La fotodegradación es la alteración de los materiales por la luz. Comúnmente, el término se utiliza de manera vaga para referirse a la acción combinada de la luz solar y el aire , que provocan oxidación e hidrólisis . A menudo se evita intencionadamente la fotodegradación, ya que destruye pinturas y otros artefactos. Sin embargo, es en parte responsable de la remineralización de la biomasa y se utiliza intencionadamente en algunas tecnologías de desinfección. La fotodegradación no se aplica a cómo se pueden envejecer o degradar los materiales mediante luz infrarroja o calor, pero sí incluye la degradación en todas las bandas de ondas de luz ultravioleta .
La protección de los alimentos frente a la fotodegradación es muy importante. Algunos nutrientes, por ejemplo, se ven afectados por la degradación cuando se exponen a la luz solar. En el caso de la cerveza , la radiación UV provoca un proceso que conlleva la degradación de los compuestos amargos del lúpulo a 3-metil-2-buten-1-tiol y por tanto cambia el sabor. Como el vidrio de color ámbar tiene la capacidad de absorber la radiación ultravioleta, a menudo se fabrican botellas de cerveza con este tipo de vidrio para evitar este proceso.
Las pinturas, tintas y tintes orgánicos son más susceptibles a la fotodegradación que los que no lo son. Las cerámicas se colorean casi universalmente con materiales de origen no orgánico para permitir que el material resista la fotodegradación incluso en las condiciones más implacables, manteniendo su color.
La fotodegradación de pesticidas es de gran interés debido a la escala de la agricultura y el uso intensivo de productos químicos. Sin embargo, los pesticidas se seleccionan en parte para que no se fotodegraden fácilmente a la luz del sol para permitirles ejercer su actividad biocida. Así, se implementan más modalidades para mejorar su fotodegradación, incluido el uso de fotosensibilizadores, fotocatalizadores (por ejemplo, dióxido de titanio ) y la adición de reactivos como el peróxido de hidrógeno que generarían radicales hidroxilo que atacarían a los pesticidas. [1]
La fotodegradación de productos farmacéuticos es interesante porque se encuentran en muchos suministros de agua. Tienen efectos nocivos sobre los organismos acuáticos, incluida la toxicidad, la alteración endocrina y el daño genético. [2] Pero también en el material de embalaje primario se debe evitar la fotodegradación de los productos farmacéuticos. Para ello, se suelen utilizar vidrios ámbar como Fiolax ámbar y Corning 51-L para proteger el fármaco de las radiaciones UV. El yodo (en forma de solución de Lugol ) y la plata coloidal se utilizan universalmente en envases que dejan pasar muy poca luz ultravioleta para evitar su degradación.
Los polímeros sintéticos comunes que pueden ser atacados incluyen el polipropileno y el LDPE , donde los enlaces de carbono terciario en sus estructuras de cadena son los centros de ataque. Los rayos ultravioleta interactúan con estos enlaces para formar radicales libres , que luego reaccionan aún más con el oxígeno de la atmósfera, produciendo grupos carbonilo en la cadena principal. Las superficies expuestas de los productos pueden decolorarse y agrietarse y, en casos extremos, puede producirse la desintegración completa del producto.
En productos de fibra como cuerdas utilizadas en aplicaciones al aire libre, la vida útil del producto será corta porque las fibras exteriores serán atacadas primero y se dañarán fácilmente por abrasión , por ejemplo. También puede producirse una decoloración de la cuerda, lo que avisa a tiempo del problema.
Los polímeros que poseen grupos absorbentes de rayos UV, como anillos aromáticos , también pueden ser sensibles a la degradación por rayos UV. Las fibras de aramida como el Kevlar , por ejemplo, son muy sensibles a los rayos UV y deben protegerse de los efectos nocivos de la luz solar.
Muchas sustancias químicas orgánicas son termodinámicamente inestables en presencia de oxígeno; sin embargo, su velocidad de oxidación espontánea es lenta a temperatura ambiente. En el lenguaje de la química física, tales reacciones son cinéticamente limitadas. Esta estabilidad cinética permite la acumulación de estructuras ambientales complejas en el medio ambiente. Tras la absorción de luz, el oxígeno triplete se convierte en oxígeno singlete , una forma altamente reactiva del gas, que efectúa oxidaciones permitidas por el espín. En la atmósfera, los compuestos orgánicos se degradan mediante radicales hidroxilo , que se producen a partir del agua y el ozono. [3]
Las reacciones fotoquímicas se inician mediante la absorción de un fotón, normalmente en el rango de longitud de onda de 290 a 700 nm (en la superficie de la Tierra). La energía de un fotón absorbido se transfiere a los electrones de la molécula y cambia brevemente su configuración (es decir, promueve la molécula desde un estado fundamental a un estado excitado ). El estado excitado representa lo que es esencialmente una molécula nueva. A menudo, las moléculas en estado excitado no son cinéticamente estables en presencia de O 2 o H 2 O y pueden descomponerse espontáneamente ( oxidarse o hidrolizarse ). A veces, las moléculas se descomponen para producir fragmentos inestables de alta energía que pueden reaccionar con otras moléculas a su alrededor. Los dos procesos se denominan colectivamente fotólisis directa o fotólisis indirecta , y ambos mecanismos contribuyen a la eliminación de contaminantes.
El estándar federal de los Estados Unidos para probar la fotodegradación del plástico es 40 CFR Ch. I (Edición 7–1–03) PARTE 238.
La fotodegradación de plásticos y otros materiales se puede inhibir con estabilizadores de polímeros , que se utilizan ampliamente. Estos aditivos incluyen antioxidantes , que interrumpen los procesos de degradación. Los antioxidantes típicos son los derivados de la anilina . Otro tipo de aditivo son los absorbentes de rayos UV. Estos agentes capturan el fotón y lo convierten en calor. Los absorbentes de rayos UV típicos son las benzofenonas sustituidas con hidroxi , relacionadas con los productos químicos utilizados en los protectores solares . [4] La restauración del plástico amarillento de juguetes viejos [5] recibe el apodo de retrobright .