האם פוליקרבונט יתחלף לצהוב בגלל חשיפה ל-UV? טיפים למניעה

למה חשיפה ל-UV גורמת להתחוללות פוליקרבונט

התדרדרות פוטוכימית: איך קרינת UV מפרקת את הקשרים בפוליקרבונט

כשקרינת אולטרה סגול פוגעת בחומרי פוליקרבונט, במיוחד באורכי גל מתחת ל-320 ננומטר, היא מתחילה לפרק את החומר ברמה מולקולרית. מה שקורה לאחר מכן הוא למעשה מרתק למדי – האור ה-UV מפרק את הקשרים הקוולנטיים שעוברים לאורך הגב של הפולימר. הקשרים השבורים יוצרים רדיקלים חופשיים שמאוד אוהבים להגיב עם חמצן באוויר, ומייצרים תהליך שמדענים מכנים פוטו-חמצון. ככל שהתגובה הכימית נמשכת, היא חותכת למעשה את השרשראות המולקולריות הארכות בפלסטיק. תהליך זה יכול להפחית את חוזק המשיכה של החומר עד שבעים אחוז בדפים ללא הגנה. וקיים סימן נוסף המעיד על תחילת התהליך. נוצרים סדקים מיקרוסקופיים על פני השטח, המפזרים את האור לכל הכיוונים. רוב האנשים מבחינים בכך תחילה כתפיחות בפלסטיק שלהם. לפי מחקר של מכון הפלסטיקים שפורסם בשנה שעברה, התפיחות מסמנות את שלב ההתחלה של התדרדרות החומר.

תפקידם של חמצון ויצירת כרומופורים בהתרוקנות צהובה גלויה

כשחומרים מתחילים להתחמצן, שרשרות הפולימר שהתפרקו מסודרות מחדש למה שנקרא מערכות של קשרים כפולים צמודים. כאשר קטעי השרשרת הללו מגיעים לאורך של unassembled 7 או 8 קשרים, מתרחש משהו מעניין – הם הופכים לקבוצות צבע. למבנים המולקולריים המיוחדים האלה יש את היכולת לספוג אורכי גל של אור נראה. בין כל הסוגים השונים, קבוצות קרבוניל (המבנים C=O) בולטות במיוחד ביכולת זו. הן פועלות על ידי ספיגת אור כחול באיזור 450 ננומטר באמצעות המעברים האלקטרוניים מה-n ל-pi saar, מה שגורם לדברים להיראות צהובים יותר مما שהם באמת. מרבית האנשים חושבים שהבהמה נובעת מאיסוף חומרים זיהום או נזק מחום, אך למעשה זהו בעיקרו של דבר אפקט הקבוצות הצבע. מה עוד יותר מדאיג הוא קצב המהיר שבו מתקדם התהליך הזה. לאחר 18 חודשים בלבד של חשיפה ישירה לקרינת UV, חומרים מציגים בדרך כלל לא רק בהמה אלא גם סדקים בשטח והפסדת גמישות, בהתאם למחקר שהתפרסם לאחרונה בכתב העת 'Polymer Degradation Studies' בשנה שעברה.

סדר התדרדרות המפתח :

1. פוטונים של UV קוטעים שרשרות פולימריות → היווצרות שורשים חופשיים
2. שורשים חופשיים + חמצן → הידרופראוקסידים וקבוצות קרבוניל
3. تراكم קבוצות קרבוניל → היווצרות כרומופורים
4. הכרומופורים בולעים אור כחול → תחושת התחלבות

הגנה מפני UV היא חובה מוחלטת לביצועים ארוכי טווח של פוליקרבונט

איך ציפויים ומייצבנים החוסמים UV שומרים על בהירות וחוזק

שכבות חיפוי מיוחדות ומייצבים עוצרים את פירוק החומרים על ידי לכידת קרני UV מזיקות לפני שהן מגיעות למבנה הפולימרי העצמי. כאשר יצרנים מיישמים שכבת הגנה זו באמצעות טכניקות של שזירה משותפת, הם משקעים בתוכה חומרים שסופגים אנרגיית UV והופכים אותה לחום בטוח באמצעות תהליכים מולקולריים. קיים רכיב נוסף הנקרא HALS (מייצבי אור אמינים מעוכבים) שמפעילה שונה אך חשוב באותה מידה. תרכובות אלו נלחמות בנגד חמצון על ידי איסוף הרדיקלים החופשיים המטרדים ופירוק הידרופרוקסידים המזיקים. יחדיו, צמד זה שומר על מראה טוב ועל ביצועים מיטביים של רוב המוצרים במשך שנים בחוץ. מבחנים מראים כי כ-90% מהחוזק והשקיפות המקוריים נשארים שלמים גם לאחר חשיפה ממושכת לשמש. עובדה זו הופכת את הטיפולים ההגנתיים האלה להכרחיים לחלוטין עבור מוצרים כגון חלונות בבניינים או מחסומים לבטיחות, שבהם חשוב מאוד גם ראייה ברורה וגם מבנה חזק.

נתוני תוחלת חיים במציאות: גליונות מוכסים לעומת לא מוכסים בסביבות קשות

כאשר בוחנים את הביצועים של פוליקרבונט בסביבות אמיתיות כמו מדברים ואזורים חופיים, ברור מדוע הגנה מפני קרינה על-סגול היא כה חשובה. פוליקרבונט סטנדרטי ללא כל ציפוי נוטה להפוך לצהוב די מהר ואיבוד כמחצית מכוח המImpact תוך שנתיים כאשר הוא נחשף לשמש חזקה. זהו בעיה חמורה לכל מי שמסתמך על חומרים אלו בחוץ. לעומת זאת, לוחות שטופלו במתכוני יציבות מפני קרינה שומרים על שקיפות כמעט מוחלטת, עם פחות מ-3% עננות גם לאחר עשור בחוץ. הם שומרים גם על רוב הכוח המקורי שלהם, ושומרים על כ-85% או יותר ממה שהיה להם כשהיו חדשים. אורך חיים שכזה גורם להפחתה בכלליות בהוצאות החילוף ולפחות תקלות לא צפויות. עבור מפעילי חממות, זה חשוב מכיוון שלוחות שהפכו לצהוב חוסמים את האור שצמחים צריכים כדי לגדול. גם ארכיטקטים מתחשבים בכך, שכן קשתות שבירות יוצרות סיכונים לביטחון במהלך סופות או גשמים כבדים. כל מבחני השטח מצביעים על עובדה פשוטה אחת: הגנה מפני UV אינה רק תוספת שאפשר להוסיף מאוחר יותר. היא חייבת להיות חלק מהמخطط כבר מהיום הראשון אם אנו רוצים שהמבנים שלנו בחוץ יחזיקו לאורך זמן.

שיטות הגנה מוכחות מפני קרינה אולטרה סגול ליישומים של פוליקרבונט

שכבות עמידות בפני קרינה אולטרה סגול בשילוב ודחיסה ואמינותן התעשייתית

בתהליך הגלילה המשולבת, יצרנים יוצרים שכבת ספיגת UV קבועה בתוך גיליון הפוליקרבונט כבר במהלך הייצור. השכבה הזו נקשרת ברמה מולקולרית עם החומר הבסיסי עצמו. מה גורם לה להיות שונה משכבות סיכה רגילות שמופעלות לאחר הייצור? ובכן, כמעט ואין סיכוי שהיא תתקלף עם הזמן, ואין כלל צורך בתרגולים של תחזוקה מתמשכת. השכבה המיוחדת פועלת כמו מסנן, חוסמת קרני UV-A ו-UV-B מזיקות, אך מעבירה את רוב האור הנראה שאנו רואים. מבחני מעבדה בהאצת תנאי זקנה מצאו כי גיליונות מפוליקרבונט שמיוצרים בתהליך זה עמידים כשלוש פעמים יותר מאשר גיליונות רגילים ללא שכבת הגנה. וניסיון בשטח מראה כי הם נשארים שקופים וחסונים למעלה מ-15 שנה במתקנים אמיתיים. לכן, כל כך הרבה חממות, מבנים מסחריים עם פתחי אור, וקליפות ציוד לשימוש בחוץ סומכים על טכנולוגיה זו כשנדרש להם פתרון שיוכל לעמוד במשך שנים של חשיפה ללא כשל.

בחירת חומרים מוספים: HALS לעומת בולעים אורכי UV מסוג בנזוטריאזול — מתי להשתמש בכל אחד

מהנדסי חומרים בוחרים במקבעי UV בהתאם למתחים ספציפיים ליישום:

• חומר מקבע אור מסוג Hindered Amine Light Stabilizers (HALS) Sobim בסביבות בעלות חום ו-UV גבוהים (למשל, מדבריות או אזורי חוף), בהן האנרגיה התרמית מגבירה ייצור של רדיקלים חופשיים. HALS פועלים בעיקר כקולטי רדיקלים וכמפרקי פרוקסידים – ולא כבולעי UV – מה שהופך אותם אידיאליים לחשיפה חיצונית ממושכת.
• בולעי UV מסוג בנזוטריאזול , להבדיל, פועלים כתרכובות 'קרם הגנה' שסופגות קרינת UV בטווח 290–400 ננומטר, ומציעות הגנה ברת עלות ליישומים משולבים של פנים-חוץ, כגון שבילים מוצפים או קירות חוץ בחצי צל.

שילוב של שני המוספים יוצר ביצועים סינרגיים: HALS מאריך את אורך החיים הפונקציונלי של בנזוטריאזולים ב-40% בהבעה אינטנסיבית לשמש (מחקר גילנות פולימרים, 2023). להתקנות קריטיות וקבועות, פוליקרבונט שטופל בשני מוספים ומיוצר בשכבות, מספק את הרמה הגבוהה ביותר של ביטחון בביצועים אופטיים ומיכניים לאורך זמן.

שאלות נפוצות

מה גורם לاصדרור בחומרי פוליקרבונט?

اصדרור בפוליקרבונט נגרם בעיקר על ידי היווצרות של כרומופורים במהלך חמצון של שרשראות הפולימר, שסופגים אור נראה ומייצרים מראה צהוב.

איך שכבת חיפוי חוסמת קרינה על-סגולה מגינה על פוליקרבונט?

שכבת חיפוי חוסמת קרינה על-סגולה עוצרת קרני UV מלהגיע למבנה הפולימרי, ומונעת התדרדרות על ידי המרת אנרגיית UV לחום בטוח, וכן מונעת היווצרות של רדיקלים חופשיים.

האם ניתן למנוע לחלוטין חשיפה לקרינת UV ביישומים של פוליקרבונט?

למרות שמניעת חשיפה מלאה לקרינת UV היא אתגר, שימוש בשכבות עמידות ב-UV בשילוב עם מיצבים יכול להאריך משמעותית את חיי החומרים ולשמור על בהירותם.

למה משתמשים ב-HALS ובבנזוטריאזול בשילוב להגנה מפני קרינת UV?

שילוב של HALS ובנזוטריאזול מספק הגנה סינרגטית; HALS נוקב ברדיקלים חופשיים, בעוד ש벤זוטריאזול בולע קרינת UV, מהמשפר את הביצועים לאורך זמן.