1900.0206
Liên hệ với chúng tôi
Bức xạ mặt trời ảnh hưởng đến độ bền của sơn và các lớp phủ hữu cơ
Việt Nam là quốc gia khí hậu nhiệt đới. Thông thường, vật liệu chịu ảnh hưởng đồng thời bởi ba yếu tố là bức xạ mặt trời, nhiệt độ và độ ẩm . Việc chỉ ra ảnh hưởng riêng rẽ của từng yếu tố tới sự lão hóa cho vật liệu là không dễ dàng. Ngoài ra, các tác nhân này còn kết hợp với các tác nhân thứ cấp như: các chất ô nhiễm trong không khí (Cl–, CO2, SO2), vi sinh vật, mưa axit, bụi bẩn… khiến cho quá trình lão hóa vật liệu diễn ra nhanh hơn nhiều lần. Bài viết này mục đích là giới thiệu đến các bạn yếu tố bức xạ mặt trời có tác động thế nào đến sự lão hóa của sơn và lớp phủ hữu cơ và phương pháp để kiểm tra độ bền bức xạ của vật liệu.
Năng lượng bức xạ phát ra từ mặt trời được tạo thành từ các photon, các photon này truyền qua không gian dưới dạng sóng. Năng lượng của photon (E) tỷ lệ thuận với tần số của chúng (n) theo phương trình sau:
E = h.ν = h.c/λ
Trong đó: h là hằng số Planck,
c: là vận tốc ánh sáng trong chân không
l : là bước sóng.
Bức xạ mặt trời chiếu tới bề mặt Trái đất, bao gồm các bước sóng trong khoảng từ 295 đến 3000 nm. Một nm (nanomet) là một phần tỷ (10-9) của một mét. Ánh sáng mặt trời trên mặt đất thường được phân chia thành ba vùng bước sóng chính: vùng tia cực tím (UV), vùng nhìn thấy (VIS) và vùng hồng ngoại (IR). Bước sóng trong khoảng từ 295 đến 400nm được coi là vùng cực tím (UV) của quang phổ mặt trời, chiếm khoảng 4% – 7% tổng lượng bức xạ. Khí ozon trong tầng bình lưu hấp thụ và về cơ bản loại bỏ tất cả năng lượng bức xạ có bước sóng dưới 295 nm. Dụng cụ quang phổ có độ nhạy rất cao mới có thể phát hiện bức xạ dưới 295 nm, nhưng năng lượng bức xạ trong vùng này được các chuyên gia coi là không đáng kể.
Tia cực tím (UV), theo tiêu chuẩn ASTM G 113 – 94 “Thuật ngữ liên quan đến thử nghiệm lão hóa tự nhiên và nhân tạo của vật liệu phi kim loại” là bức xạ mà bước sóng của các thành phần ngắn hơn so với bức xạ nhìn thấy được.
Phạm vi phổ cho UV và các thành phần phụ của nó không được xác định rõ. Tuy nhiên, ủy ban E-2.1.2 của CIE (Commisision Internaltionale de I’Eclairage) đưa ra các phân vùng trong vùng UV như sau:
UVA – từ 315 đến 400 nm
UVB – từ 280 đến 315 nm
UVC – dưới 280 nm
Ánh sáng nhìn thấy (bức xạ mà mắt người có thể phát hiện) nằm trong vùng bước sóng từ 400 đến 800 nm, có mức năng lượng chiếm hơn một nửa tổng năng lượng bức xạ mặt trời. Khoảng 40 % năng lượng bức xạ mặt trời nằm trong vùng hồng ngoại (dải bước sóng lớn hơn 800 nm).
Các thành phần của bức xạ mặt trời tác động đến vật liệu
Bức xạ trực tiếp là bức xạ chiếu tới bề mặt Trái đất trực tiếp từ mặt trời, không bao gồm bức xạ tán xạ của khí quyển. Đối với các phép đo bức xạ, điều này được định nghĩa là năng lượng bức xạ trong trường nhìn góc 6o của đĩa mặt trời. Bức xạ khuếch tán là một thành phần của bức xạ đã bị phân tán bởi khí quyển, và do đó, chạm tới các bề mặt vật liệu ở mọi góc độ (không được xác định là trực tiếp) trong phạm vi nhìn 180o. Do đó, đối với một bề mặt ngang được phơi sáng, thì được nhận cả bức xạ mặt trời trực tiếp và bức xạ khuếch tán. Chúng ta tưởng tượng ra một tòa nhà cao tầng, bức xạ trực tiếp tạo ra bóng của tòa nhà. Bức xạ khuếch tán tạo ra ánh sáng xung quanh tòa nhà cho phép chúng ta nhìn thấy tòa nhà khi chúng ta đang đứng trong bóng của tòa nhà đó.
Phần trăm của bức xạ trực tiếp từ mặt trời, khuếch tán và phản xạ tới bề mặt vật liệu phụ thuộc vào góc phơi sáng và điều kiện khí quyển. Do vậy, khi phơi mẫu thử nghiệm trong điều kiện tự nhiên, có một số góc nghiêng sẽ làm tăng bức xạ mặt trời đến bề mặt mẫu. Trong trường hợp này, bề mặt của mẫu vẫn nhận được bức xạ trực tiếp và khuếch tán như đã thảo luận trước đây. Ngoài ra, bề mặt mẫu còn chịu tác động bởi bức xạ phản xạ từ bề mặt Trái đất (đôi khi được gọi là bức xạ albedo). Lượng bức xạ phản xạ từ bề mặt Trái đất phụ thuộc vào bản chất mặt đất. Đá, cát hoặc sỏi sẽ phản chiếu năng lượng bức xạ mạnh hơn nhiều so với mặt cỏ. Nước hoặc tuyết sẽ phản chiếu một lượng năng lượng bức xạ lớn hơn nữa.
Tỷ lệ giữa bức xạ trực tiếp và khuếch tán phụ thuộc nhiều vào điều kiện khí quyển. Hơi nước (độ ẩm) và các tác nhân ô nhiễm trong không khí sẽ làm tăng thành phần khuếch tán. Khí hậu sa mạc có tỷ lệ bức xạ trực tiếp cao hơn nhiều so với khí hậu cận nhiệt đới do hơi nước trên sa mạc ít hơn nhiều so với lượng hơi nước trong không khí ở vùng khí hậu cận nhiệt đới. Do lượng hơi nước cao trong khí hậu cận nhiệt đới như vùng nam Florida, khoảng 50 % bức xạ UV bị khuếch tán ngay cả vào những ngày trời quang. Khi trời nhiều mây, tỷ lệ bức xạ UV bị khuếch tán còn lớn hơn. Ngoài ra, các tác nhân ô nhiễm trong không khí cũng làm tăng tỷ lệ bức xạ bị khuếch tán.
Thông thường, mẫu thử nghiệm ở vùng khí hậu cận nhiệt đới như nam Florida phải được phơi ở góc nghiêng gần ngang, chẳng hạn như 5º để lượng bức xạ chiếu đến bề mặt mẫu là lớn nhất. Ngược lại, ở vùng khí hậu sa mạc như Arizona, tỷ lệ bức xạ UV bị khuếch tán thấp hơn, do đó trong thành phần trực tiếp, tỷ lệ UV có thể lên đến 75%. Thực tế cho thấy, góc 34º là góc tối ưu để phơi mẫu thử nghiệm tại vùng trung tâm Arizona.
►Thử nghiệm khả năng cách nhiệt của sơn
Ảnh hưởng của năng lượng bức xạ đối với vật liệu
Mặc dù phơi nhiễm bức xạ là một yếu tố quan trọng giúp chúng ta hiểu về sự lão hóa của vật liệu hoặc khi tính toán thời gian thử nghiệm thời tiết, nhưng nó thực sự chỉ cho chúng ta biết một nửa câu chuyện. Phơi nhiễm bức xạ chỉ cho biết lượng bức xạ đã được truyền tới bề mặt vật liệu. Chúng ta chưa biết về lượng bức xạ đã được hấp thụ bởi các vật liệu là bao nhiêu.
Theo định luật Grotthus-Draper, điều kiện cần cho sự xuất hiện phản ứng quang hóa là một thành phần bất kỳ nào đó của vật liệu phải hấp thụ bức xạ chiếu đến. Điều kiện đủ là lượng năng lượng được hấp thụ bởi một phân tử phải vượt quá năng lượng liên kết để gây ra sự lão hóa. Nói một cách đơn giản, nếu bức xạ bị hấp thụ có mức năng lượng cao hơn năng lượng giữ cấu trúc phân tử lại với nhau, liên kết phân tử sẽ bị phá hủy và sự lão hóa bắt đầu xảy ra.
Như đã nói ở trên, bức xạ có bước sóng ngắn hơn chứa năng lượng cao hơn. Do đó, khi nói về độ bền của vật liệu, nhất thiết phải nói đến bức xạ UV – vùng bức xạ có bước sóng ngắn nhất.
Thực tế thử nghiệm cho thấy, có loại nhựa hấp thụ năng lượng bức xạ và bị lão hóa ở dải bước sóng dưới 310 nm. Trong khi đó, từ biểu đồ phân bố cường độ bức xạ (hình 4), chúng ta biết rằng ánh sáng mặt trời tự nhiên chứa các bước sóng bức xạ từ 295 nm. Như vậy, trên hình 6, vùng nằm dưới cả 2 đường cong (vùng màu vàng) là vùng bức xạ hiệu dụng cho loại nhựa cụ thể nói trên. Đường cong này được gọi là phổ hoạt hóa cho vật liệu nhựa trên.
Tóm lại, sự lão hóa của vật liệu do bức xạ sẽ phụ thuộc vào:
- Vùng bức xạ và cường độ bức xạ chiếu tới vật liệu.
- Các bước sóng bức xạ được hấp thụ bởi vật liệu.
- Năng lượng bức xạ được hấp thụ có đủ lớn hay không để gây ra phản ứng quang hóa dẫn đến sự lão hóa vật liệu.
Để có cái nhìn thực tế và được tư vấn tốt hơn về độ bền bức xạ mặt trời đối với vật liệu sơn và lớp phủ hữu cơ, hãy liên hệ với chúng tôi theo thông tin dưới đây.
CÔNG TY TNHH CHỨNG NHẬN VÀ KIỂM ĐỊNH CHẤT LƯỢNG OPACONTROL
Website: https://opacontrol.com.vn/
Email: opa@opacontrol.vn
Facebook: https://www.facebook.com/opacontrol
SĐT: 024.22061628 - 1800.646480
Tin khác
1900.0206