Фотодеградация — это изменение материалов под воздействием света. Обычно этот термин используется в широком смысле для обозначения совместного действия солнечного света и воздуха , которые вызывают окисление и гидролиз . Часто фотодеградации намеренно избегают, поскольку она разрушает картины и другие артефакты. Однако она частично отвечает за реминерализацию биомассы и намеренно используется в некоторых технологиях дезинфекции. Фотодеградация не относится к тому, как материалы могут стареть или деградировать под воздействием инфракрасного света или тепла, но включает деградацию во всех диапазонах волн ультрафиолетового света.
Защита продуктов питания от фотодеградации очень важна. Например, некоторые питательные вещества подвергаются деградации под воздействием солнечного света. В случае пива УФ -излучение вызывает процесс, который влечет за собой деградацию горьких соединений хмеля до 3-метил-2-бутен-1-тиола и, следовательно, изменяет вкус. Поскольку янтарное стекло обладает способностью поглощать УФ-излучение, пивные бутылки часто изготавливают из такого стекла, чтобы предотвратить этот процесс.
Органические краски, чернила и красители более подвержены фотодеградации, чем неорганические. Керамика почти всегда окрашена материалами неорганического происхождения, чтобы материал мог противостоять фотодеградации даже в самых суровых условиях, сохраняя свой цвет.
Фотодеградация пестицидов представляет большой интерес из-за масштабов сельского хозяйства и интенсивного использования химикатов. Однако пестициды отбираются отчасти так, чтобы они не подвергались быстрой фотодеградации на солнечном свете, чтобы позволить им проявить свою биоцидную активность. Таким образом, внедряются дополнительные методы для усиления их фотодеградации, включая использование фотосенсибилизаторов, фотокатализаторов (например, диоксида титана ) и добавление реагентов, таких как перекись водорода , которые генерируют гидроксильные радикалы, которые атакуют пестициды. [1]
Фотодеградация фармацевтических препаратов представляет интерес, поскольку они встречаются во многих источниках воды. Они оказывают пагубное воздействие на водные организмы, включая токсичность, эндокринные нарушения, генетические повреждения. [2] Но также в первичном упаковочном материале необходимо предотвратить фотодеградацию фармацевтических препаратов. 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 УФ-излучения, чтобы избежать деградации.
Обычные синтетические полимеры, которые могут быть атакованы, включают полипропилен и ПЭНП , 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, производя карбонильные группы в основной цепи. Открытые поверхности продуктов могут затем обесцветиться и потрескаться, а в крайних случаях может произойти полный распад продукта.
В волокнистых изделиях, таких как веревка, используемых на открытом воздухе, срок службы продукта будет низким, поскольку внешние волокна будут подвергаться воздействию в первую очередь и легко повреждаются, например , истиранием . Также может произойти изменение цвета веревки, что дает раннее предупреждение о проблеме.
Полимеры, которые обладают поглощающими УФ-излучение группами, такими как ароматические кольца , также могут быть чувствительны к УФ-деградации. Арамидные волокна, такие как кевлар , например, очень чувствительны к УФ-излучению и должны быть защищены от пагубного воздействия солнечного света.
Многие органические химикаты термодинамически нестабильны в присутствии кислорода; однако, их скорость спонтанного окисления медленна при комнатной температуре. На языке 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 , высокореакционную форму газа, которая осуществляет спин-разрешенные окисления. В атмосфере органические соединения разлагаются гидроксильными радикалами , которые производятся из воды и озона. [3]
Фотохимические реакции инициируются поглощением фотона, как правило, 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 ) . Возбужденное состояние представляет собой то, что по сути является новой молекулой. Часто молекулы в возбужденном состоянии не являются кинетически стабильными в присутствии O 2 или H 2 O и могут спонтанно распадаться ( окисляться или гидролизоваться ). Иногда молекулы распадаются с образованием высокоэнергетических, нестабильных фрагментов, которые могут реагировать с другими молекулами вокруг них. Эти два процесса вместе называются прямым фотолизом или косвенным фотолизом , и оба механизма способствуют удалению загрязняющих веществ.
Федеральный стандарт США по испытанию пластика на фотодеградацию — 40 CFR Ch. I (издание 7–1–03), ЧАСТЬ 238.
Фотодеградацию пластика и других материалов можно замедлить с помощью полимерных стабилизаторов , которые широко используются. К таким добавкам относятся антиоксиданты , которые прерывают процессы деградации. Типичные антиоксиданты — производные анилина . Другой тип добавок — поглотители УФ-излучения. Эти агенты улавливают фотон и преобразуют его в тепло. Типичные поглотители УФ-излучения — гидроксизамещенные бензофеноны , родственные химикатам, используемым в солнцезащитных кремах . [4] Восстановление пожелтевшего пластика старых игрушек [5] называют ретроярким .