La fotodegradazione consiste nelle variazioni delle proprietà fisiche e chimiche di un materiale causata dall’assorbimento di fotoni. I fotoni assorbiti hanno in genere lunghezze d’onda che si trovano alla luce solare, come la radiazione infrarossa, la luce visibile e la luce ultravioletta.
La fotodegradazione è la degradazione di una molecola fotodegradabile causata dall’assorbimento di fotoni, in particolare quelle lunghezze d’onda presenti nella luce solare, come la radiazione infrarossa, la luce visibile e la luce ultravioletta. Tuttavia, altre forme di radiazione elettromagnetica possono causare la fotodegradazione.
La fotodegradazione include la fotodissociazione, la rottura delle molecole in pezzi più piccoli da parte dei fotoni. Include anche il cambiamento della forma di una molecola per renderla irreversibilmente alterata, come la denaturazione delle proteine e l’aggiunta di altri atomi o molecole. La fotodegradazione nell’ambiente è parte del processo mediante il quale l’ambra grigia si evolve dal suo precursore grasso.
tipi di degradazione
Molte sostanze sono termodinamicamente instabili a temperatura ambiente e in presenza di ossigeno ma la cinetica della loro ossidazione è lenta. Tuttavia in presenza di luce avvengono transizioni elettroniche che portano alla formazione del radicale ossidrilico ∙OH che è l’iniziatore di reazioni radicaliche.
Questo processo è comunemente ritenuto indesiderabile e, infatti si utilizzano metodi chimici o fisici, per rallentare la fotodegradazione degli alimenti e dei polimeri.
Tuttavia, la fotodegradazione ha assunto rilevante importanza in quanto tramite questo processo si possono degradare sostanze inquinanti, pesticidi e erbicidi.
Alimenti
Il processo di solito colpisce componenti specifici negli alimenti, come pigmenti, vitamine, grassi e proteine. L’assorbimento della luce può far sì che il cibo sviluppi sapori sgradevoli e perda o cambi colore.
La luce di solito interagisce solo nello strato esterno degli alimenti solidi, causando tipicamente la variazione di colore della superficie. Se è liquido, invece, può penetrare negli strati più interni a causa del mescolamento e coinvolgere più costituenti.
Il processo abitualmente interessa componenti specifici degli alimenti come:
- pigmenti
- vitamine
- grassi
- proteine
Il processo è rallentato dall’utilizzo di opportuni imballaggi e, nel caso di liquidi, da contenitori in grado di schermare le radiazioni. Un esempio è costituito dalla bottiglie color verde scuro in cui si conserva l’olio di oliva
Fotodegradazione dei polimeri
I polimeri sono un’ampia classe di materiali che sono realizzati da unità ripetute di molecole più piccole chiamate monomeri. L’esposizione alle radiazioni ultraviolette (UV) può causare una significativa degradazione di molti materiali causando il deterioramento delle proprietà meccaniche e portando a materiali non utilizzabili, dopo un tempo imprevedibile.
Uno degli svantaggi dell’uso dei polimeri è che si degradano quando vengono utilizzati in condizioni di alta temperatura o in applicazioni esterne. Quando i polimeri vengono utilizzati in applicazioni esterne, l’ambiente influenza negativamente la durata di vita.
La fotodegradazione è comunemente la causa principale dello scolorimento di coloranti e pigmenti, dell’invecchiamento, dell’ingiallimento delle plastiche, della perdita di lucentezza e delle proprietà meccaniche . La fotodegradazione può verificarsi in assenza di ossigeno che comporta la rottura della catena o la reticolazione) e in presenza di ossigeno detta degradazione fotoossidativa.
I raggi UV provocano una degradazione fotoossidativa nei polimeri che porta alla:
- formazione di radicali liberi
- rottura delle catene polimeriche
- riduzione del peso molecolare
- deterioramento delle proprietà meccaniche.
La fotostabilizzazione dei polimeri può essere ottenuta utilizzando:
- filtri per la luce
- assorbitori di raggi UV
- decompositori di perossido
- scavenger di radicali
Inquinanti organici
La fotodegradazione di inquinanti organici è utilizzata per generare radicali liberi estremamente attivi nel sistema di reazione, mediante combinazione o sostituzione di radicali liberi con inquinanti organici. Il processo degrada gli inquinanti in sostanze inorganiche non tossiche e innocue. Questo metodo è ampiamente utilizzato in quanto costituisce un importante fattore per la protezione dell’ambiente. Tra i molti catalizzatori odierni, gli eteropoliacidi si distinguono come catalizzatori verdi con proprietà uniche.
Fotodegradazione nei materiali biologici
La fotodegradazione non riguarda soltanto materiali artificiali o sostanze inquinanti, ma interessa anche i sistemi biologici. Negli organismi viventi, l’assorbimento di radiazioni luminose, in particolare dei raggi ultravioletti (UV), può provocare alterazioni molecolari significative. Il DNA, ad esempio, è particolarmente sensibile: l’assorbimento di fotoni può indurre la formazione di dimeri di timina e altre lesioni che, se non correttamente riparate, possono portare a mutazioni genetiche.
folding
Anche le proteine subiscono effetti di fotodegradazione: l’energia della radiazione può rompere legami chimici o ossidare residui amminoacidici sensibili, compromettendo la struttura tridimensionale e la funzione biologica. Questo fenomeno è alla base di processi come la denaturazione fotoindotta.
Negli organismi superiori, la pelle rappresenta un chiaro esempio di esposizione continua alla fotodegradazione. I raggi UV favoriscono l’invecchiamento cutaneo (fotoaging) e possono innescare danni ossidativi, con conseguenze che vanno dalla perdita di elasticità alla comparsa di mutazioni potenzialmente tumorali. Per contrastare questi effetti, gli organismi hanno sviluppato sistemi naturali di protezione, come la melanina, che assorbe e dissipa parte dell’energia solare, e complessi meccanismi enzimatici di riparazione del DNA.
Fotodegradazione e riciclo
La fotodegradazione può rappresentare un limite per la durata dei materiali, ma in alcuni casi viene sfruttata in modo positivo per facilitare il riciclo e la riduzione dell’impatto ambientale. Negli ultimi anni, infatti, sono stati sviluppati polimeri fotodegradabili, progettati per rompersi più rapidamente se esposti alla luce solare. Questo approccio è particolarmente utile per ridurre l’accumulo di rifiuti plastici nell’ambiente, in quanto accelera la frammentazione del materiale e ne favorisce la successiva biodegradazione da parte dei microrganismi.
Tuttavia, la fotodegradazione incontrollata può generare microplastiche e sottoprodotti indesiderati, con rischi per gli ecosistemi. Per questo motivo la ricerca scientifica si concentra sulla progettazione di materiali che si degradino in modo selettivo e controllato, trasformandosi in composti innocui. Alcuni studi esplorano la combinazione di additivi fotocatalitici e polimeri biodegradabili per ottenere materiali che, dopo l’uso, si smaltiscano più facilmente senza lasciare residui dannosi.
In questo senso, la fotodegradazione diventa non solo un processo da contenere, ma anche uno strumento innovativo per lo sviluppo di materiali compatibili con un modello di economia circolare, in cui la durata dei prodotti e il loro fine vita vengono progettati in modo sostenibile.
