Che cos'è il fenomeno dello sfarinamento per i tubi e i profili in UPVC?

Effetti della degradazione UV o dello sfarinamento:

1. Deidroclorazione e riduzione del peso molecolare del PVC accompagnata da una decolorazione giallo-marrone.
2. Diminuzione costante della resistenza alla trazione, del modulo di elasticità, della resistenza agli urti e riduzione dell'allungamento a rottura. La quantità di scissione delle catene durante la foto-ossidazione è superiore alla reticolazione delle catene. Pertanto, la perdita delle proprietà meccaniche è maggiormente dovuta all'effetto degli agenti atmosferici.
3. Effetti visibili come sbiancamento, imbrunimento, fessurazione, riduzione della brillantezza, appiccicosità, opacizzazione, sfarinamento, restringimento, screpolatura entro poche settimane dall'esposizione per i prodotti in PVC non stabilizzati ai raggi UV.
4. Con l'esposizione agli agenti atmosferici, i composti bianchi ingialliscono e poi si sbiancano, mentre i composti colorati sbiadiscono.
 

Che cos'è lo sfarinamento?

Si ritiene che la degradazione dei raggi UV inizi in superficie e poi penetri nella massa. Man mano che lo strato esterno del PVC si degrada viene rilasciato un numero crescente di particelle di pigmento come il TiO2 e altri ingredienti inorganici come il CaCO3, producendo un deposito bianco e polveroso. Il tubo inizia ad avere un aspetto biancastro. Questo fenomeno è noto come sfarinamento.
Questa polvere bianca viene lavata via dalla pioggia o dagli spruzzi d'acqua come nelle torri di raffreddamento, esponendo lo strato successivo al deterioramento e alla perdita di resistenza. Sebbene una piccola quantità di gesso possa essere tollerata e persino desiderata, purtroppo in un prodotto in PVC bianco ha un effetto negativo sulla brillantezza.
Il grado rutilico è più adatto in quanto ha una struttura più compatta e produce meno sfarinamento. Lo sfarinamento è assolutamente inaccettabile nei materiali di colore scuro.
 

Spettro visibile:

• Oltre ai danni provocati dai raggi UV tra 290 e 400 nm, anche la luce visibile tra 400 e 500 nm ha un effetto.
• La luce visibile di questa lunghezza d'onda è un'energia che danneggia le strutture più deboli, come ad esempio:

1. Doppi legami
2. Legami doppi coniugati
3. Struttura ramificata

• Invece con gli agenti atmosferici, i composti bianchi ingialliscono e poi sbiancano, mentre i composti colorati sbiadiscono.

Ingiallimento anomalo del TiO2 nello sfarinamento:

Tutti i prodotti in PVC stabilizzati con TiO2 rutilico tendono a ingiallire con l'aumentare della concentrazione di TiO2. Con un maggiore ingiallimento iniziale dovuto a una maggiore quantità di TiO2, non è inaspettato che a causa dello sfarinamento si verifichi un maggiore effetto di bianchezza percepita.
Se, invece di dYI, tracciamo YI in funzione della concentrazione di TiO2, possiamo notare che in realtà c'è una leggera diminuzione del giallore con cariche di TiO2 più elevate.

Il TiO2 mostra anche la massima ritenzione di brillantezza a circa 10 phr. La ritenzione della brillantezza è più sensibile alle piccole differenze di invecchiamento rispetto allo sfarinamento o al cambiamento di colore. Se la ritenzione della brillantezza è meno critica, allora il grado di TiO2 è meno critico.
 

Decolorazione iniziale e a lungo termine dovuta allo sfarinamento:

Le prime decolorazioni si osservano dopo 200 ore di esposizione. Dopo un'ulteriore esposizione, l'erosione meccanica degli strati più foto-ossidati rigenera la superficie.
Se l'erosione fosse sufficientemente efficace, il profilo potrebbe non entrare mai in questa fase di decolorazione. Le proprietà meccaniche dei composti stabilizzati al piombo sono migliori di quelle dei composti a base di mercaptide di stagno. È evidente che la perdita delle proprietà meccaniche non è legata solo alla foto-ossidazione totale, ma anche alla velocità con cui avviene la foto-ossidazione.
Variazione dell'opacità in seguito allo sfarinamento:
Il TiO2 nella matrice del PVC ha un indice di rifrazione di 1,83, mentre il TiO2 nell'aria ha un indice di rifrazione di 2,71. Con l'ossidazione della superficie, una percentuale maggiore di TiO2 rutilico è ora esposta all'aria piuttosto che completamente incorporata nella matrice di PVC. La particella di TiO2 ha ora un'interfaccia con l'aria e l'indice di rifrazione relativo passa da 1,83 per il sistema rutilo/PVC a 2,71 per il sistema rutilo/aria.
Ciò comporta un'efficienza di diffusione significativamente più elevata, con conseguente aumento dell'opacità effettiva del TiO2 e una maggiore luminosità nella parte esposta.

Credits: Yashodhan Kanade