Fotodegradación

Bossa de plàstic fotodegradada junt a una ruta d'excursions. L'efecte del sol l'ha descompost en aproximadament 2 000 trocitos d'1 a 25 mm despuix de 3 mesos a l'aire lliure.

La fotodegradación és l'alteració de materials per efecte de la llum. Normalment el terme es referix a l'acció combinada de la llum solar i l'atmòsfera terrestre. La fotodegradación és habitualment una combinació d'oxidació i hidrólisis. A sovint s'intenta (per mig de revestiment, aditius, etc.) evitar la fotodegradación d'objectes que van a estar en l'exterior, perque de lo contrari s'estropegen i cal repondre'ls. Este fenomen és responsable en part de la remineralización de la biomassa, i s'utilisa intencionadament en algunes tecnologies de desinfecció. La fotodegradación no s'aplica a cóm els materials poden ser envellits o degradats per la calor o la radiació infrarroja, pero sí inclou la degradació per tota la radiació lluminosa de la banda ultravioleta.

Aplicacions

Aliments

Protegir el menjar de la fotodegradación és molt important. Alguns nutrients presents en un aliment es degraden quan este s'expon al sol. En el cas de la cervesa, la radiació ultravioleta degrada composts amarcs de lúpulo a 3-metilo-2-buten-1-thiol, i per tant canvia el sabor. Com el cristal de color àmbar té la capacitat d'absorbir esta radiació, les botelles de cervesa es fan a sovint d'este cristal per a impedir este canvi.

Pintures, tinto i tenyides

Les pintures, tinto i tenyides orgàniques són més susceptibles a la fotodegradación que els inorgànics. La ceràmica és casi universalment coloreada en materials inorgànics per a que resistixca la fotodegradación i mantinga els seus colors inclús en les condicions més dures.

Pesticidas i herbicida

La fotodegradación dels pesticidas és de gran interés per l'escala de l'agricultura i l'us intensiu de substàncies químiques. Els pesticidas s'elegixen en part per a no fotodegradarse ràpidament al sol, i aixina poder eixercir la seua activitat biocida. No obstant, en determinades circumstàncies, pot preferir-se una fotodegradación veloç (per eixemple, perque no es desija que queden restants de pesticidas en aliments que pronte es van collir). En estos casos es formula el pesticida per a favorir el seu fotodegradación en substàncies molt sensibles a la llum, fotocatalizadores (p. eix., diòxit de titani), o reactius com peròxit d'hidrogen, que genera radicals hidroxilo que ataquen les molècules del pesticida.

Fàrmacs

La fotodegradación dels fàrmacs té interés científic i biològic perque es troben freqüentment en aigües residuals (despuix de prendre'ls les persones o els animals, es excretan). Mentres no es degraden tenen efectes perniciosos en els organismes aquàtics, com a toxicitat, disrupción endocrina o dany genètic. Ademés, si el fàrmac en el seu estat previ a la pren (píndola, aixarop, etc.) és sensible a la llum, l'embalage deu protegir-ho. Per a este fi s'ampren cristals d'àmbar com Fiolax àmbar o Corning 51-L. En embalages s'utilisen molt freqüentment yodo (en la solució Lugol) i argent coloidal, perque deixen passar molt poca llum ultravioleta, i aixina eviten la fotodegradación.

Polímero

Efecte de l'exposició al sol d'una corda de polipropileno (a l'esquerra) comparada en una corda nova (a la dreta).

Els polímero sintètics habituals com el polipropileno o el polietileno de baixa densitat poden ser atacats per la llum solar, en particular per la seua banda ultravioleta. Els enllaços terciarios de carbono (un àtom de C unit a atres 3) en les seues estructures de cadena són els centres d'atac. Els rajos ultravioleta interaccionen en estos vínculs per a formar radicals lliures, els quals reaccionen a la seua volta en l'oxigen en l'atmòsfera, produint grups carbonilo en la cadena principal. Les superfícies expostes dels productes poden llavors decolorarse i badar-se. En casos extrems es pot produir la completa desintegració del producte.

En productes de fibra, com la cuerdo utilisada en aplicacions exteriors, la vida del producte serà curta, perque les fibres exteriors seran atacades primer, i fàcilment tot el producte sofrirà dany per abrasió. També pot donar-se la decoloración de la corda, lo que avisa tempranamente del problema: si una corda que sosté alguna cosa important es decolora, això indica que ha perdut resistència estructural, per lo que convé canviar-la ans que es trenque.

Els polímero en la cadena dels quals existixen parts que absorbixen la llum ultravioleta (UV), com els anells aromàtics, també poden ser sensibles a la degradació UV. Les fibres d'aramida, com el kevlar, són molt sensibles a la radiació UV i deuen ser protegides dels efectes destructius del sol. Per això els jupetins antibalas no duen les fibres de kevlar a l'aire, sino encapsuladas en tela opaca obscura.

Mecanisme

Fotodegradación d'una gaveta de plàstic utilisat com a test a l'aire lliure durant alguns anys

Archiu:Plastic straw photo-degraded and brittle.webm Moltes substàncies químiques orgàniques són termodinámicamente inestables en presència d'oxigen; aixina i tot, el seu ritme d'oxidació espontànea és llent a la temperatura habitual d'una habitació (20 °C). En térmens fisicoquímicos es diu que estes reaccions estan llimitades cinéticament. Este ritme llent permet que en el mig ambient s'acumulen estructures químiques complexes (per eixemple l'illa de fem).

Quan absorbix llum, l'oxigen triplet (la forma més estable) es convertix en oxigen singlete, una forma altament reactiva del gas, que porta a terme oxidació permeses pel espin. En l'atmòsfera, els composts orgànics es degraden pels radicals hidroxilo (·OH), que es produïxen per la reacció de l'aigua (H₂O) en l'ozon (O₃).

Les reaccions fotoquímiques s'inicien per l'absorció d'un fotó, típicament en la gama de llongitut d'ona 290–700 nm (en la superfície de la Terra). L'energia del fotó absorbit es transferix als electrons de la molècula i canvia breument la seua configuració (açò és, la molècula passa d'un estat fonamental a un estat excitat). L'estat excitat constituïx una molècula distinta, en propietats diferents. A sovint les molècules excitades no són cinéticamente estables en la presència d'O₂ o H₂O, i poden descompondre's espontàneament (oxidació o hidrólisis). Açò es denomina fotólisis directa. A voltes les molècules es descomponen per a produir fragments inestables d'alta energia, que poden reaccionar en atres molècules que es troben entorn (fotólisis indirecta). Tant la fotólisis directa com l'indirecta contribuïxen a la reducció de contaminants en el mig ambient.

L'estàndart federal d'Estats Units per als ensajos de fotodegradación en plàstics és 40 CFR capítul I (edició de l'1 de juliol de 2003) partix 238.