若何应对UV对质料的降解？led轨道灯采购

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若何应对UV对质料的降解

2022-04-09    

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　　前言

　　今年led行业最热门的词估量是UV紫外线杀菌了，前几天晶科电子陈海英博士做客《极智课堂》讲述了紫外线消毒历史与机理研究，许多小同伴发来信息说UV紫外是很好，但它对多种质料有一定损害，希望我们能讲一讲怎么应对“紫外线加速质料老化”这个课题，晶科电子陈博士率领研发产物小分队经由一系列研究及查阅了多方面的资料，从质料的原理及降解机理等方面来解说若何预防或减轻紫外线对质料的降解问题。

　　紫外线的靠山知识

　　谈到紫外，我们先说下紫外线的靠山知识。紫外线(UV)相对于可见光，光子能量更高，高能量光子可能对部门质料引起降解，发生物理或化学的转变，(这个就是物品耐久放在太阳底下晒很快就会老化，剖析的原理)。其中波长为200至280 nm的紫外线辐射的子类UVC并不存在于地面的阳光中，由于低于～300 nm的波长光会被大气中的臭氧层所吸收，以是一直以来有关UV-C降解质料的果然研究数据很少。随着UVC的杀菌消毒效果被普遍认知，越来越多的产物会设计使用UVC作为消毒方案，这时刻就需要我们领会包罗高能紫外线UV-C光子在内的质料降解原理，并在做产物材质设计时将紫外降解的影响思量在内以延伸产物的使用寿命。

　　紫外线对三大类质料降解的原理

　　1. 金属

　　金属的特征在于金属键合，金属键合由排列成周期性晶格结构的慎密聚积的原子组成，所有原子共享一个离域电子“云”。由于金属具有高度可移动的电子，金属是电和热的良导体，而且容易滋扰电磁辐射，例如光和无线电波。这注释了为什么金属不透明而反射一定水平的光，这是由于可以行使自由电子吸收光子能量，而不会履历能量跃迁或键解离，以是金属险些完全不受紫外线的影响。

　　2. 陶瓷

　　陶瓷质料通过离子键合形成，周期性结构排列的晶格包罗带正电和带负电的离子。大多数陶瓷是金属氧化物，少部门陶瓷是具有强共价键的氮化物，硼化物和碳化物。与金属相反，陶瓷离子具有慎密连系的电子，因此它们具有高键合强度，可以蒙受极端温度，通常具有极高的化学惰性而且是优越的电绝缘体。这种高的键合强度和化学惰性使陶瓷完全不受紫外线照射的影响。

　　3. 石英

　　质料中非晶态二氧化硅(SiO2)是一种显示出离子键合和共价键连系的质料，能够透过UVC，对紫外线行业来说异常主要。石英中紫外线吸收的主要机理与其中的杂质和缺陷有关。杂质好比铁等金属，这些金属原子的电子可以被提升到更高的能级或从原子中释放出来，因此可用于滋扰电磁辐射，形成所谓的“色心”，并随着时间的流逝降低玻璃的紫外线透明度。石英中也存在固有的原子缺陷，例如未键合的硅和氧原子，它们会吸收一定的真空紫外线(VUV)和UV-C。

　　4. 聚合物

　　聚合物包罗多种质料，其特征在于长分子链，分子链缠结和相互毗邻，它们自己显示出共价键，通常含碳身分。共价键是两个或多个原子之间的电子共享，以知足组成原子填充其最外层电子轨道。与金属键相比，电子的共价共享是局部的(即，电子迁徙仅限于最近的键合原子)，因此聚合物险些总是电绝缘体和不良的热导体。与金属和离子键相比，有机身分之间的共价键也相对较弱。因此，大多数聚合物很容易因露出于UV-C而降解。高能光子具有足够的能量，可以将电子提升到更高的能级，从而打断共价键，降解质料。通常具有碳-碳双键的聚合物更容易受到紫外线降解而发生化学转变。

　　综上所述，受紫外线影响最大的是聚合物质料，下面我们来谈谈紫外线损坏聚合物的显示及机理。

　　UV损坏聚合物的显示及机理

　　1. 紫外线是若何损坏聚合物质料的?

　　在聚合物中最基本，最普遍的紫外线损伤机理称为光解断链，即通过高能光子的直接作用将长链断裂成较短的链，从而损坏分子的“骨架”。这种降解险些会导致聚合物强度、延展性的物理性子的劣化，以及诸如颜色的转变， 质地外观的劣化。聚合物的降解还可能将副产物如气体释放到周围环境中造成污染。

细数UVC的应用场景

　　2. 紫外线损坏聚合物的机制是什么?

　　聚合物被紫外线损坏的机制，包罗自由基降解和外面水氧降解。化学键断裂时形成的自由基，这些自由基将与四周的其他可用键发生反映，并导致聚合物分子断裂或降解。紫外线解离的键也易与氧气或水发生反映，通常在外面引起氧化和水解的降解反映。这两种机制会连系并协同作用，最终引起质料的化学和微观结构转变。

　　3.聚合物受紫外线降解的常见显示：

　　1. 户外安装的PVC管的泛黄和“粉化”;

　　2. 露出在阳光下的广告牌和海报颜色的褪色;

　　3. 露出于阳光下的电线绝缘层的粉化和脆化;

　　4. 皮肤晒伤也是聚合物降解的一种，皮肤由聚合物组成，稀奇是胶原卵白的卵白质;

　　5. 紫外线也会引起DNA/RNA的长聚合物分子损伤，这些紫外线引起的DNA/RNA损伤是紫外线消毒的基础。(详情请参照晶科电子民众号：紫外线消毒历史与消毒机理研究)

　　若何预防或减轻紫外线的降解?

　　1. 屏障和涂层

　　屏障紫外线是很好的珍爱方式，好比用薄薄的铝箔或其他不透紫外线的质料举行遮挡，若是不能能举行简朴的屏障，则可以选择使用吸收或反射紫外线的涂层，这种吸收或反射作用的添加剂普遍使用于涂料当中。好比一些包罗金属颗粒的涂料是异常有用的紫外线屏障，户外使用的高性能涂料通常包罗聚偏二氟乙烯(PVDF)，对保光性和保色性有很好的作用。通过在聚合物外面上涂覆紫外线稳固涂层，可以很好的起到防止紫外线对质料的损坏作用。

　　2. 选择抗紫外线的聚合物质料

　　某些特定的聚合物质料具有更强的抵制紫外线的功效。由于C = C双键稀奇容易受到紫外线光解的影响，那我们可以选择更少含量C = C双键的聚合物质料，好比聚烯烃(聚乙烯)、含氟聚合物好比是聚四氟乙烯(PTFE)，氟化乙烯-丙烯(FEP)和聚偏二氟乙烯(PVDF)都是很好的选择。这些含有碳氟键的聚合物拥有精彩的性能，例如高温稳固性，高介电强度和极高的化学惰性以及异常好的抗紫外线降解性。因此，PTFE或FEP可以用于紫外灯或紫外装备中的电线绝缘。

　　3. 行使一些能吸收紫外线的添加剂

　　第一种是无机化合物，它险些不受紫外线照射的影响，通过在聚合物质料中添加无机填料来吸收紫外线光子，提高紫外线稳固性，从而削减对聚合物键的损害。用于紫外线稳固的最常见的无机质料是炭黑和氧化物陶瓷，包罗氧化铝或二氧化钛，这种填料还具有耐磨性等优点，但瑕玷也是相当显著，就是他们会改变聚合物的物理性子及其颜色，以是需要权衡地使用。

　　第二种是有机添加剂，包罗抗氧化剂，紫外线吸收剂，淬灭剂和自由基祛除剂。这些紫外线添加剂的作用机理如下：

　　a. 紫外线吸收剂——这些分子吸收紫外线，将其转化为热量或以更长的波长发射(荧光)来耗散光子能量。

　　b. 自由基祛除剂——这些分子将优先与由光化学或氧化转变发生的自由基反映来降低自由基损坏聚合物链的几率。

　　c. 有机添加剂和无机添加剂——在实现同样的紫外线稳固性上有机添加剂需要的浓度比无机填料低得多。现实上，这样的添加剂同时尚有助于高温加工性和抗氧化能力，因此无论预期的紫外线照射量若何，通常都市添加它们。然则，有的添加剂价钱昂贵而且会改变某些聚合物的性能和可加工性，也存在污染环境的风险。

　　综上所述，若何预防或减轻紫外线对质料的降解?一是对产物有优越的设计，通过简朴的屏障原理将敏感和要害组件的紫外线露出降至最低;二是选择优越的质料，最好是固有的抗紫外线质料或是添加合适的抗紫外线添加剂来减缓质料降解的速率。

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