紫外光老化和日光老化浅析
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人工紫外加速老化和自然老化测试结果间的相关性长期以来,人工加速老化和自然老化测试结果间的相关性问题一直是业内关注的热点。
一般来说,工业上要求快速地得出老化测试结果,同时要求实验室人工加速老化和自然老化测试结果间有较好的相关性,然而实际上这两个要求是相互矛盾的。
人工加速老化方法使用比实际环境更高的测试温度、更短波长光源、更大的辐照强度,在加速材料老化进程的同时,降低了与自然条件材料老化结果的相关性。
QUV加速老化设备配备的UVA-340 灯管提供了一个新的解决方案。
UVA-340紫外灯光源能很好地模拟太阳光谱中短波紫外光( <365 nm部分)。
由于UVA-340紫外灯光源所模拟的太阳短波紫外光通常是引起聚合物破坏的主要原因,理论上这种方法的测试结果和户外自然老化的相关性较好。
为了验证这一点,我们针对户外自然曝晒和使用UVA-340 紫外光源人工加速老化的相关性进行了一系列的实验。
人工加速老化和自然老化测试结果间的相关性:1 实验本实验选用了环氧涂料、聚氨酯涂料以及聚酯涂料,分别进行户外自然曝晒和紫外人工加速老化实验,记录实验中样品光泽和颜色的变化。
1.1户外自然曝晒实验由于全球各地户外自然曝晒的情况很不相同,为了准确地评价实验,这里选择了三种不同的典型气候类型:亚热带气候( 佛罗里达的迈阿密)、沙漠气候( 亚利桑那的凤凰城) 和美国北方工业型气候(俄亥俄州的克里夫兰) 。
户外自然曝晒严格按照ASTM G7《非金属材料的户外自然曝晒试验标准》执行。
被测试样的背板为厚1.6mm的夹板,试样架45°,朝南。
1.2人工加速老化实验人工加速老化测试按照ASTMG154《非金属材料的紫外老化测试方法》执行。
实验设备为紫外加速老化试验机。
该试验箱具有闭环反馈回路系统控制,可设定并控制UV光辐照强度。
试验使用UVA-340紫外灯管,光强峰值为343nm,截止点为295nm。
为了排除不同温度对实验结果的影响,测试温度统一设定在50℃。
皮肤老化的原因:可以分为两个方面的解释:(1)为内在基因遗传(2)外在环境影响(包括自然老化和光老化)自然老化:随着年龄的增长角质慢慢堆积,皮肤弹性组织逐渐松弛,从而导致老化。
光老化:皮肤背阳光过度暴晒,加速了角质的堆积,对皮肤带来弹性的伤害,提早造成皱纹的形成。
2.老化的因素:(1)皮肤老化的特征:皮肤干燥,表皮变薄,弹性松弛,出现细纹,形成皱纹,皮脂分泌减少,角质代谢迟缓。
(2)老化的成因内因:年龄老化,生理老化,皮肤中胶原蛋白和弹性蛋白合成能力下降;细胞质和细胞间质的流动性降低。
具体表现:皮肤干燥,皮肤萎缩,弹性组织退化,皮肤变薄,皮脂腺分泌减少。
人类从受精卵开始细胞分裂,到了8个月就有类似皮肤的形态生成了。
1)足月的胎儿,皮肤很薄,色素颗粒很少,有很好的透明度,可以透视到较内部的皮肤。
2)幼儿期:色素就开始渐渐增多,真皮中的纤维成长迅速,显现强韧的弹性。
3)青春期,幼儿期皮肤优良的弹性持续到青春期前,性荷尔蒙旺盛才停止,所以青春期的高峰在20岁左右。
4)20-27岁将保持最佳的皮肤外观,,过了30岁之后,就开始有皮肤缓慢弹性缺乏的现象,此乃荷尔蒙分泌减少,表皮细胞分裂能力降低,棘状层细胞因而减少,使得皮肤看来粗糙没有光泽,这种现象到了更年期就会更加明显。
5)功能性的明显改变包括:细胞增殖能力和修复能力均变得缓慢,易受癌细胞侵蚀真皮层对化学物质的清除能力减退。
外因(光老化):紫外线;胶原蛋白和弹性蛋白变性;皮脂分泌失调;氧化自由基增多,伤害正常的细胞。
具体表现:干燥缺水,色素沉淀,出现皱纹,个别会形成皮肤病。
3.老化的因素除了荷尔蒙的分泌减少,年龄的自然老化之外,尚有众多的因素造成,分讲述如下:(1)作息时间以及饮食的不正常:睡眠时间不定,身心过渡劳累,压力,喜欢食辛辣食物,嗜烟酒等习惯,对皮肤的老化有着负面的影响。
(2)化妆品使用及保养不当:化妆品以及保养的使用,很多时候忽略了个人肤质的要求,使用了不适宜的保养品增加了皮肤的负荷,造成皮肤的新陈代谢不佳,或者引起皮肤的疾病,这种情况如果长期下去不加以改善,将使皮肤提早老化;另外,未能适时并且适当的清洁皮肤,如卸妆不彻底,情节不彻底造成皮肤污垢堆积,阻碍皮肤的新陈代谢管道,造成皮肤提早老化。
老化测试老化试验老化检测是可靠性检测的一部分,是模拟产品在现实使用条件中涉及到的各种因素对产品产生老化的情况进行相应条件加强实验的过程。
主要通过使用各种环境试验设备模拟气候环境中的高温、低温、高温高湿以及温度变化等情况,加速激发产品在使用环境中可能发生的失效,来验证其是否达到在研发、设计、制造中的预期的质量目标,从而对产品整体进行评估,以确定产品可靠性寿命。
老化检测正是可靠性测试的重要部分。
一、主要的测试范围包括:材料寿命推算冷热冲击盐雾测试快速温变老化检测气候老化(自然气候暴晒试验,人工气候老化)紫外老化检测臭氧老化检测老化试验湿热老化检测氙灯老化检测碳弧灯老化检测二、重点检测项目1、紫外老化检测采用荧光紫外灯为光源(有UVA,UVB不同型号灯源),通过模拟自然阳光中的紫外辐射和冷凝,对材料进行加速耐气候性试验,以获得材料耐候性的结果。
紫外老化测试,可以再现阳光、雨水和露水所产生的破坏。
设备通过将待测材料曝晒放在经过控制的阳光和湿气的交互循环中,同时提高温度的方式来进行试验。
试验设备采用紫外线荧光灯模拟阳光,同时还可以通过冷凝或喷淋的方式模拟湿气影响。
用来评估材料在颜色变化、光泽、裂纹、起泡、催化、氧化等方面的变化。
紫外老化试验机并不模拟全光谱太阳光,但是却模拟太阳光的破坏作用。
通过把荧光灯管的主要辐射控制在太阳光谱的紫外波段来实现。
这种方式是有效的,因为短波紫外线是造成户外材料老化的最主要因素。
2、盐雾老化检测盐雾试验是一种主要利用盐雾试验设备所创造的人工模拟盐雾环境条件来考核产品或金属材料耐腐蚀性能的环境试验。
盐雾试验分为:天然环境暴露试验;人工加速模拟盐雾环境试验。
人工模拟盐雾试验:包括中性盐雾试验、醋酸盐雾试验、铜盐加速醋酸盐雾试验、交变盐雾试验。
3、臭氧老化检测臭氧老化就是将试样暴露于密闭无光照的含有恒定臭氧浓度的空气和恒温的试验箱中,按预定时间对试样进行检测,从试样表面发生的龟裂或其它性能的变化程度,以评定试样的耐臭氧老化性能。
紫外老化试验和氙灯老化试验的区分紫外老化试验和氙灯老化试验都是加速老化试验,用于评估材料、涂层和产品在模拟环境条件下的耐久性和性能。
然而,两者之间存在关键区分:光源:紫外线老化测试和氙灯老化测试的紧要区分在于所使用的光源类型。
紫外线老化测试使用紫外线(UV)光,通常在UVA或UVB波长范围内,来模拟阳光照射。
另一方面,氙灯老化测试使用氙灯弧灯,它发射更宽的光谱,包含紫外线、可见光和红外波长,以更全面地模拟阳光照射。
波长范围:紫外线老化测试通常侧重于特定的紫外线波长,如UVA(320400nm)或UVB(280320nm),实在取决于所需的测试条件和被测材料。
另一方面,氙灯老化测试供应更宽的光谱,包含紫外线、可见光和红外波长,可以更好地模拟户外暴露在阳光下。
强度和辐照度:紫外线老化测试和氙灯老化测试在光强度和辐照度水平方面可能有所不同。
紫外线老化测试通常供应更高的紫外线强度水平,由于它们特别关注紫外线波长,而氙灯老化测试可能供应更平衡的光谱,紫外线强度水平较低,但整体辐照度水平较高。
测试标准:紫外调理测试和氙灯调理测试有不同的行业标准和指南,例如,紫外调理测试可以依据ASTMG154或ISO4892等标准进行,这些标准为紫外曝光参数供应了实在的指南。
氙灯调理测试可以依据ASTMG155或ISO11341等标准进行,这些标准为氙灯曝光参数供应了指南。
材料兼容性:紫外线老化测试和氙灯老化测试之间的选择也可能取决于被测试材料的类型。
一些材料可能对特定波长的紫外线更敏感,而另一些可能对更宽的光谱更敏感。
此外,光暴露的影响可能因特定材料特性而异,如色牢度、褪色或降解机制,一种类型的老化测试可能比另一种类型的老化测试更好地复制。
成本和设备:紫外线老化测试和氙灯老化测试之间的另一个区分可能是所需的成本和设备。
通常,氙灯老化测试与紫外线老化测试相比往往更昂贵。
与紫外线灯相比,氙弧灯的购买和维护成本通常更高。
氙灯调整室也可能需要额外的设备来进行适当的通风、冷却和监控,由于氙灯的热量输出较高。
紫外老化原理
紫外老化是指材料在长时间暴露在紫外线辐射下,从而引发的一系列物理和化学变化的现象。
紫外线是太阳光中的一种辐射,它的波长在10纳米至400纳米之间,分为UVA、UVB和
UVC三个不同频段。
紫外老化的原理是紫外线能量的直接作用和间接作用。
在紫外线的直接作用下,紫外线能量会直接照射到材料表面,引发一系列光化学反应,导致材料分子结构的破坏和变化。
例如,紫外线能量可以激发材料中的电子,使其跃迁到高能级,导致分子键的断裂,从而使材料变得脆弱和易碎。
在紫外线的间接作用下,紫外线能量会与材料中的氧气分子发生反应,产生一系列自由基,如羟基自由基、醛基自由基等。
这些自由基具有高度活性,会与材料分子中的键结合,导致材料的氧化、黄化和劣化。
此外,紫外线还可以引起材料表面的结晶度降低、断裂性能下降、力学性能减弱等一系列变化。
紫外老化对材料性能的影响是多方面的。
首先,材料的颜色会发生变化,出现黄变、褪色等现象。
其次,材料的力学性能会下降,如强度、韧性和延伸率减小。
此外,紫外老化还会使材料的热稳定性、电学性能和耐候性变差,从而导致材料的寿命缩短。
为了减轻紫外老化对材料的影响,可以采取一系列防护措施。
常见的防护方法包括使用防紫外线涂料、添加紫外吸收剂、改变材料的组成和结构等。
此外,定期维护和保养也是延长材料
寿命的重要手段,如定时清洁、补充润滑剂等。
综上所述,紫外老化是材料暴露在紫外线辐射下所引发的一系列物理和化学变化。
了解紫外老化的原理和影响,可以采取相应的防护措施,延长材料的使用寿命。
塑料材料在日光下的老化
塑料材料在日光下老化的主要原因是在紫外光作用下,聚合物分子中的化学键被破坏。
要破坏化学键,外界必须提供高于化学键键能的能量。
通常的有机化合物中所含单键的键能约为210~420KJ/mol,而紫外线(波长为290~400nm)的能量为412.5~299.1KJ/mol,大于大多数单键的键能,所以紫外光足以引起聚合物中大多数化学键的断裂。
另外,聚合物氧化反应的活化『找塑料到中国德富塑料网』能大致为20.9~146.3KJ/mol,热分解的活化能为125.4~344.4KJ/mol。
因而,到达地面的紫外线的能量足以切断大多数聚合物中键合力较弱的部分。
然而,事实上不少塑料材料暴露于日光下却并未急剧地发生降解,而是缓慢地发生老化,其原因是:(1)聚合物对日光的吸收能力和吸收速度有限;(2)由于聚合物吸收光量子以后,主要发生一些光物理过程,所以发生反应较少。
光照老化试验
光照老化试验是一种利用人造光源来模拟阳光、下雨、凝雾等自然环境,进而验证塑料、橡胶、涂层等高分子材料对自然环境抵抗能力的试验方法;有机材料在经过长时间的人造光源照射后会出现变色、起皱、开裂等失效现象,通过分析试验条件和材料的失效情况,可以评估材料的耐气候性等级。
目前常用的光照老化试验方法有氙弧灯老化、荧光紫外灯老化(UV老化)、碳弧灯老化和金属卤素灯老化。
一、名词术语
1.箱体温度:老化试验箱内空气的温度;
2.黑板温度(Black panel temperature, BPT):箱体内黑板温度计表面的温度,是光照老化试验的一个重要参数,用于模拟样品表面温度;
3.黑标温度(Black standard temperature, BST):其功能与BPT类似,但比BPT高约10%;
4.辐照功率:样品表面单位面积接收到的辐照强度,单位为
W/m2@nm;辐照功率可以用某一点的辐照强度表示,也可以用某一波段的辐照强度表示,如一个夏天中午太阳光照强度约为
0.55W/m2@340nm、1.12W/m2@420nm、575 W/m2@300~800nm。
5.辐照量:在一段时间内样品表面单位面积累计接受到的辐照能量,辐照量=辐照功率*辐照时间。
二、老化原理
在光照条件下,高分子材料里的不饱和双键(C=C)、苯环、支链等不稳定结构吸收高能量的紫外光后,会发生一系列复杂的化学反应,导致材料出现变色、龟裂、失光、物理性能降低等现象。
可以看出,所有高聚合物的敏感波长均在400nm以下,所以一般认为对材料老化起主要作用的是紫外波段,而可见光和红外光主要起到热效应。
对于UV老化,由于其能量以紫外线为主,不具有热效应,所以其黑板温度和箱体温度接近。
化妆品中的抗光老化性能研究与应用近年来,随着人们对美的追求和皮肤健康意识的增强,化妆品市场蓬勃发展。
然而,随着生活环境的日渐恶化,光老化问题引起了广泛关注。
为了满足消费者对化妆品的高要求,化妆品企业们纷纷开始研究和开发抗光老化性能的产品。
本文将探讨化妆品中的抗光老化性能的研究和应用。
一、光老化对皮肤的影响光老化是指长期受到紫外线照射所引起的皮肤老化现象。
光老化会导致皮肤干燥、出现皱纹、色斑等问题,严重影响皮肤的健康和美观。
因此,开发具有抗光老化功能的化妆品成为了一项重要的研究课题。
二、抗光老化成分的研究与应用为了开发有效的抗光老化成分,化妆品企业们进行了大量的研究。
以下是一些常见的抗光老化成分及其应用。
1. 抗氧化剂:抗氧化剂能够中和自由基,减少紫外线照射产生的有害反应。
常见的抗氧化剂包括维生素C、维生素E、多酚等。
这些成分广泛应用于化妆品中,能够帮助皮肤对抗紫外线的伤害,延缓光老化过程。
2. 紫外线吸收剂:紫外线吸收剂能够吸收并转化紫外线,减少对皮肤的伤害。
常见的紫外线吸收剂有二氧化钛、氧化锌等。
这些成分常见于防晒霜和日常护肤品中,能够有效阻挡紫外线的侵害。
3. 胜肽:胜肽是一种由氨基酸组成的小分子肽链,具有多种生物活性。
一些研究表明,胜肽具有抗老化的功能,能够促进胶原蛋白合成、增强肌肤弹性。
因此,一些化妆品中添加了胜肽成分,以提供抗光老化的功效。
4. 植物提取物:植物提取物中含有丰富的抗氧化物质和营养成分,具有抗光老化的潜力。
例如,绿茶提取物中的儿茶素能够中和自由基,抑制酪氨酸酶的活性,达到抗光老化的功效。
因此,化妆品中常常添加植物提取物,以增强产品的抗光老化能力。
三、抗光老化性能评价方法为了评估化妆品的抗光老化性能,研究者们开发了多种评价方法。
以下是一些常用的抗光老化性能评价方法。
1. DPPH自由基清除能力测定:通过测定样品清除DPPH自由基的能力,来评价其抗氧化性能。
清除率越高,代表抗光老化效果越好。
荧光紫外(UVA-340 )老化测试(荧光紫外(UVA-340 )老化测试与户外自然环境老化的时间如何换算?或者说UVA-340测试多长时间大致相当于自然环境中的一年?…荧光紫外(UVA-340 )老化测试与户外自然环境老化的时间如何换算?或者说UVA-340测试多长时间大致相当于自然环境中的一年?)首先,老化的机理比较复杂,通常认为阳光中紫外光段是导致高分子材料老化的主要因素,但是紫外光所有引起的老化又不是线性的;见下图:0 500 1000 1500 2000t曝晒时间(小时)上图可以看出,前1300小时的辐照对材料的影响几乎很小,但是1300小时以后, 老化是加速的。
其次,各地方的户外自然老化也是不同的,这其中还包括的实际户外老化因素是复合的(光、热、湿度共同催化,综合作用),见下图:上图中细线是亚利桑那州的自然老化数据,虚线是弗洛里达州的自然老化数据,差别及其巨大。
综上所述,笼统的要求实验室老化和自然老化的比较是其实是个伪问题。
必须指明什么条件的实验室老化(辐射强度、循环模式)和某个地域的户外自然老化。
而且,没有理论换算公式,不同的地域的老化时间的换算都应该是通过试验获取的经验数据!!!比如,根据美国一项试验,UVA-340辐照,1.35W/m2@340nm, 4H光照/4H冷凝,黑标50E的测试条件,其2000小时的测试结果与亚利桑那州2年自然老化数据比较吻合。
但我们不能说,1000H测试相当于1年的自然老化!UV紫外老化机灯管是紫外老化试验箱的首要配件,辅佐用于仿照天然气候中的紫外、雨淋、高温、高湿、凝露、漆黑等环境条件,评价资料耐候功能。
常用类型: 1.UVA : UVA-340 和UVA-351 UVA灯管关于比较不同类型的聚合体测验特别有用。
因为UVA灯管没有任何低于正常阳光的295nm截止点的输出,一般它们使资料的降解不如UVB灯管快。
但是,它们一般能得到对真实野外老化的更好的相关性。