ultraibolya sugárzásnak való kitettség
A nap ultraibolya sugárzásának kitettsége idővel leronthatja a műanyagot. A polimer fotodegradációja akkor következik be, amikor a láthatatlan, rövid hullámhosszú ultraibolya sugárzás lebontja a polimerláncokat a műanyagokban. Ezt fotodegradációs folyamatnak nevezik. Az ultraibolya sugárzásnak való kitettség okozza, és a fizikai tulajdonságok csökkenését okozza. Ezek közé tartozik az ütési szilárdság elvesztése, a színváltozás, a repedés, a nyúlás és a szakítószilárdság elvesztése, valamint a felületi krétásodás. Például az UV-sugárzás okozta fotodegradáció a kerti székek elhalványulását és törékennyé válását okozhatja. Ráadásul a stadionülések színe krétás lesz, sőt egyes műanyagok megsárgulnak és megrepednek.
Az ultraibolya sugárzás néhány jellemzője
Az ultraibolya sugárzás a nap spektrumának mindössze 4,6 százalékát teszi ki. Ezt nanométerben (nm) mérik, és 290 és 400 között mozog. Az UVB tartomány legagresszívebb része azonban a nagyon rövid, 280 és 315 nanométer közötti hullámhossz. Ezért az UV-sugárzás energiaexpozíciójának (besugárzásának) mértéke attól függ, hogy hol tartózkodik a világon.
mi a besugárzás
A besugárzottság az adott területen egy adott időtartam alatt beeső ultraibolya sugárzási energia mennyisége. 1Ly=1 cal/cm 2=4.184 E 4 Joule/m 2 (Ly=Langley) Ezért Szudánban egy év folyamatos kültéri használat esetén a műanyag részekre átadott energia 220 kcal/cm 2 /év, míg Svédországban 70.
Minden műanyag érzékeny bizonyos hullámhosszokra a 290-400 nm UV-tartományban. Ezért a polipropilénnek három maximuma van 290-300, 330 és 370 nm-en. A nejlon tartománya 290-315, míg a PVC homopolimer 320.
A polimerek lebomlása UV-sugárzás hatására
A polimer fotodegradációja akkor következik be, amikor a nap ultraibolya sugárzását a polimer szerkezetében lévő kémiai csoportok, az úgynevezett kromoforok elnyelik. A kromofor "olyan atom vagy atomcsoport, amelynek jelenléte meghatározza a vegyület színét". A polimer készítmények más adalékanyagokat is tartalmazhatnak, például halogénezett égésgátlókat, töltőanyagokat és pigmenteket. Ezért UV stabilizátorokat fejlesztettek ki, amelyeket a polimerekhez adtak, hogy elnyomják a fotoiniciációs folyamatot. Az első három típus az UV-abszorberek, a kioltók és a gátolt amin fénystabilizátorok (HALS).
1) UV-elnyelő
Az abszorberek olyan fotostabilizátorok, amelyek a kromoforokkal versenyezve képesek elnyelni az UV-sugárzást. Így az abszorber a káros UV-sugárzást ártalmatlan infravörös sugárzássá vagy hővé alakítja, amely a polimer mátrixon keresztül disszipálódik. Az UV-elnyelők előnye, hogy alacsonyak, de csak rövid távú expozícióra alkalmasak. Az UV-elnyelő anyagok a következők:
Abszorber
Az UV-elnyelők előnye, hogy alacsonyak, de csak rövid távú expozícióra alkalmasak. Az UV-elnyelő anyagok a következők:
A korom az egyik leghatékonyabb és leggyakrabban használt UV-sugárzás elnyelő.
Egy másik UV-elnyelő a rutil-titán-oxid, amely a 300-400 nm tartományban hatékony. A nagyon rövid, 315 alatti UVB hullámhossz-tartományban azonban nem túl hasznos.
Hidroxibenzofenon
A hidroxi-fenil-benzotriazol szintén jól ismert UV-stabilizátor, azzal az előnnyel, hogy alkalmas semleges vagy tiszta alkalmazásokra. A hidroxi-fenil-benzotriazolok nem nagyon hasznosak 100 mikron alatti vékony részeken.
Benzofenon PVC-hez
Anzotriazolok és hidroxi-fenil-triazinok polikarbonátokhoz.
Oxalanilid poliamidokhoz
2) Quencher
A kvencherek a kromofor gerjesztett állapotát energiaátviteli folyamaton keresztül visszaadják az alapállapotba. Az energiaátadó szerek a műanyagok fotooxidációja során keletkező karbonilcsoportok gerjesztett állapotának kioltásával és a hidroperoxidok lebontásával hatnak. Ez megakadályozza a kötések felbomlását és végső soron a szabad gyökök képződését.
Nikkel oltóanyag
A nikkeloltó a mezőgazdasági filmgyártásban általánosan használt típus. Ezeket nem használják széles körben, mert nehézfémeket tartalmaznak, és barnás vagy zöld színt adnak a végterméknek. Azonban az alább tárgyalt gátolt amin fénystabilizátorokhoz hasonlóan a nikkel kioltók sem hatékonyak az UV-sugárzás stabilizálásában.
3) Gátolt amin fénystabilizátor (HALS)
A HALS tartós hőstabilizátorok, amelyek a műanyagok fotooxidációja során keletkező szabad gyökök megkötésével működnek. A HALS így korlátozza a fotodegradációs folyamatot. A HALS azon képessége, hogy megköti az UV-sugárzás abszorpciójából származó szabad gyököket, azzal magyarázható, hogy a Denisov-ciklusként ismert folyamat során nitroxilcsoportok képződnek.
Bár a kereskedelemben kapható HALS-termékek szerkezete igen eltérő, mindegyik 2,2,6,6-tetrametil-piperidin gyűrűs szerkezettel rendelkezik. A HALS az egyik leghatékonyabb UV-sugárzás stabilizátor.
UV stabilizátorok különféle műanyagokhoz
Például a HALS hozzájárult a polipropilén fejlesztéséhez az autóiparban. Míg a HALS-ok nagyon hatékonyak poliolefinekben, polietilénben és poliuretánban is, nem használhatók UV-sugárzás stabilizátoraként PVC-ben.
UV stabilizátorok kombinációja
Mivel mindhárom funkció különböző mechanizmusokon keresztül működik, gyakran kombinálják őket szinergikus UV-sugárzást elnyelő adalékokká. Például a benzotriazolokat gyakran használják HALS-szal kombinálva, hogy megakadályozzák a színezőrendszerek fakulását és elszíneződését.
