogênio (e não estiver saturado com flúor, como no caso dos fluoropolímeros), ele poderá sofrer essa reação em condições ambientais normais. Felizmente, os formuladores têm várias opções em sua “caixa de ferramentas” que podem usar para minimizar os danos que os raios UV podem causar a um material a granel. Uma das maneiras mais econômicas de minimizar os danos causados pelos raios UV é usar um enchimento. Enchimentos como negro de fumo e dióxido de titânio (TiO2) são normalmente usados por serem os mais econômicos. Estudos demonstraram que o negro de fumo pode manter qualquer dano ao material em cerca de 50μm na superfície. Se os danos permanecerem tão superficiais, os raios UV não afetarão as propriedades gerais do polímero e, normalmente, se manifestarão apenas como uma aparência “farinácea” na superfície do material com o passar do tempo.

Entretanto, materiais mais cristalinos, como PP e PVDF, não podem usar cargas. Esses materiais dependem do crescimento cristalino para que tenham propriedades superiores. Os enchimentos volumosos impedem o crescimento cristalino, portanto, normalmente não são usados nesses materiais. Em vez disso, eles utilizam uma combinação de diferentes tipos de antioxidantes que normalmente fornecem os hidrogênios necessários para as reações acima. A reatividade dos aditivos varia, dando aos materiais estabilidade UV de curto e longo prazo, mas todos eles, infelizmente, acabarão ficando sem hidrogênios, e o próprio polímero iniciará a reação de degradação UV. No entanto, em condições ambientais normais, isso não ocorrerá por décadas e durará toda a vida útil esperada de um tubo. Além dos aditivos internos, algumas medidas podem ser tomadas após a instalação de um tubo para minimizar os efeitos dos raios UV e do calor nos materiais do tubo. Antes de mais nada, evite a exposição direta aos raios UV. Isso significa que, se for uma aplicação externa, algo tão simples como enterrar o tubo pode protegê-lo bastante dos raios UV. Se você não puder enterrar o tubo, um envoltório flexível opaco ou isolante também oferecerá proteção contra os raios UV. A iluminação interna também pode ser uma fonte de UV, dependendo do tipo e da idade do sistema de iluminação, mas não com a mesma intensidade do sol, de modo que os danos causados pelos raios UV podem demorar muito mais para se manifestar. Portanto, você deve se proteger dos raios UV diretos em ambientes internos ou externos. Se você quiser saber mais sobre os materiais que compõem os tubos e válvulas usados em aplicações químicas e de águas residuais, entre em contato com Josh Goldberg em jgoldberg@asahi-america.com para agendar um almoço e aprendizado.

AVISO DO EDITOR: Observe que as informações contidas neste artigo são apenas para fins educacionais e não substituem nenhuma informação técnica ou especificação de produto da Asahi/America.
Consulte o departamento técnico da Asahi/America pelo telefone 1-800-343-3618 ou pelo site pipe@asahi-america.com sobre todas as aplicações de produtos no que diz respeito à seleção de materiais com base na pressão, temperatura, fatores ambientais, produtos químicos, mídia, aplicação e muito mais.