البوليمرات و ( العوامل الجوية )

البوليمرات و ( العوامل الجوية )

شيخوخة المواد البوليمرية الطبيعية والاصطناعية هي ظاهرة طبيعية في المعادن ، الزجاج ، المعادن وغيرها من غير العضوية المواد. المعلمات البيئية الرئيسية التي تؤثر على تدهور البوليمر المواد يتم الجمع بين النهار مع تأثيرات درجة الحرارة ، الرطوبة و الأكسجين . هذه بمثابة المعالم الرئيسية للإجهاد في الهواء الطلق الجوي
مكونات دورات الطقس المسؤولة عن تدهور معظم المواد هي الإشعاع غير المؤين ، ودرجة حرارة الجو والرطوبة في أشكاله المختلفة. هذا، جنبا إلى جنب مع آثار الرياح والغازات في الغلاف الجوي و الملوثات . على الرغم من أن الأشعة فوق البنفسجية (UV) جزء من الإشعاع الشمسي هي المسؤولة أساسا عن بدء الآثار الجوية، الأجزاء المرئية والقريبة من الأشعة تحت الحمراء يمكن أن يسهم أيضا في عمليات التجوية. المواد الملونة عرضة لل الإشعاع المرئي ، و الأشعة تحت الحمراء القريبة من الإشعاع يمكن تسريع التفاعلات الكيميائية عن طريق رفع درجة الحرارة المادية. العوامل الأخرى تعمل بالتآزر مع الإشعاع الشمسي على التأثير بشكل كبير من عمليات التجوية. جميع العوامل الجوية، بما في ذلك نوعية وكمية ضوء الشمس ، تختلف مع الموقع الجغرافي، والوقت من اليوم والسنة، والظروف climatalogical. ولكي نفهم تماما وتوقع تأثير الطقس على المواد، والبيانات المطلوبة على كل العوامل التي قد تسهم في تدهور.
الإشعاع الشمسي
وبدأت التغيرات الجسدية الناتجة عن التعرض للبيئة من قبل الرابطة الكيميائية كسر ردود الفعل الناجمة عن ضوء استيعابها ، سواء من خلال العمليات المباشرة أو غير المباشرة. كسر السندات الكيميائية هو شرط أساسي لأي تفاعل كيميائي، والتفاعلات الكيميائية هي شرط أساسي لملاحظتها أو التغيرات الجسدية قابلة للقياس. العوامل الجوية الأخرى تعزيز أساسا التجوية من خلال تأثيرها على التفاعلات الثانوية التي تتبع كسر السندات. هو سبب تدهور معظم المواد المعرضة لظروف خارجية أساسا من تدهور الأشعة فوق البنفسجية - الجزء الأشعة فوق البنفسجية من الطاقة الشمسية ، مع أقصر الأطوال الموجية في كثير من الأحيان وجود أكبر الأثر. لذلك، والاختلافات في كل من كمية ونوعية الأشعة فوق البنفسجية في كل من شعاع الشمسي المباشر و الأشعة السماء منتشر من العوامل الهامة في تصميم وتقييم اختبارات التجوية.
درجة الحرارة
درجة حرارة المواد المعرضة لأشعة الشمس لها تأثير ذات الصلة على تأثير الإشعاع. وتسارع الآثار المدمرة للضوء عادة في درجات حرارة مرتفعة نتيجة لزيادة معدل التفاعلات الثانوية، مع معدلات التفاعل حول مضاعفة مع كل 10 درجة مئوية ترتفع. هذا قد لا يكون صحيحا لجميع المواد ولكن كثيرا ما وجدت مع البوليمرات. في درجات حرارة عالية الجزيئات لها قدر أكبر من الحركة. ولذلك، فإن معدل انتشار الأوكسجين الزيادات و الجذور الحرة شظايا شكلت في الابتدائية العمليات الكيميائية الضوئية يتم فصل بسهولة أكبر. وهكذا، وفرصة ل إعادة التركيب يتم تخفيض ويتم الترويج التفاعلات الثانوية. ردود فعل قد يستغرق مكان عند ارتفاع درجات الحرارة التي تحدث بمعدل منخفض جدا أو لا على الاطلاق في درجات حرارة منخفضة.
في وجود ضوء الشمس و درجة حرارة سطح الأرض كائن عادة ما يكون أعلى بكثير من درجة حرارة الهواء. الامتصاصية الشمسية يرتبط ارتباطا وثيقا اللون، متفاوتة من نحو 20٪ للمواد البيضاء إلى 90٪ للمواد السوداء. وبالتالي عينات من ألوان مختلفة سوف تصل إلى درجات حرارة مختلفة على التعرض. لأن الموصلية الحرارية و الحرارة قدرة المواد البوليمرية منخفضة عموما، ويمكن الحصول على درجات حرارة أعلى من ذلك بكثير على السطح مما كانت عليه في معظم المواد. لذلك، فإن كلا من درجة حرارة سطح من العينات، أنتجت إلى حد كبير عن طريق امتصاص الأشعة تحت الحمراء الذي يختلف حسب اللون المادي، والمحيط درجة حرارة الجو وتقلباته خلال التعرض لا تلعب دورا في ذلك.
تحدث تغيرات نهاري والموسمية في الإشعاع الشمسي. درجة الحرارة وركوب الدراجات يمكن أن يسبب إجهاد ، لا سيما في الأنظمة المركبة التي تتكون من مواد مختلفة على نطاق واسع مع معاملات درجة الحرارة من التوسع. كما ترتبط درجة الحرارة ودورات عن كثب مع المياه في جميع أشكاله. قطرات في درجة الحرارة يمكن أن يسبب الماء لتتكثف على المواد والندى، وارتفاع في درجات الحرارة يسبب تبخر ، والمفاجئ الأمطار يمكن أن يسبب الإجهاد الحراري .
الرطوبة
الرطوبة يمكن أن تأخذ شكل من الرطوبة ، الندى ، المطر ، الثلج ، الصقيع أو البرد ، اعتمادا على درجة الحرارة المحيطة. الرطوبة، بالاشتراك مع الإشعاع الشمسي، ويسهم بشكل كبير في التجوية من العديد من المواد. ويعود ذلك إلى الضغوط الميكانيكية التي فرضت عندما يمتص الرطوبة أو المستوعبة ومشاركة الكيميائية الرطوبة في تطور الكيميائي (وفي بعض الحالات الآثار الجسدية مثل الأثر) هذا. في غضون الزمنية التي يحدث هطول الأمطار وتواتر البلل أكثر أهمية في التجوية المواد من المبلغ الإجمالي لهطول الأمطار. الضغوط الميكانيكية الناجمة عن تجميد / الذوبان ركوب الدراجات يمكن أن يسبب الفشل الهيكلية في بعض الأنظمة، أو تسريع تدهور بدأت بالفعل.
تشارك الرطوبة على حد سواء فيزيائيا وكيميائيا في التدهور. امتصاص الماء من المواد الاصطناعية والطلاء من الرطوبة والبلل المباشر هو عملية نشر تسيطر عليها. هذا الماء من الطبقات السطحية ينتج توسع حجم الذي يضع الضغط الميكانيكي على الطبقات تحت السطحية الجافة. والتجفيف التالية من الفترة يدل على الامتزاز من الماء. إن جفاف الطبقات السطحية يؤدي إلى تقلص حجم؛ الطبقات الداخلية رطب تقاوم هذا الانكماش، مما يؤدي إلى السطح الإجهاد تكسير. هذا التذبذب بين الدول رطب والمجففة قد يؤدي إلى كسور الإجهاد . بسبب نشر الأسعار في المواد العضوية، قد تستغرق أسابيع أو أشهر للتوصل إلى توازن الرطوبة .
يمكن رؤية آثار كيميائية الرطوبة في رسمه من ثاني أكسيد التيتانيوم (تيو 2) الطلاء مصطبغة والبوليمرات. و التيتانيوم Anatase النموذج حساسة بشكل خاص لموجات أقل من نحو 405 نانومتر بينما الروتيل تمتص أشكال الطاقة سبق أن الطول الموجي. التبيض النتائج من تدهور المواد الملزمة مما أدى إلى الإفراج عن جزيئات الصباغ تيو 2. هذه الجسيمات تشكل طبقة مملة على السطح والتي يمكن محوها. وتبين التجربة أن رسمه هو الأقوى حيث المزيد من المياه متاح على السطح؛ قليل من دون رسمه يحدث في الأجواء الجافة. تيو 2 هو أشباه الموصلات حيث التحولات الإلكترون من عصابة التكافؤ إلى نطاق التوصيل تنتج عن امتصاص الضوء بأطوال موجية في نطاق الأشعة فوق البنفسجية القريب، أقل من 400 نانومتر. تسبب الأشعة فوق البنفسجية أزواج الإلكترونات حفرة ليتم إنشاؤه في شعرية تيو 2. هذه تتفاعل مع مجموعة هيدروكسيد على السطح وتي 4+ الأيونات. الهيدروكسيل و perhydroxyl تتشكل الجذور من خلال تحويل الأوكسجين و جزيء الماء حيث تستأنف سطح تيو 2 مرة أخرى على شكل الأولي وبمثابة حافز لاستمرار النشاط، وبالتالي تكرار دورة رسمه. هيدروكسيد وperhydroxyl راديكالية ثم تسبب التحلل الأكسدة من الموثق مع إطلاق سراحه من تيو 2 الجسيمات.
الأكسجين في الغلاف الجوي
Photooxidation حسابات لمعظم حالات الفشل البوليمر التي تحدث أثناء التعرض في الهواء الطلق. ينتج من آثار الإشعاع الشمسي في تركيبة مع الأكسجين. الأكسجين يمكن أن تعزز تدهور في عدة طرق. الجذور الحرة، التي تشكلت نتيجة للانشقاق من الروابط الكيميائية عن طريق الإشعاع الشمسي، تتفاعل مع الأكسجين لتكوين البيروكسي الجذور التي تبدأ سلسلة من سلسلة من ردود الفعل المتطرفة. تأثير المدمر للإشعاع متعددة تضاعفت عن طريق الإكثار من الكسر السندات وتشكيل hydroperoxides التي تزيد من امتصاص الأشعة فوق البنفسجية الشمسية. نتائج هذا الأثر التعاقبي في صناعة السيارات في تسريع عملية التجوية، وقد تكون مسؤولة جزئيا عن غير الخطي العامة للاستجابة التجوية إلى التعرض اشعاعا .
بالإضافة إلى ردود فعل من الأكسجين في الحالة الأرضية العادية، وبعض ردود الفعل من الاوكسجين هي نتيجة لمتحمس الدولة القميص ، وهو شكل رد الفعل للغاية للجزيء. الأوكسجين القميص هو المسؤول عن التدهور السريع للمواد، ولا سيما مع مترافق التشبع مثل هذا كما المطاط الطبيعي و اللدائن الاصطناعية . تتشكل عندما الثلاثي الأكسجين ، ودولة أرض الواقع العادية، يتفاعل مع محسسات، مثل بعض الأصباغ و الكيتونات ، ولع الإشعاع إلى الدول الثلاثي بهم. الأكسجين أيضا يزيد من كمية الأشعة الشمسية التي تمتصها مترافق الهيدروكربونات غير المشبعة من خلال تشكيل مجمع مع هذه المواد.
مدى التفاعلات الكيميائية الضوئية التي تنطوي على الأكسجين تختلف في الطبقات الداخلية والخارجية على حد سواء العطرية و البوليمرات دهنية بسبب اعتمادهم على نشر الأكسجين من خلال البوليمر. يتم تقليل Photooxidation بشكل كبير على أعماق أبعد التي تخترق الأكسجين. دراسات لمحات تدهور البولي اثيلين منخفض الكثافة (LDPE)، البولى (PMMA) و البولي فينيل تظهر (PVC) والتي photooxidation العالي في الأمام والخلف الأسطح مما كانت عليه في معظم الداخلية للمادة. لأنه لم يتم امتصاصها الأشعة فوق البنفسجية بقوة هذه المواد، ويتم نقل كمية كبيرة من الحادث الإشعاع على السطح الأمامي إلى السطح الخلفي حيث يبدأ photooxidation.
العوامل الثانوية الجوية
الأوزون التي تنتجها الطول الموجي القصير (110 نانومتر - 220 نانومتر) الأشعة فوق البنفسجية التحلل الضوئي الأكسجين في الغلاف الجوي العلوي . التفاعل الضوئي الكيميائي من أكاسيد النيتروجين و الهيدروكربونات من عوادم السيارات هو مصدر آخر. الأوزون يلعب دورا مزدوجا في التجوية. طبقة تركيزا في الغلاف الجوي العلوي تمتص قصيرة الطول الموجي (نانومتر ≤300) الأشعة فوق البنفسجية المنبعثة من الشمس، وبالتالي تلعب دورا حاسما في حماية الكائنات البرية من هذا الإشعاع الشعاعي . الأوزون هو أيضا قوية للأكسدة وذكرت للرد بسرعة مع اللدائن وغيرها من غير المشبعة البوليمرات . Ozonolysis ينتج عادة في تشنج وتكسير، لا سيما في ظل إجهاد ميكانيكي. ومع ذلك، فإن مساهمة ردود الفعل ozonolysis لعملية photooxidation العامة لا تزال خاضعة للجدل.
ملوثات الغلاف الجوي (على سبيل المثال، ثاني أكسيد الكبريت ، وأكاسيد النيتروجين والهيدروكربونات، وما إلى ذلك)، بالاشتراك مع الإشعاع الشمسي، ويمكن أيضا أن يكون مسؤولا عن الضرر الشديد. قد يكون الحمضي القاعدي التغيرات الكيميائية الناجمة عن مسؤول أيضا عن الكثير من الأضرار التي يسببها التلوث. غير المشبعة ألكيل و العطرية المركبات قد تكون بمثابة محفزات في photooxidation البوليمرات. في وجود ثاني أكسيد الكبريت والأكسجين، والأشعة فوق البنفسجية يسبب يشابك من البولي ايثيلين و البولي بروبيلين وهو المسؤول عن فقدان سريع للون الطلاء في المصطبغة.
الرطوبة، بالاشتراك مع درجة الحرارة، ويمكن أيضا تعزيز النمو الميكروبي . العفن ، والعفن وغيرها من العوامل الجرثومية والنباتية قد تلعب دورا كبيرا في تدهور المادي ، وخاصة في المناخات المدارية وشبه المدارية، على الرغم من أنها قد لا تكون يعتقد عموما من العوامل مثل الجوية.