自新冠疫情爆发以来，以“紫外线”消毒为卖点的家电越来越多。从传统的冰箱，洗衣机的附加功能，到专业的衣物和厨具消毒柜，消毒灯。紫外线早已不是医疗器械的专利，而是一种生活中的“刚需”。

先科普一下，按照波长，紫外光通常分为UV-A（波长为315—400纳米）、UV-B（280—315纳米）、UV-C（200—280纳米）。前两段波长，正是“白富美”们害怕的光线，长期暴晒会引起雀斑和黑色素沉淀。

而被大气层已经过滤掉的UV-C紫外线的波长最短、能量高，在短时间内破对各类微生物(细菌、病毒、芽孢等病原体) 的辐射损伤和破坏核酸的功能使微生物致死，从而达到快速地对水、空气和物体表面进行消杀的功效。

正是UV-C紫外线的消杀能力，目前已被广泛应用于新冠的防治领域。如北美三大机场，均已启用了UVC紫外光杀菌机器人对所有进出港的飞机内舱进行全面杀菌消毒，以有效预防新型防冠状病毒NCP传播。这样的背景上，种种紫外线相关产品在身边频频露脸也不奇怪了。

不过，UV-C紫外线不仅对细菌厉害，对它周围的材料也是毫不留情！再天生丽质的材料，在UV-C紫外线摧残下，都难逃“人老珠黄”的结局。

因为这个波段的紫外光能轻易破坏材料高分子链段，导致链段断裂从而产生降解，导致材料表面被侵蚀，进一步对材料产生破坏。目前诸如电冰箱和洗碗机等家用电器采用的材料基本都是ABS和HIPS，长期经过UV-C紫外光照射后绝大多数会出现变黄甚至开裂的问题。

所以，怎么应对“紫外线加速材料老化”也是值得思考的课题。

在本篇里，将从材料的原理及降解机理等方面来讲解如何预防或减轻紫外线对材料的降解问题，供大家参考。

紫外线对聚合物降解的原理

聚合物包含多种材料，其特征在于长分子链，分子链缠结和相互连接，它们本身表现出共价键，通常含碳成分。共价键是两个或多个原子之间的电子共享，以满足组成原子填充其最外层电子轨道。与金属键相比，电子的共价共享是局部的(即，电子迁移仅限于最近的键合原子)，因此聚合物几乎总是电绝缘体和不良的热导体。与金属和离子键相比，有机成分之间的共价键也相对较弱。

因此，大多数聚合物很容易因暴露于UV-C而降解。高能光子具有足够的能量，可以将电子提升到更高的能级，从而打断共价键，降解材料。通常具有碳-碳双键的聚合物更容易受到紫外线降解而发生化学变化。

1. 紫外线是如何破坏聚合物材料的？

在聚合物中最基本，最普遍的紫外线损伤机理称为光解断链，即通过高能光子的直接作用将长链断裂成较短的链，从而破坏分子的“骨架”。这种降解几乎会导致聚合物强度、延展性的物理性质的劣化，以及诸如颜色的变化， 质地外观的劣化。聚合物的降解还可能将副产物如气体释放到周围环境中造成污染。

2. 紫外线破坏聚合物的机制是什么？

聚合物被紫外线破坏的机制，包括自由基降解和表面水氧降解。化学键断裂时形成的自由基，这些自由基将与附近的其他可用键发生反应，并导致聚合物分子断裂或降解。紫外线解离的键也易与氧气或水发生反应，通常在表面引起氧化和水解的降解反应。这两种机制会结合并协同作用，最终引起材料的化学和微观结构变化。

3. 聚合物受紫外线降解的常见表现：

• 户外安装的PVC管的泛黄和“粉化”；

• 暴露在阳光下的广告牌和海报颜色的褪色；

• 暴露于阳光下的电线绝缘层的粉化和脆化。
  

1. 屏蔽和涂层

屏蔽紫外线是很好的保护方法，比如用薄薄的铝箔或其他不透紫外线的材料进行遮挡，如果不可能进行简单的屏蔽，则可以选择使用吸收或反射紫外线的涂层，这种吸收或反射作用的添加剂普遍使用于涂料当中。

一些包含金属颗粒的涂料是非常有效的紫外线屏障，户外使用高性能涂料通常包含聚偏二氟乙烯(PVDF)，对保光性和保色性有很好的作用。通过在聚合物表面上涂覆紫外线稳定涂层，可以很好的起到防止紫外线对材料的损坏作用。

2. 选择抗紫外线的聚合物材料

特定的聚合物材料具有更强的抵抗紫外线的功能。由于C=C双键特别容易受到紫外线光解的影响，那我们可以选择更少含量C=C双键的聚合物材料，比如聚烯烃(聚乙烯)、含氟聚合物比如是聚四氟乙烯(PTFE)，氟化乙烯-丙烯(FEP)和聚偏二氟乙烯(PVDF)都很好的选择。这些含有碳氟键的聚合物拥有出色的性能，例如高温稳定性，高介电强度和极高的化学惰性以及非常好的抗紫外线降解性。因此，PTFE或FEP可以用于紫外灯或紫外设备中的电线绝缘。

3. 利用一些能吸收紫外线的添加剂

第一种无机化合物，它不受紫外线照射的影响，通过在聚合物材料中添加无机填料来吸收紫外线光子，提高紫外线稳定性，从而减少对聚合物键的损害。

用于紫外线稳定的最常见的无机材料是炭黑和氧化物陶瓷，包括氧化铝或二氧化钛，这种填料还具有耐磨性等优点，但缺点也是相当明显，就是他们会改变聚合物的物理性质及其颜色，所以需要权衡地使用。

第二种是有机添加剂，包括抗氧化剂，紫外线吸收剂，淬灭剂和自由基清除剂。这些紫外线添加剂的作用机理如下：

a. 紫外线吸收剂——这些分子吸收紫外线，将其转化为热量或以更长的波长发射(荧光)来耗散光子能量。

b. 自由基清除剂——这些分子将优先与由光化学或氧化变化产生的自由基反应来降低自由基破坏聚合物链的几率。

c. 有机添加剂和无机添加剂——在实现同样的紫外线稳定性上有机添加剂需要的浓度比无机填料低得多。

实际上，这样的添加剂同时还有助于高温加工性和抗氧化能力，因此无论预期的紫外线照射量如何，通常都会添加它们。但是，有的添加剂价格昂贵并且会改变某些聚合物的性能和可加工性，也存在污染环境的风险。

综上所述，如何预防或减轻紫外线对材料的降解？

一是对产品有良好的设计，通过简单的屏蔽原理将敏感和关键组件的紫外线暴露降至最低；

二是选择良好的材料，最好是固有的抗紫外线材料或是添加合适的抗紫外线添加剂来减缓材料降解的速度。