Photodégradation d'un polymère
La photodégradation d'un polymère est une détérioration moléculaire de ce dernier due à son exposition à des rayonnement surtout ultraviolet (UV). Le polymère ainsi détérioré peut se fissurer ou se désintégrer. Le problème est commun dans les produits exposés à la lumière du soleil. L'exposition continue est un problème plus sérieux que l'exposition intermittente, car l'attaque dépend de l'étendue et du degré d'exposition.
Polymères concernés
Les polymères synthétiques courants qui peuvent être attaqués comprennent le polypropylène et le LDPE, où les liaisons carbone tertiaires dans leurs chaîne sont les sites attaqués. Les rayons ultraviolets interagissent avec ces liaisons pour former des radicaux libres, qui réagissent ensuite davantage avec l' oxygène dans l'atmosphère, produisant des groupes carbonyles dans la chaîne principale. Les surfaces exposées des produits peuvent alors se décolorer et se fissurer, et dans des cas extrêmes, une désintégration complète du produit peut se produire.
Dans les produits fibreux comme la corde utilisée dans des applications extérieures, la durée de vie du produit sera faible car les fibres externes seront attaquées en premier et seront facilement endommagées par l'abrasion par exemple. Une décoloration de la corde peut également se produire, donnant ainsi un avertissement précoce du problème.
Les polymères qui possèdent des groupes absorbant les ultraviolets tels que les cycles aromatiques peuvent également être sensibles à la dégradation. Les fibres d'aramide comme le Kevlar, par exemple, sont hautement sensibles aux ultraviolets et doivent être protégées des effets délétères de la lumière du soleil.
Détection
Le problème peut être détecté avant que des fissures sérieuses soient observées dans un produit en utilisant la spectroscopie infrarouge, où l'attaque se produit par oxydation de liaisons activées par le rayonnement ultraviolets formant des groupes carbonyle dans les chaînes de polymère.
Dans l'exemple présenté à gauche, les groupes carbonyle ont été facilement détectés par spectroscopie infrarouge à partir d'un film mince coulé. Le produit était un cône de route fabriqué par rotomoulage en LDPE , qui s'était fissuré prématurément en service. De nombreux cônes similaires ont également échoué parce qu'un additif anti-UV n'avait pas été utilisé pendant a fabrication.
Prévention
La résistance à l'attaque par la lumière du soleil peut être augmentée en ajoutant des additifs anti-UV au polymère lors du mélange des ingrédients, avant la mise en forme du produit par moulage par injection par exemple. Les stabilisants UV dans les plastiques agissent généralement en absorbant préférentiellement le rayonnement UV et en dissipant l'énergie sous forme de chaleur à basse température. Les produits utilisés sont similaires à ceux des produits de protection solaire, qui protègent la peau contre les attaques UV. Différents stabilisants UV sont utilisés en fonction du substrat, de la durée de vie prévue et de la sensibilité à la dégradation UV. Les stabilisants UV, tels que lesbenzophénones , agissent en absorbant le rayonnement UV et en empêchant la formation de radicaux libres. En fonction de la substitution, le spectre d'absorption UV est modifié pour correspondre à l'application. Les concentrations vont normalement de 0,05% à 2%, avec certaines applications jusqu'à 5%.
Prédiction
Les effets de la dégradation par UV des matériaux nécessitant une longue durée de vie peuvent être mesurés à l'aide de tests d'exposition accélérés. Avec les technologies modernes de concentrateur solaire, il est possible de simuler 63 ans d'exposition naturelle aux rayonnements UV sur un appareil de test en une seule année.