Фотодеградация - Photodegradation

Фотодеградация это переделка материалов светом. Обычно термин относится к комбинированному действию Солнечный свет и воздуха. Фотодеградация обычно окисление и гидролиз. Часто фотодеградацию избегают, поскольку она разрушает картины и другие артефакты. Однако он частично отвечает за реминерализацию биомассы и преднамеренно используется в некоторых технологиях дезинфекции. Фотодеградация не распространяется на то, как материалы могут стареть или ухудшаться из-за инфракрасный свет или тепло, но включает деградацию во всех ультрафиолетовый световые диапазоны волн.

Фотографированный полиэтиленовый пакет рядом с пешеходной тропой. Прибл. 2 000 штук от 1 до 25 мм, выдержка 3 месяца на открытом воздухе.

Приложения

Продовольственные товары

Защита пищевых продуктов от фотодеградации очень важна. Например, некоторые питательные вещества подвергаются разложению под воздействием солнечного света. В случае пиво 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 УФ-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 фотодеградации, 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, для усиления их фотодеградации реализуются дополнительные методы, включая использование фотосенсибилизаторов, фотокатализаторов (например, оксид титана ) и добавлением реагентов, таких как пероксид водорода которые будут генерировать гидроксильные радикалы, которые атакуют 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 янтарные очки нравятся Fiolax Янтарь и Corning 51-L обычно используются для защиты фармацевтических препаратов от УФ-излучения. Йод (в виде Раствор Люголя ) и коллоидное серебро повсеместно используются в упаковке, пропускающей очень мало ультрафиолетового излучения во избежание порчи.

Полимеры

Основная статья: Фотоокисление полимеров
Влияние УФ-излучения на полипропилен веревка

Обычные синтетические полимеры, которые можно атаковать, включают: полипропилен и LDPE, куда третичный углерод связи в их цепочечных структурах являются центрами атаки. Ультрафиолетовые лучи взаимодействуют с этими связями, образуя свободные радикалы, которые затем вступают в реакцию с кислород в атмосфере, производя карбонил группы в основной цепочке. Открытые поверхности продуктов могут обесцветиться и потрескаться, а в крайних случаях может произойти полное разрушение продукта.

В волокнистых продуктах, таких как веревка при использовании на открытом воздухе срок службы продукта будет низким, так как внешние волокна будут повреждены первыми и легко повредятся истирание Например. Также может произойти обесцвечивание веревки, что даст раннее предупреждение о проблеме.

Полимеры, которые содержат группы, поглощающие УФ-излучение, такие как ароматические кольца также может быть чувствительным к разрушению под действием УФ-излучения. Арамид волокна как Кевлар, например, 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, высокореакционная форма газа, которая вызывает окисление при разрешении спина. В атмосфере органические соединения разлагаются гидроксильные радикалы, которые производятся 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. Продвигает молекулу из основное состояние для возбужденное состояние ). Возбужденное состояние представляет собой новую молекулу. Часто молекулы в возбужденном состоянии нестабильны кинетически в присутствии O2 или H2O и может самопроизвольно разлагаться (окислять или же гидролизовать ). Иногда молекулы разлагаются с образованием нестабильных фрагментов с высокой энергией, которые могут реагировать с другими молекулами вокруг них. Эти два процесса вместе называются прямым фотолизом или непрямым фотолизом. фотолиз, 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 пластиков и других материалов можно предотвратить с помощью полимерные стабилизаторы, которые широко используются. Эти добавки включают антиоксиданты, которые прерывают процессы деградации. Типичные антиоксиданты являются производными анилин. Другой тип добавок - поглотители УФ-излучения. Эти агенты захватывают фотон и превращают его в тепло. Типичные поглотители УФ-излучения - гидроксизамещенные. бензофеноны, связанных с химическими веществами, используемыми в солнцезащитный крем.[4]

Смотрите также: Биоразлагаемый пластик

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Burrows, H.D .; Canle L, M .; Santaballa, J.A .; Стинкен, С. (июнь 2002 г.). «Пути реакции и механизмы фотодеградации пестицидов». Журнал фотохимии и фотобиологии B: Биология. 67 (2): 71–108. Дои:10.1016 / S1011-1344 (02) 00277-4. HDL:10316/5187. PMID  12031810.
  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. Дои:10.1007 / s00027-003-0672-7.
  3. ^ Вальтер Симмлер «Воздух, 6. Фотохимическая деградация» в Энциклопедии промышленной химии Ульмана 2011, Wiley-VCH, Weinheim.
  4. ^ Райнер Вольф, Банси Лал Каул «Пластмассы, добавки» в Энциклопедии промышленной химии Ульманна 2000, Wiley-VCH, Weinheim.

Источники

  • Castell, СП; Gomez-L, MJ; Миранда, Массачусетс; Морера, И.М. (2008), "Фотолитическая деградация ибупрофена. Токсичность изолированных фотопродуктов на фибробласты и эритроциты", Фотохимия и фотобиология, 46 (6): 991–96, Дои:10.1111 / j.1751-1097.1987.tb04882.x, PMID  3438349
  • Сальгадо, Р; Перейра, VJ; Карвалью, G; Soeiro, R; Гаффни, V; Алмейда, К; Вале Кардосо, V; Феррейра, Э; Бенолиэль, MJ; Ternes, TA; Oehmen, A; Рейс, МАМ; Noronha, JP (2013), «Кинетика фотодеградации и продукты трансформации кетопрофена, диклофенака и атенолола в чистой воде и очищенных сточных водах», Журнал опасных материалов, 244-245: 516–52, Дои: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