Fotodegradación

La fotodegradación es la alteración de los materiales por la luz. Comúnmente, el término se usa de manera imprecisa para referirse a la acción combinada de la luz solar y el aire , que causan oxidación e hidrólisis . A menudo, la fotodegradación se evita intencionalmente, ya que destruye pinturas y otros artefactos. Sin embargo, es parcialmente responsable de la remineralización de la biomasa y se usa intencionalmente en algunas tecnologías de desinfección. La fotodegradación no se aplica a cómo los materiales pueden envejecerse o degradarse a través de la luz infrarroja o el 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 UV, las botellas de cerveza suelen estar hechas de 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. Casi siempre se colorean las cerámicas con materiales de origen no orgánico para que el material resista la fotodegradación incluso en las condiciones más duras y mantenga su color.

La fotodegradación de pesticidas es de gran interés debido a la escala de la agricultura y al uso intensivo de productos químicos. Sin embargo, los pesticidas se seleccionan en parte para que no se fotodegraden fácilmente con la luz solar a fin de permitirles ejercer su actividad biocida. Por lo tanto, 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 peróxido de hidrógeno que generarían radicales hidroxilo que atacarían a los pesticidas. ^[1]

La fotodegradación de los productos farmacéuticos es de interés porque se encuentran en muchos suministros de agua y tienen efectos nocivos para los organismos acuáticos, como toxicidad, alteración endocrina y daño genético. ^[2] Pero también en el material de envasado primario se debe evitar la fotodegradación de los productos farmacéuticos. Para ello, se utilizan habitualmente vidrios ámbar como Fiolax ámbar y Corning 51-L para proteger los productos farmacéuticos 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 UV para evitar la degradación.

Los polímeros sintéticos comunes que pueden ser atacados incluyen polipropileno y 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 con el oxígeno en la atmósfera, produciendo grupos carbonilo en la cadena principal. Las superficies expuestas de los productos pueden entonces decolorarse y agrietarse, y en casos extremos, puede ocurrir la desintegración completa del producto.

En productos de fibra como cuerdas que se utilizan en exteriores, la vida útil del producto será menor porque las fibras externas serán las primeras en ser atacadas y se dañarán fácilmente por la abrasión , por ejemplo. También puede producirse decoloración de la cuerda, lo que da una advertencia temprana del problema.

Los polímeros que poseen grupos que absorben los rayos UV, como los 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.

Muchos productos químicos orgánicos son termodinámicamente inestables en presencia de oxígeno; sin embargo, su tasa de oxidación espontánea es lenta a temperatura ambiente. En el lenguaje de la química física, tales reacciones están limitadas cinéticamente. Esta estabilidad cinética permite la acumulación de estructuras ambientales complejas en el medio ambiente. Al absorber la 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 son degradados por radicales hidroxilo , que se producen a partir del agua y el ozono. ^[3]

Las reacciones fotoquímicas se inician por la absorción de un fotón, típicamente en el rango de longitud de onda de 290–700 nm (en la superficie de la Tierra). La energía de un fotón absorbido se transfiere a los electrones en la molécula y cambia brevemente su configuración (es decir, promueve la molécula de un estado fundamental a un estado excitado ). El estado excitado representa lo que es esencialmente una nueva molécula. 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.

La norma federal de los Estados Unidos para probar la fotodegradación del plástico es 40 CFR Cap. 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 UV. Estos agentes capturan el fotón y lo convierten en calor. Los absorbentes de 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 los juguetes viejos ^[5] se conoce como retrobright .

• Bolsa de plástico
• Degradación de polímeros
• Degradación por rayos UV

• Castell, JV; Gomez-L, MJ; Miranda, MA; Morera, IM (2008), "Degradación fotolítica del ibuprofeno. Toxicidad de los fotoproductos aislados sobre fibroblastos y eritrocitos", Photochemistry and Photobiology , 46 (6): 991–96, doi :10.1111/j.1751-1097.1987.tb04882.x, PMID  3438349, S2CID  41693238
• Salgado, R; Pereira, VJ; Carvalho, G; Soeiro, R; Gaffney, V; Almeida, C; Vale Cardoso, V; Ferreira, E; Benoliel, MJ; Ternes, TA; Ohmen, A; Reis, MAM; Noronha, JP (2013), "Cinética de fotodegradación y productos de transformación de ketoprofeno, diclofenaco y atenolol en agua pura y aguas residuales tratadas", Journal of Hazardous Materials , 244–245: 516–52, doi : 10.1016/j.jhazmat.2012.10. 039 , PMID  23177274
• Boltres, Bettine, "Cuando el vidrio se encuentra con la farmacia", ECV Editio Cantor, 2015, ISBN 978-3-87193-432-2