Glossar Infocenter

Absorption

Der Anteil der Gesamtstrahlung, der von einer Folie/ Glasoberfläche absorbiert oder „ verschluckt “ wird. Kurzwellige Strahlung ( UV) wird in langwellige Strahlung (Wärme) umgewandelt und an die Umgebung wieder abgegeben.

Aktivierungsenergie

Die Absorption der Photonenenergie kann neben unterschiedlichen direkten chemischen Reaktionen, die ohne Ausnahme zu Materialschädigungen führen, auch andere Effekte, wie Erwärmung und Fluoreszenz, hervorrufen.

Der molekulare Zerstörungsprozess wird allgemein „Photochemische Zersetzung“ genannt. Jedes Molekül benötigt dafür eine bestimmte Mindestenergie (Aktivierungsenergie), damit eine photochemische Reaktion als Trennung von Molekülbindungen, z.B. Krackung, oder Bindung an andere Moleküle, z.B. Oxidation, stattfinden kann.

Die Energie der Photonen steht in direktem Verhältnis zur Wellenlänge des Lichts. Energiequanten bis 125 kJ/mol sind hauptsächlich Wärmequanten, darüber hauptsächlich Lichtquanten.

Wellenlänge in nm Energie der Photonen in KJ/mol
280 425
300 400
380 314
390 306
400 298
410 291
420 284
500 238
750 159
1100 108

Beschleunigter Alterungstest (Accelerated Test)

Folien unterliegen einem Alterungsprozess, der u.a durch Witterung, Temperatur-schwankungen und UV/VIS-Strahlung beschleunigt wird. Um eine Aussage zur Langzeit-funktionalität von Materialien, bzw. Folien zu bekommen, werden diese in einem UV-Bestrahlungsgerät für maximal 2000 Stunden rund um die Uhr mit einer Xenonbogenlampe, wie z.B. in einem SUNTEST der Fa. Hönle bestrahlt. Mit der Erfassung der spektralen Werte kann eine Aussage zur Haltbarkeit getroffen werden. Bei einer Bestrahlungsdauer von 2000 Stunden Xenonbestrahlung kann man von einer Funktionalität von mindestens fünf Jahren ausgehen.

Biaxial orientierte ( BO ) – PET Folie

Nach dem Aufschmelzen wird die Rohfolie auf eine Walze gepresst und im Anschluss zunächst in Längsrichtung und danach in Querrichtung gestreckt. Diese Folien verfügen über eine hohe Zugfestigkeit, chemische, mechanische und thermische Stabilität sowie zeichnen sich durch eine hohe Transparenz aus. Sie sind für optische Anwendungen sehr gut geeignet.

Extinktion

Ist die Schwächung der Gesamtstrahlung beim Durchgang durch eine Folie/ Glasoberfläche durch Reflexion und Absorption.

Farbwidergabeindex Ra

Die Farbwidergabe einer Lichtquelle stellt ein Qualitätsmerkmal dar. Im Tageslicht sind alle spektralen Linien (Farben) enthalten, die eine natürliche Farbwiedergabe gewähren. Wenn in einer künstlichen Lichtquelle nur eine Spektralfarbe fehlt, kommt es zu Farbverfälschungen. Der Betrachter sieht z.B. statt rot – braun oder statt gelb- grün. Der optimalste Index Ra ist 100. Ein Objekt wird farblich originalgetreu wiedergegeben.

Farbstoffe

Die in Materialien vorhandenen farbgebenden Substanzen, wie z.B. die Farbstoffe, sind eben deswegen Farbstoffe, weil sie bestimmte Wellenlängenbereiche des eingestrahlten Lichtes absorbieren, d.h. „schlucken“, indem sie die Lichtenergie in molekulare Schwingungsenergie verwandeln. Das sogenannte chromophore (d.h. „farbtragende“) System der Elektronen im Farbmolekül schwingt „im Takt“ der Lichtwelle. Die Schwingungsenergie wird durch „Reibung“ am umgebenden Medium in Wärme umgewandelt oder Bindungen reißen und der Farbstoff wird zerstört.

Indirekte photochemische Schädigung

Jede Molekülart benötigt eine spezifische Menge an Energie zur photochemischen Aktivierung. Sobald die zugeführte Energie die Aktivierungsenergie eines bestimmten Moleküls erreicht oder übersteigt, kann es zur direkten Spaltung (Photolyse) der Molekülbindung kommen.

Der häufigere Fall ist in der Regel der Zerfall von Molekülen unter Beteiligung von Strahlung und chemisch oder katalytisch wirksamen Fremdmolekülen wie Sauerstoff, Wasserdampf oder Schadstoffen (Photooxidation).

Dazu muss ein Materialmolekül des Objektes keine Energie direkt aus der Strahlungsabsorption aufnehmen. Ein nicht unmittelbar an der Reaktion beteiligter Katalysator kann die Energieaufnahme bewirken und durch diese energetische Aufladung des katalytischen Stoffes in einem zweiten Schritt andere Moleküle zu Reaktionen veranlassen.

Solche Katalysatoren können Fremdstoffe z.B. aus Verunreinigungen sein, die mit der Oberfläche des Objektes in Kontakt stehen. Besonders bei sehr langen Polymermolekülen sind die Kettenenden für diese katalytisch ausgelösten Reaktionen empfindlich und spalten kurze Kettenteile oder einzelne Ionen ab.

Kratzfester Überzug

Dünne transparente polymere Aussenschicht, die die Folie vor Mikrokratzer schützt. Dadurch bleibt die Folie auf Glasoberflächen langanhaltend transparent.

Lichtbeständigkeit

Eigenschaft eines Materials gegen UV- und visuelle Strahlung. Besonders organische Materialien sind anfällig und verändern zunächst unsichtbar und später sichtbar die molekularen Verbundstrukturen. Die Folge ist eine Verfärbung des Materials bis hin zum Materialbruch.

Optischer Bandpassfilter, Cut 400nm

Optische Bandpassfilter absorbieren einen bestimmten spektralen Bereich und lassen den restlichen Teil des Spektrums hindurch. Die Angabe Cut 400nm bezieht sich auf den spektralen Bereich bis 400nm mit einer steilen Transmissionskante bei 400nm.

Pflege

Empfehlungen für semaSORB® DK Folien: Für die tägliche Reinigung genügt klares Wasser und ein feuchtes, weiches Tuch. Wasserränder, Fett- und Seifenreste lassen sich mühelos mit warmem Wasser, dem etwas Spülmittel zugesetzt ist, und einem feuchten Tuch entfernen.

Photochemische Schädigung durch Lichtabsorption

Damit elektromagnetische Strahlen ihre schädigende Wirkung entfalten können, müssen sie vom Material absorbiert werden. Die Photonenenergie optischer Strahlung und damit die bei Absorption auf das Material übergehende photochemische Wirkenergie nimmt mit steigender Wellenlänge ab (UV > Blau > Grün > Gelb >Rot).

Die materialtypische Absorptionsstruktur und energetische Molekülbindung bestimmen die spezifische Stabilität eines Materials gegen photochemische Strahlungswirkungen.

Um relativ lichtstabile Materialien (z.B. hohe Reflexion, möglichst blau), mit geringer Absorption im sichtbaren Spektralbereich, direkt zu schädigen, bedarf es deshalb einer energiereichen Strahlung, wofür hauptsächlich der kurzwellige Spektralbereich der UV- und Violettstrahlung in Frage kommt.

Lichtempfindlichere Materialien (z.B. hohe Absorption, gelblich und rötlich oder braun reflektierend) werden auch schon vom sichtbaren Licht, insbesondere mit kurzen Wellenlängen, direkt geschädigt.

Photooxidation in Zellulose

Diese Erscheinung tritt z.B. bei Zellulosebindungen bei Wellenlängen unter 460 nm auf, obwohl die Strahlungsabsorption der Zellulose in diesem Bereich vernachlässigbar gering ist.

Schon bei geringer energetischer Anregung der Molekülketten mit Licht größerer Wellenlänge können durch katalytische Auslösung Kettenenden abgespalten werden. Die Restkette wird dadurch chemisch als Radikal reaktionsfähig. Diese Radikalenbildung führt durch die Anlagerung von Sauerstoff zur Oxidation, es entstehen verschiedenwertige Oxide, die in Verbindung mit Feuchtigkeit zu Säuren, Aldehyden, Ketonen und anderen Zerfallsprodukten mit entsprechenden physikalischen Eigenschaftsveränderungen (z.B. Farb- und Elastizitätsveränderungen, Vergilben und Lichtbleichen) umgebaut werden.

Radikale

Radikale entstehen durch die Absorption  von Lichtquanten innerhalb eines Materials.  Die Folge sind starke Schwingungen innerhalb eines Moleküls, wobei ein Radikal herausgeschleudert werden kann. Dieses Radikal ist reaktiv und sehr beweglich. Auf der  Suche nach einem stabilen Partner, drängt es aus weiteren Molekülen weitere Radikale heraus, die wiederum nach einem stabilen Partner Ausschau halten.  Ist diese Kettenreaktion erst einmal in Gang gesetzt, lässt sie sich nicht mehr stoppen. Eine Beschleunigung des Alterungsprozess ist die Folge.

Radikalfänger

Radikalfänger fangen, wie der Begriff  schon sagt, freie Radikale wieder ein und machen diese damit wieder unschädlich. Dabei werden die Radikalfänger „verbraucht“.  Damit verzögert sich der Alterungsprozess innerhalb einer polymeren Matrix

Reflexion

Der Anteil der Gesamtstrahlung, der von einer Folie / Glasoberfläche reflektiert wird. Der durch den Lichteintritt- und Lichtaustritt verursachte physikalisch bedingte minimale Verlust von ca.  4% wird als Reflexionsverlust bezeichnet.

Transmission

Der Anteil der Gesamtstrahlung, der von einem Material / Folie durchgelassen wird. Sie gibt an, wie gut ein Material senkrecht auf die Oberfläche auftreffendes Licht durchlässt. Der spektrale Transmissionsgrad der farblosen semaSORB® DK400 Folie liegt bei senkrechtem Strahlungseinfall im sichtbaren Bereich bei mindestens 95 %.

UV Absorber

Substanzen, die die schädigende ultraviolette Strahlung ( UV) absorbieren und in Wärme umwandeln.  Die entstandene Wärme wird wieder an die Umgebung abgegeben. Die UV-Absorber decken den energetisch aktiven spektralen Bereich von 280nm bis  315nm, die UVA-Absorber schließen die Lücke von 315nm bis 400nm. Die UVA-Absorber schützen den kompletten langwelligen UV-Strahlungsbereich bis zur Sichtbarkeitsgrenze.

UV-Strahlung (umgangssprachlich UV-Licht)

Unter UV-Strahlung (umgangssprachlich UV-Licht) wird der kurzwellige Teil des Sonnenspektrums bezeichnet. Der Wellenlängenbereich reicht von 100nm bis 400nm.

UV-C Strahlung: 100nm – 280nm
UV-B Strahlung: 280nm – 315nm
UV-A Strahlung: 315nm – 400nm

Während die UV-C Strahlung von der Lufthülle der Erde komplett verschluckt wird, gelangt die UV -B Strahlung und die UV-A Strahlung nahezu ungeschwächt auf die Erdoberfläche.

UV-Strahlung einer Wellenlänge von 300 nm wird von sehr vielen Materialien stark absorbiert. Die Photonenenergie dieser Strahlung von 400 KJ/mol ist höher als die Bindungsenergie vieler organischer Molekülbindungen, die deshalb direkt aufgebrochen werden können. Ein Zeichen für diese Wirkung ist die Versprödung von Kunststoffen, Harzen und Lacken unter UV-Bestrahlung, obwohl diese Materialien für sichtbares Licht sehr stabil sind. Kurzwellige UV-Strahlen richten aus diesem Grund mehr direkte Schäden an als sichtbares und langwelliges, infrarotes Licht.

Schädigungsfaktor

Die Angabe des relativen Schädigungsfaktors ist ein materialunabhängiger Wert des Schädigungspotentials einer Strahlung infolge des Energieinhaltes ihrer Photonenzusammensetzung. Er korrespondiert direkt linear mit der spezifischen spektralen Photonenenergie und der durch die Strahlung in das Molekül implantierten Aktivierungsenergie zur Auslösung photochemischer Prozesse.

Die relative spektrale Empfindlichkeit gegenüber den verschiedenen Wellenlängen und Photonenenergieinhalten ist bei jedem Material verschieden. Es ist daher prinzipiell unmöglich, anhand des an einem Ort vorhandenen Lichtspektrums ein materialbezogenes „spektrales Schädigungspotential“ zu definieren und daraus auf die Gefährdung von Objekten zu schließen. Es kommt darauf an, welches Material beleuchtet wird und welche Absorptionseigenschaften die Oberfläche des Objektes hat.

Die verschiedenen Spektralbereiche unterscheiden sich deutlich bezüglich ihrer relativen Gefährlichkeit für direkte photochemische Strahlungsschädigungen am Objekt.

Strahlungsempfindlichkeit von Materialien

Materialien altern. Sie verändern sich in ihrer molekularen Zusammensetzung allmählich unter den komplexen Einflüssen der Umgebung, wie Sauerstoff, Schadgase, Feuchtigkeit, Temperatur und Licht.

Besonders in organischen polymeren Materialien werden dabei Moleküle oxidiert, gespalten, polymerisiert usw. In anorganischen Materialien mit kurzkettigen hochenergetischen Molekül- und Kristallbindungen treten überwiegend die sekundären mechanischen Wirkungen der Strahlung auf.

Die Schädigungswirkung von Strahlung im Wellenlängenbereich von 300nm bis 2500 nm auf Materialien wird durch die speziellen Absorptionseigenschaften des Objektes bestimmt. Nur absorbierte Energiemengen können im Material eine Reaktion auslösen.

Die Schadreaktionen gliedern sich in photochemische, physikalische und biologische Wirkungen.

Photochemische Reaktionen, wie zum Beispiel die photoenergetische Krackung langkettiger Moleküle, werden durch Minderung der Bindungsenergien infolge von Energieabsorption und Niveausprünge innerhalb der Energielevel der Elektronen ausgelöst.

Die Menge der spektralen Energieabsorption am Reaktionsort beeinflusst die Wirksamkeit dieser chemischen Prozesse.

Zeitliche und örtliche Temperaturgradienten durch Absorption sichtbarer und infraroter Strahlungsanteile erzeugen mechanische Spannungen im Objekt, die verschiedene Verformungs- und Bruchschäden zur Folge haben.

Durch Schwingungsverstärkungen der Moleküle infolge von Temperaturerhöhungen werden die Brüche in den Molekülketten und an Grenzflächen, z.B. durch verstärkte Ausgasung und Austrocknung, zusätzlich beschleunigt.

Bestimmte Materialtemperaturen begünstigen bei gleichzeitiger hoher Feuchtigkeit das Wachstum der meisten biologischen Schädlinge in organischen Materialien.

Obwohl die Lichtquanten des sichtbaren Spektralbereiches allgemein nicht energiereich genug sind, um chemisch Molekülbindungen direkt zu spalten, erfolgt die Schädigung indirekt über katalytisch ausgelöste Radikalenreaktionen.

Eine eindeutige Aussage über die spektralen Eigenschaften für Strahlungsschädigung bestimmter Moleküle / Materialien ist infolge der unbestimmbaren indirekten katalytischen Auslöseeffekte nicht zu treffen.

Sommerlicher Wärmeschutz

Wenn die UV-Strahlungsschutzfolie sich auf der Außenscheibe (1. Ebene) befindet, wird die auftreffende UV-Strahlung in Wärme umgewandelt und der überwiegende Teil der Wärme durch Konvektion an die Außenluft abgegeben. Diese Wärme dringt nicht in die Räume hinein. Damit verhindert die UV-Strahlungsschutzfolie eine zusätzliche Erwärmung der Innenräume.

Konvektion von Strahlungswärme

Die UV-Strahlen dringen bei einer außen angebrachten UV-Strahlungsschutzfolie zuerst in die Folie ein. Die UV-Blocker, die sich in der Folie befinden, absorbieren die Energie und machen sie unschädlich. Dabei erwärmt sich die Oberfläche der Folie um einige Grad und erwärmt die Umgebungsluft. Da warme Luft leichter ist als kalte Luft, steigt die warme Luft nach oben und kühle Luft strömt nach. Dieser Vorgang wird als Konvektion bezeichnet.