Absorbeurs UV utilisés pour les revêtements

Pourquoi les absorbeurs d'UV sont-ils utilisés dans les revêtements ?

La lumière ultraviolette du soleil fait des ravages sur toute surface qui y est exposée pendant une période prolongée. Les absorbeurs, stabilisateurs et atténuateurs d'UV réduisent ces dommages par une série d'actions. L'utilisation de ces additifs présente de nombreux avantages pour les produits qui doivent être exposés au soleil et dont l'intégrité doit être préservée. Connaître les différences nuancées entre ces trois types de produits de protection contre les UV facilitera le choix de celui qui convient à une application spécifique .

Dans cet article, vous apprendrez :

Qu'est-ce qu'un absorbeur d'UV ?
Les utilisations des absorbeurs UV
Qu'est-ce qu'un stabilisateur d'UV ?
Pourquoi les fabricants utilisent-ils des stabilisateurs UV ?
Fonctionnement des additifs UV
Utilité des absorbeurs UV

Qu'est-ce qu'un absorbeur d'UV ?

Les absorbeurs d'UV pour les revêtements atténuent les effets néfastes du soleil . L' ajout de ces produits à une surface préserve l'éclat des couleurs et la durée de vie des produits sensibles aux ultraviolets. Il ne faut pas confondre les absorbeurs d'UV avec les bloqueurs. Ces derniers ne bloquent pas la lumière ultraviolette. Au contraire, les absorbeurs d'UV se sacrifient pour préserver les polymères qu'ils protègent. Ces produits rivalisent avec le matériau de surface pour capter les rayons UV du soleil. Comme ces additifs ont tendance à attirer les rayons ultraviolets, ils les empêchent d'atteindre le substrat. En absorbant la lumière du soleil au lieu de la laisser atteindre le polymère, les absorbeurs d'UV protègent le revêtement.

Comme rien ne peut détruire l'énergie, le rayonnement absorbé par l'absorbeur d'UV doit aller quelque part. Ces produits transforment généralement l'énergie du rayonnement UV en chaleur. Les absorbeurs UV transmettent l' énergie absorbée en émettant de la chaleur. De cette manière, ces absorbeurs libèrent en toute sécurité le rayonnement UV sans endommager le matériau qu'ils protègent.

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La quantité d'absorbeur UV nécessaire dépend de sa concentration et de l'épaisseur de la surface. La relation entre la concentration de l'absorbeur et l'épaisseur de la surface n'est pas linéaire. Des concentrations plus élevées réduisent l'efficacité. Par conséquent, les matériaux plus épais nécessiteront des concentrations plus élevées que prévu. Pour trouver l'absorbeur adéquat, les formulateurs doivent effectuer des tests approfondis afin de déterminer la concentration nécessaire pour empêcher la photodégradation. Tous les produits n'absorbent pas l'intégralité du spectre des longueurs d'onde UV. Comme ces produits absorbent généralement les rayons UV et non la lumière visible, ils paraissent transparents. Au-delà de 400 nm de longueur d'onde, les absorbeurs d'UV ne doivent pas bloquer autant de rayons pour éviter de bloquer les ondes de lumière bleue, ce qui donnerait une apparence jaune au matériau situé en dessous.

Alors que les autres formes de protection contre les UV se régénèrent, les absorbeurs d'UV s'usent avec le temps. Bien que l'usure soit très lente, elle se produit tout de même. Pour éviter les problèmes liés aux dommages causés par les UV au matériau, il convient de réappliquer périodiquement le revêtement avec les absorbeurs ou de chercher un autre moyen de protection. Les absorbeurs d'UV peuvent également être utilisés pour des solutions à court terme, comme pour les produits jetables ou ceux qui ne sont soumis qu'à une exposition périodique au soleil.

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Utilisations des absorbeurs d'UV

Tout matériau nécessitant une protection contre les rayons ultraviolets doit être traité. Les absorbeurs d'UV disposent d'une large gamme de matériaux qu'ils peuvent protéger. Cependant, tous les produits de cette catégorie n'ont pas la même efficacité.

Les absorbeurs d'UV fonctionnent mieux lorsqu'ils sont utilisés avec un matériau épais, car leur efficacité repose sur la profondeur. En général, les films très fins qui nécessitent une forte protection contre les ultraviolets ne bénéficient pas autant des absorbeurs d'UV que d'un autre type de stabilisateur de lumière ou d'additif. Comme l'efficacité des absorbeurs UV varie en fonction de l'épaisseur, de la concentration et de la formulation, les ingénieurs doivent choisir avec soin le meilleur absorbeur pour une application particulière.

Les absorbeurs les plus efficaces sont à base organique , bien que certains types de plastiques nécessitent des absorbeurs différents. Par exemple, le propylène reçoit généralement la protection la plus efficace des esters d'aryle, de la benzophénone, des benzotriazoles et des formamidines. Les tests d'exposition aux UV permettent de choisir l'absorbeur adéquat pour un matériau donné. Des tests réguliers du revêtement du matériau garantiront également la performance continue des absorbeurs.

Lorsque l'on travaille avec du sulfure de polyphénylène, toute autre forme de stabilisateur UV est inefficace. Le seul type efficace pour protéger ce polymère est la classe des absorbeurs d'UV.

Les absorbeurs d'UV constituent une première ligne de défense idéale contre les dommages causés par les rayons ultraviolets. Souvent, les fabricants utilisent ces produits en combinaison avec des atténuateurs ou des stabilisateurs de lumière pour obtenir les avantages les plus durables et les plus significatifs. Les absorbeurs d'UV finissent par voir leur capacité à absorber préférentiellement la lumière ultraviolette diminuer. À ce moment-là, si le matériau ne comporte pas une autre forme de prévention des dommages, il commencera à présenter une photodégradation. Pour éviter ce problème, les ingénieurs peuvent incorporer des atténuateurs de lumière ou des stabilisateurs dans le matériau ou le revêtement, en fonction du type de polymère protégé.

Si les absorbeurs d'UV ont pour fonction de protéger divers matériaux, les stabilisateurs et les additifs préservent également la coloration des plastiques. Selon l'application, un stabilisateur ou un additif peut être une meilleure option ou un complément aux absorbeurs UV.

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Qu'est-ce qu'un stabilisateur d'UV ?

Les stabilisateurs UV protègent une surface en arrêtant le processus de photodégradation. Les stabilisateurs de lumière à base d'amines encombrées, ou HALS, sont un type de stabilisateur de lumière. Contrairement aux absorbeurs d'UV qui absorbent la lumière ultraviolette et l'empêchent d'atteindre le plastique, les HALS ont un fonctionnement distinct qui implique des radicaux libres et des réactions chimiques.

Lorsque la lumière frappe une surface, elle envoie de l'énergie aux atomes du plastique. Ces atomes absorbent l'énergie, ce qui excite leurs composants. La lumière UV active également les HALS pour créer du nitroxyde . Cette substance absorbe les radicaux alkyles produits par les particules atomiques excitées. L'alkyle réagit avec le nitroxyde pour former des éthers aminés. Ces éthers trouvent ensuite des radicaux peroxyles dans le matériau. Les éthers aminés détruisent les radicaux peroxyles et les produits de la réaction régénèrent les nitroxydes HALS. Sans la neutralisation de ces radicaux alkyles et peroxyles, le matériau serait endommagé par l'oxydation.

En termes simples, les HALS fonctionnent en produisant des produits qui recherchent et "mangent" les radicaux libres libérés par le matériau. Sans les radicaux libres, le matériau ne s'use pas à cause de la photo-oxydation. Après avoir consommé les radicaux libres, les produits qui en résultent produisent les composants dont les HALS ont besoin pour fonctionner à nouveau. En se régénérant, ces stabilisateurs de lumière peuvent stopper les dommages causés par les UV un nombre incalculable de fois, ce qui garantit leur efficacité à long terme.

Comme ces stabilisateurs de lumière se régénèrent eux-mêmes, ils ont une durée de vie extrêmement longue et une efficacité accrue. Avec l'ajout de HALS, le gazon artificiel peut rester brillant et vert pendant une décennie ou plus. Même de faibles concentrations de ces stabilisateurs de lumière s'avèrent efficaces pour protéger le matériau de la photodégradation et de l'usure thermique.

Les HALS ont toutefois des limites. Ces stabilisateurs de lumière ne fonctionnent pas bien avec les polymères contenant des halogènes, tels que le PVC. En les combinant avec d'autres additifs tels que des absorbeurs d'UV, il est possible d'améliorer les performances des HALS dans les polymères avec lesquels ils ne sont pas idéalement utilisés.

Pourquoi les fabricants utilisent-ils des stabilisateurs UV ?

Bien que limités par les types de polymères avec lesquels ils travaillent, les stabilisateurs UV protègent plus efficacement les matériaux contre les dommages causés par les ultraviolets. Les stabilisateurs ont également l'avantage de protéger contre les dommages thermiques, ce que ne font pas les absorbeurs et les éteignoirs. Lorsqu'un projet nécessite également une protection contre la chaleur, les HALS offrent une double résistance aux dommages causés par la chaleur et la lumière. Il est intéressant de noter que, selon les prévisions, les HALS sont le type d'additif UV le plus susceptible d'être le plus populaire et de connaître la plus forte croissance entre 2016 et 2021. Les multiples applications des HALS, en plus d'un marché en croissance pour les plastiques, rendent cette prédiction très probable.

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Lorsque des produits fins nécessitent une protection contre les ultraviolets, les HALS sont plus efficaces que les absorbeurs d'UV. Ce produit est également très polyvalent. Sa myriade de poids moléculaires lui permet d'être utilisé dans les revêtements et les plastiques. Le polypropylène et de nombreux autres polymères peuvent utiliser des HALS au cours de leur production, y compris aux stades de l'extrusion de feuilles ou de profilés et du moulage par soufflage ou par injection.

Comme l'épaisseur n'affecte pas les performances des HALS, les pourcentages utilisés et la profondeur du produit n'ont pas besoin d'être importants. Alors que les absorbeurs d'UV fonctionnent mieux lorsqu'ils peuvent avoir une couche plus épaisse ou une concentration plus élevée pour améliorer la protection, les HALS fonctionnent bien même avec des concentrations plus faibles. Pour les applications sur des couches minces de polymères ou lorsque la longévité de la protection UV est impérative, les stabilisateurs tels que les HALS sont un meilleur choix lorsque l'on travaille avec des polymères compatibles. Pour toute question concernant la compatibilité des polymères avec les HALS ou d'autres additifs UV, contactez-nous en ligne.

Fonctionnement des additifs UV

La réaction de la lumière du soleil avec la coloration d'un matériau provoque une décoloration des teintes. Cette réduction de la couleur se produit au fil du temps par une réaction entre les rayons UV et les atomes du colorant. Lorsque la lumière ultraviolette frappe un colorant, les électrons sont excités. Ces électrons excités sont plus volatiles et ont tendance à s'oxyder, ce qui finit par provoquer la décoloration de la couleur.

Les additifs comprennent tout ce qui est ajouté au polymère pour empêcher la vitesse et le degré de ce dommage. Les stabilisateurs, les atténuateurs et les absorbeurs d'UV font partie de cette catégorie d'additifs. Certains d'entre eux empêchent la lumière UV d'atteindre la coloration, tandis que d'autres interviennent au milieu du processus pour l'arrêter avant qu'il n'entraîne une usure et une décoloration à long terme.

: Les quenchers sont un type d'additif qui absorbe l'énergie des électrons excités et la libère par trempe, désactivant ainsi le processus et prévenant l'usure. Selon le type, l'énergie libérée peut prendre la forme d' un rayonnement fluorescent ou phosphorescent ou de chaleur. Ces produits sont parmi les plus efficaces des additifs UV.
Étant donné que certains produits nécessitent une résistance à d'autres additifs chimiques présents dans le polymère ou auxquels le matériau est exposé, tous les absorbeurs ou HALS ne suffisent pas. Certains atténuateurs fonctionnent bien dans ces conditions extrêmes. Par exemple, les produits d'atténuation à base de nickel sont souvent utilisés comme films pour les serres. Ces derniers fonctionnent mieux dans les applications agricoles car ils protègent contre les dommages causés par les UV et résistent aux dommages causés par les pesticides. Afin d'améliorer les performances de ces quenchers, ils sont souvent combinés à des absorbeurs d'UV.
Comme beaucoup d'autres produits UV, les additifs peuvent être combinés à d'autres méthodes de prévention des dommages pour améliorer les performances et l'efficacité.

: Les stabilisateurs UV comprennent à la fois les absorbeurs et les HALS. Les premiers absorbent une partie de la lumière UV, réduisant ainsi la quantité qui atteint la surface. Les seconds piègent les radicaux libres créés au cours du processus de photodégradation. En fonction du type et de la composition chimique, les deux formes de stabilisateurs ont des degrés d'efficacité différents.
Bien que les absorbeurs d'UV aient prouvé leur efficacité pour une variété de matériaux, ils peuvent ne pas durer aussi longtemps que nécessaire. Pour des raisons de longévité, le HALS est l'option préférée pour un stabilisateur UV.
Les HALS peuvent améliorer les performances des absorbeurs UV lorsqu'ils sont utilisés en conjonction avec eux. Les fonctions des HALS et des absorbeurs d'UV diffèrent. Les HALS créent des piégeurs de radicaux libres, les radicaux nitroxyles. Ceux-ci absorbent les radicaux libres, empêchant leur réaction qui provoque la photodégradation du matériau. Ces HALS à haut poids moléculaire se régénèrent eux-mêmes, assurant ainsi leur longévité. En plus de protéger la couleur, les HALS apportent également une stabilité thermique au plastique ou au revêtement.
Malheureusement, tous les polymères ne s'adaptent pas bien à l'arrêt du processus de photodégradation par les HALS. Pour ceux-là, des absorbeurs d'UV ou d'autres additifs peuvent s'avérer plus efficaces.

Utilité des absorbeurs d'UV

Les absorbeurs d'UV ont deux moyens de protéger la surface, par le biais d'un revêtement de surface ou en se mélangeant au matériau avant sa formation. Les deux méthodes présentent des avantages dans certaines situations et dans des cas où une utilisation différente donne de meilleurs résultats.

: Le fait de ne recouvrir la surface que d'un agent stabilisateur mélangé à la laque offre une facilité d'application. Toutefois, cette méthode ne protège que la surface en plastique jusqu'à la profondeur du revêtement. Les dommages mécaniques, tels que les rayures, peuvent affecter les performances de l'absorbeur d'UV, laissant la base non recouverte vulnérable à la décoloration et à l'usure.
Pour garantir les meilleures performances des absorbeurs dans les revêtements, il est essentiel de bien mélanger l'additif avec le revêtement. Par exemple, lorsque l'on choisit des HALS pour un revêtement en poudre, ceux qui ont un poids moléculaire plus élevé et une volatilité plus faible donnent de meilleurs résultats lorsqu'ils sont mélangés à l'aide de procédés ribo-statiques. Les absorbeurs UV de poids moléculaire plus élevé sont plus performants lorsqu'ils sont utilisés avec des polymères polaires et les rigueurs des processus de durcissement à haute température.

: Lors de la formation de la base en plastique, un absorbeur d'UV peut se combiner avec le plastique alors qu'il est encore sous forme fluide. Bien que cette méthode permette de résoudre le problème du traitement de la surface, elle présente toujours le risque de ne pas protéger complètement le plastique. En combinant soigneusement le stabilisateur avec le plastique, on peut éviter ce risque, ce qui explique pourquoi cette méthode est la plus répandue pour traiter le plastique avec un absorbeur d'UV.
Pour assurer une bonne stabilisation UV du plastique, le produit de traitement doit se disperser uniformément dans le matériau de base et être compatible avec le plastique. Des stabilisants mal mélangés ou mal choisis risquent de se séparer de la base. Les poids moléculaires différents de l'absorbeur et du plastique peuvent entraîner l'évaporation ou l'usure de l'absorbeur pendant la formation du plastique.
Lorsqu'ils sont correctement mélangés, les absorbeurs appliqués selon cette méthode de stabilisation "en masse" peuvent traiter l'ensemble du plastique, et pas seulement la surface.

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https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/014139109500032H?via%3Dihub
https://dl.uctm.edu/journal/node/j2015-3/1-Polya-229-239.pdf
https://ojs.cnr.ncsu.edu/index.php/JTATM/article/viewFile/6113/3579
https://www.sciencedirect.com/topics/physics-and-astronomy/absorbers-materials
https://www.brenntag.com/media/documents/bsi/product_data_sheets/material_science/addivant/addivant_coatings.pdf
https://www.sciencedirect.com/topics/index?searchPhrase=engineering
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4320144/
https://www.researchandmarkets.com/reports/5201134/uv-stabilizers-market-by-type-hals-uv/