Los rayos UV y su efecto en los plásticos: una visión general
De la misma manera que nuestra piel podría sufrir daños al entrar en contacto con los rayos ultravioleta (UV) dañinos (por ejemplo, el sol), el plástico también puede verse afectado. Para los ingenieros, significa que los proyectos que requieren el uso de plásticos podrían no funcionar tan satisfactoriamente, lo que genera riesgos de tiempos de inactividad operativos y menores presupuestos.
La buena noticia es que hay múltiples formas de evitar esos efectos, a menudo dañinos.
El peligro de los rayos UV
La radiación ultravioleta, parte del espectro electromagnético, se divide en tres tipos, que son:
- UVA
- UVB
- UVC
Las longitudes de onda de la luz visible son diminutas, medidas en milmillonésimas partes de un metro. Un milmillonésima parte de un metro se denomina nanómetro, o nm. Los rayos UVA tienen un rango de longitud de onda de 320-400 nm, mientras que los rayos UVB tienen un rango de 280-320. Por su parte, el rango de los rayos UVC se sitúa entre 100 y 280.
Si tomamos la piel como ejemplo, los rayos UVA pueden conseguir un bronceado del cutis, mientras que los UVB pueden provocar quemaduras. El efecto común del rayo UVC es el de germicida, que es el término científico que se usa para matar o desactivar microorganismos destruyendo los ácidos nucleicos e interrumpiendo su ADN. Esto los hace inútiles a la hora de realizar funciones celulares críticas.
Pero ¿qué sucede con el plástico? ¿Cómo se ve afectado por los diferentes tipos de rayos UV?
Si el plástico se ha visto afectado por rayos ultravioleta, puede que note:
- una apariencia blanquecina
- que la superficie del componente se vuelve frágil
- un cambio de color en la superficie del material
En cuanto a los componentes con mayor probabilidad de sufrir daños por rayos UV, las piezas de automoción ocupan un lugar destacado en la lista. Los efectos se traducirán principalmente en un cambio de la capa superficial del material, y en algunos plásticos, si se dañan debido a los rayos UV, el componente terminará por fallar por completo, lo que sería pésimo cuando se está a punto de finalizar proyecto o se ha finalizado.
Radicales libres y energía UV
Cuando los plásticos la absorben, la energía UV puede excitar los fotones. Esto, a su vez, puede generar radicales libres. A continuación, antes de que se dé cuenta, se produce una degradación, ya que los residuos del catalizador a menudo actúan como receptores. La cuestión es que muchos plásticos puros simplemente no pueden absorber la radiación UV, lo que expone su proyecto y sus componentes a un riesgo grave.
Por supuesto, es pot evitar la degradación UV en los plásticos. Se pueden utilizar bloqueadores, estabilizadores o absorbentes para lograr un gran efecto, mientras que el dióxido de titanio también puede ser beneficioso. A su vez, las benzofenonas y otros compuestos orgánicos pueden absorber los rayos UV y volver a reemitirlos como calor, lo que es mucho menos dañino.
Algunos ejemplos de materiales en los que los estabilizadores UV u otras soluciones pueden eliminar por completo el problema del deterioro de los rayos UV son:
- Poliolefina: Tubos termorretráctiles y capuchones
- Nylon: Abrazaderas y bases para abrazaderas
Sin embargo, nunca asuma que cualquiera de estos materiales es resistente a los rayos UV. En general, a pesar de que deberían tener un tratamiento especial, no se tratan. Busque siempre «resistente a los rayos UV» en la información del producto.
Un material llamado negro de humo, que ofrece una coloración negra, puede reducir el riesgo de tal degradación, ya que proporciona un revestimiento protector para las superficies. Entre otros tipos de revestimientos, se encuentran la metalización o la pintura, aunque el negro de humo es normalmente una opción de bajo coste. Además, puede ser tan eficaz como las alternativas.
¿Qué plásticos son más susceptibles a la degradación UV?
Si está a punto de emprender un nuevo proyecto, le interesará saber qué tipos de plásticos son más susceptibles a este tipo de degradación.
El polipropileno (PP) y el polietileno de baja densidad (PEBD) son tan solo dos de los tipos de polímeros con un mayor riesgo, y los rayos ultravioleta interactúan con los enlaces de carbono terciarios dentro de su estructura de cadena, lo que después reacciona con el oxígeno en la atmósfera. A continuación, se producen grupos de carbonilo en la cadena principal y las áreas del componente expuestas podrían ser propensas al agrietamiento o la decoloración.
En cuanto a las clases de cambios estéticos que puede notar con los plásticos no resistentes a los rayos UV, pueden ser de todo tipo, desde el amarilleamiento hasta la lixiviación de materiales teñidos, así como el blanqueamiento de su superficie. Cualquiera de estas alteraciones terminará dando lugar a un proyecto menos rentable y más tiempos de inactividad debidos a la sustitución de los componentes.
¿Se puede detectar un ataque UV a los plásticos?
Como dicen, «más vale prevenir que curar». Teniendo esto en cuenta, ¿hay algún modo en que se pueda detectar dicha interferencia UV al principio del proyecto o se pueda descartar por completo antes de que comience?
La primera indicación visual serían grietas importantes en un producto. Esto se puede ver a través de la espectroscopia infrarroja, que «implica la interacción de la radiación infrarroja con el material». Utilizada para identificar y estudiar productos químicos, se basa principalmente en la espectroscopia de absorción y utiliza un espectrómetro infrarrojo, que detecta grupos de carbonilo antes de que provoquen problemas reales.
¿Cómo pueden contribuir los productos químicos anti-UV?
Al mezclar los ingredientes, antes de utilizar el moldeado por inyección para dar forma al producto, se pueden utilizar productos químicos anti-UV, gracias a lo cual se puede evitar un futuro ataque UV a través de la luz solar.
Es interesante tener en cuenta que los productos químicos utilizados en tales medidas preventivas son similares a los utilizados en las cremas solares. Si bien el protector solar protege la piel del ataque de los rayos UV, la forma de actuación de los productos químicos utilizados en los estabilizadores UV añadidos a los plásticos es muy parecida.
Pero no son solo los rayos UV los que plantean un riesgo para los plásticos. Otros factores medioambientales, desde la luz y los productos químicos hasta el calor, pueden desempeñar un papel importante en la degradación del material que se esté utilizando en cualquier proyecto.
Incluso algunos ácidos, alcalinos y sales pueden ser culpables de cambios en el polímero, desde la desintegración química hasta la biodegradación. Algunos cambios también pueden reducir el peso molecular de un polímero para reciclar, y estos cambios se denominan en general «envejecimiento», dado que afectan significativamente a la vida útil de un componente, además de a su aspecto.
Plásticos resistentes a los rayos UV: algunas consideraciones
Si un proyecto debe funcionar sin problemas, es esencial que se utilice un plástico resistente a los rayos UV, si, claro está, dicho plástico va a estar expuesto a la luz UV. De no ser el caso, los ingenieros pueden permitirse ser menos quisquillosos, siempre que el plástico que elijan sea adecuado para su aplicación particular.
Pero para proyectos que requieren un plástico resistente a los rayos UV, estos materiales van como anillo al dedo:
- Acrílico: Disponible en una gama de colores atractivos, el acrílico ofrece resistencia y rigidez. En cuanto a la claridad óptica, también funciona sumamente bien, y se adhiere de forma eficaz a disolventes y adhesivos, además de resultar fácil de fabricar. Ideal para su uso en exteriores, tiene unas propiedades óptimas frente a las inclemencias del tiempo y es versátil, duradero y estéticamente bonito, por lo que es un excelente material para las bisagras de hoja.
- Fluoruro de polivinilideno (PVDF): Ignífugo y con fantásticas propiedades de abrasión química, el PVDF es una opción especialmente buena para las arandelas. Posee una gran estabilidad UV, cumple las normas de la FDA y es un termoplástico de ingeniería de alta pureza con una gran variedad de usos.
- Politetrafluoroetileno (PTFE): Con una excelente resistencia a la intemperie, el PTFE se mantiene estable, incluso a temperaturas de hasta 260o C. Como fluoropolímero de baja fricción, ofrece formidables propiedades de aislamiento eléctrico, motivo por el cual el tubo PTFE se utiliza a menudo para proteger la fibra óptica.
Lo bueno y lo malo
Servicethread.com defiende el uso generalizado del polipropileno, pero señala que no es adecuado en proyectos que se van a exponer a rayos UV: «Por la estructura química del polipropileno, tiene una alta tasa de degradación cuando se expone a la luz UV como el sol».
En los casos en los que un componente se vaya a someter a exposición a rayos UV durante un largo periodo de tiempo, los ingenieros deben evitar materiales como estos.
Por el contrario, el poliéster puede ser un buen candidato para la exposición a los rayos UV. «El poliéster es diferente. Se trata de una familia de plásticos que comparten una estructura similar a un éster entre dos grupos R aglutinantes. Como los grupos R son diferentes entre cada plástico, tienen características distintas; sin embargo, el rendimiento general de estos plásticos en comparación con el polipropileno es muy superior en lo que respecta a la resistencia a los rayos UV».
Según un artículo publicado por la Universidad Estatal de Carolina del Norte, el polipropileno tarda solo seis días en perder hasta el 70 % de su fuerza como consecuencia de los rayos UV. La actuación del poliéster es mucho mejor. El artículo revela que, tras 12 meses de exposición a los rayos UV, se restaura más del 67 % de la fuerza de un componente.
Por lo tanto, es fundamental que determine qué materiales necesita para su proyecto con mucha antelación. Esto le ayudará a evitar tiempos de inactividad innecesarios, al tiempo que garantizará que el trabajo se ciña al presupuesto.
Tenga en cuenta la aplicación del componente y el entorno en el que se vaya a utilizar antes de seleccionar las piezas más adecuadas para el trabajo. Por supuesto, un proyecto que requiera componentes impermeables también requerirá piezas resistentes a los rayos UV.
Asegúrese de que su proyecto esté preparado para controlar las influencias climáticas adversas y podrá estar seguro de contar con un trabajo bien hecho. Después de todo, los rayos UV no solo afectan a la estética de sus plásticos, sino también a su longevidad.
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