Фотодеградация

Фотодеградация - это изменение материалов под действием света. Обычно этот термин используется в широком смысле для обозначения комбинированного действия солнечного света и воздуха , которое вызывает окисление и гидролиз . Часто фотодеградацию намеренно избегают, поскольку она разрушает картины и другие артефакты. Однако он частично отвечает за реминерализацию биомассы и преднамеренно используется в некоторых технологиях дезинфекции. Фотодеградация не относится к тому, как материалы могут стареть или разлагаться под воздействием инфракрасного света или тепла, но включает деградацию во всех диапазонах волн ультрафиолетового света.

Фотодеградируемый полиэтиленовый пакет рядом с пешеходной тропой. Прибл. 2000 штук от 1 до 25 мм, выдержка 3 месяца на открытом воздухе.

Приложения

Продовольственные товары

Защита продуктов питания от фотодеградации очень важна. Например, некоторые питательные вещества разрушаются под воздействием солнечного света. В случае пива УФ-излучение вызывает процесс, который влечет за собой разложение горьких соединений хмеля до 3-метил-2-бутен-1-тиола и, следовательно, изменяет вкус. Поскольку стекло янтарного цвета обладает способностью поглощать ультрафиолетовое излучение, пивные бутылки часто изготавливают из такого стекла, чтобы предотвратить этот процесс.

Краски, чернила и красители

Краски, чернила и красители, которые являются органическими, более подвержены фоторазложению, чем те, которые не являются таковыми. Керамика почти всегда окрашивается материалами неорганического происхождения, чтобы позволить материалу противостоять фотодеградации даже в самых жестких условиях, сохраняя свой цвет.

Пестициды и гербициды

Фотодеградация пестицидов представляет большой интерес из-за масштабов сельского хозяйства и интенсивного использования химикатов. Однако отчасти пестициды выбираются таким образом, чтобы они не подвергались легкому фоторазложению на солнечном свете, чтобы они могли проявлять свою биоцидную активность. Таким образом, применяются дополнительные методы для усиления их фотодеградации, включая использование фотосенсибилизаторов, фотокатализаторов (например, диоксида титана ) и добавление реагентов, таких как перекись водорода, которые будут генерировать гидроксильные радикалы, которые будут атаковать пестициды. ^[1]

Фармацевтические препараты

Фотодеградация фармацевтических препаратов представляет интерес, поскольку они обнаружены во многих системах водоснабжения. Они оказывают вредное воздействие на водные организмы, включая токсичность, эндокринные нарушения, генетические нарушения. ^[2] Но также необходимо предотвратить фотодеградацию фармацевтических препаратов в первичном упаковочном материале. Для этого обычно используются янтарные стекла, такие как Fiolax amber и Corning 51-L, для защиты фармацевтических препаратов от УФ-излучения. Йод (в форме раствора Люголя ) и коллоидное серебро повсеместно используются в упаковке, которая пропускает очень мало ультрафиолетового света, чтобы избежать разложения.

Полимеры

Влияние УФ-излучения на полипропиленовый трос

Обычные синтетические полимеры, которые могут быть повреждены, включают полипропилен и LDPE , где третичные углеродные связи в их цепных структурах являются центрами атаки. Ультрафиолетовые лучи взаимодействуют с этими связями, образуя свободные радикалы , которые затем вступают в реакцию с кислородом в атмосфере, образуя карбонильные группы в основной цепи. Открытые поверхности продуктов могут обесцветиться и потрескаться, а в крайних случаях может произойти полное разрушение продукта.

В изделиях из волокна, таких как веревки, используемые на открытом воздухе, срок службы изделия будет низким, потому что внешние волокна будут повреждены первыми и будут легко повреждены, например, истиранием . Также может произойти обесцвечивание веревки, что даст раннее предупреждение о проблеме.

Полимеры, которые содержат группы, поглощающие УФ-излучение, такие как ароматические кольца, также могут быть чувствительны к разрушению под действием УФ-излучения. Например, арамидные волокна, такие как кевлар , очень чувствительны к ультрафиолетовому излучению и должны быть защищены от вредного воздействия солнечного света.

Механизм

Фотодеградация пластикового ведра, которое несколько лет использовалось как цветочный горшок под открытым небом.

Многие органические химические вещества термодинамически нестабильны в присутствии кислорода; однако скорость их самопроизвольного окисления низкая при комнатной температуре. Говоря языком физической химии, такие реакции кинетически ограничены. Эта кинетическая стабильность позволяет накапливать сложные экологические структуры в окружающей среде. При поглощении света триплетный кислород превращается в синглетный кислород , высокореактивную форму газа, которая вызывает окисление с разрешенным спином. В атмосфере органические соединения разлагаются гидроксильными радикалами , которые образуются из воды и озона. ^[3]

Фотохимические реакции инициируются поглощением фотона, обычно в диапазоне длин волн 290–700 нм (на поверхности Земли). Энергия поглощенного фотона передается электронам в молекуле и на короткое время изменяет их конфигурацию (т. Е. Переводит молекулу из основного состояния в возбужденное состояние ). Возбужденное состояние представляет собой новую молекулу. Часто молекулы в возбужденном состоянии нестабильны кинетически в присутствии O ₂ или H ₂ O и могут самопроизвольно разлагаться ( окисляться или гидролизоваться).). Иногда молекулы разлагаются с образованием нестабильных фрагментов с высокой энергией, которые могут вступать в реакцию с другими молекулами вокруг них. Эти два процесса в совокупности называются прямым фотолизом или непрямым фотолизом , и оба механизма способствуют удалению загрязняющих веществ.

Федеральный стандарт США для тестирования пластика на фотодеградацию - 40 CFR Ch. I (издание 7–1–03) ЧАСТЬ 238

Защита от фотодеградации

Фотодеградацию пластмасс и других материалов можно предотвратить с помощью широко используемых полимерных стабилизаторов . Эти добавки содержат антиоксиданты , которые прерывают процессы разложения. Типичные антиоксиданты - это производные анилина . Еще один вид добавок - поглотители УФ-излучения. Эти агенты захватывают фотон и превращают его в тепло. Типичными поглотителями УФ-излучения являются гидроксизамещенные бензофеноны , относящиеся к химическим веществам, используемым в солнцезащитных средствах . ^[4]

Смотрите также

Полиэтиленовый пакет
Деградация полимера
УФ-деградация

использованная литература

^ Берроуз, HD; Canle L, M .; Santaballa, JA; Стинкен, С. (июнь 2002 г.). «Пути реакций и механизмы фотодеградации пестицидов». Журнал фотохимии и фотобиологии B: Биология . 67 (2): 71–108. DOI : 10.1016 / S1011-1344 (02) 00277-4 . hdl : 10316/5187 . PMID 12031810 .
^ Boreen, Anne L .; Арнольд, Уильям А .; Макнил, Кристофер (1 декабря 2003 г.). «Фотодеградация фармацевтических препаратов в водной среде: обзор». Водные науки . 65 (4): 320–341. DOI : 10.1007 / s00027-003-0672-7 .
^ Вальтер Симмлер «Воздух, 6. Фотохимическая деградация» в Энциклопедии промышленной химии Ульмана 2011, Wiley-VCH, Weinheim.
↑ Райнер Вольф, Банси Лал Каул «Пластмассы, добавки» в Энциклопедии промышленной химии Ульмана 2000, Wiley-VCH, Weinheim.

Источники

Castell, СП; Гомес-Л, МДж; Миранда, Массачусетс; Морера, И. М. (2008), "фотолитическая деградация Ибупрофна токсичность , выделенные на фотопродукты фибробластов и эритроцитах.", Фотохимия и фотобиология , 46 (6): 991-96, DOI : 10.1111 / j.1751-1097.1987.tb04882.x , PMID 3438349
Salgado, R; Перейра, VJ; Карвалью, G; Soeiro, R; Гаффни, В. Алмейда, К; Вале Кардосо, V; Феррейра, Э; Бенолиэль, MJ; Ternes, TA; Oehmen, A; Рейс, МАМ; Норонья, JP (2013), «фотодеградация кинетика и продукты преобразования кетопрофен, диклофенак и атенолола в чистой воде и очищенные сточные воды», журнал опасных материалов , 244-245: 516-52, DOI : 10.1016 / j.jhazmat.2012.10. 039 , PMID 23177274
Болтрес, Беттин, «Когда стекло встречается с фармацевтикой», ECV Editio Cantor, 2015, ISBN 978-3-87193-432-2

[burrows-1] Берроуз, HD; Canle L, M .; Santaballa, JA; Стинкен, С. (июнь 2002 г.). «Пути реакций и механизмы фотодеградации пестицидов». Журнал фотохимии и фотобиологии B: Биология . 67 (2): 71–108. DOI : 10.1016 / S1011-1344 (02) 00277-4 . hdl : 10316/5187 . PMID 12031810 .

[boreen-2] Boreen, Anne L .; Арнольд, Уильям А .; Макнил, Кристофер (1 декабря 2003 г.). «Фотодеградация фармацевтических препаратов в водной среде: обзор». Водные науки . 65 (4): 320–341. DOI : 10.1007 / s00027-003-0672-7 .

[Simmler-3] Вальтер Симмлер «Воздух, 6. Фотохимическая деградация» в Энциклопедии промышленной химии Ульмана 2011, Wiley-VCH, Weinheim.

[Wolf-4] Райнер Вольф, Банси Лал Каул «Пластмассы, добавки» в Энциклопедии промышленной химии Ульмана 2000, Wiley-VCH, Weinheim.

[1]