Bijna alle kunststoffen zijn vatbaar voor degradatie bij blootstelling aan ultraviolet licht, zoals zonlicht of tl-verlichting. Deze degradatie kan optreden tijdens de verwerking of als het product eenmaal in gebruik is, en symptomen zijn onder meer brosheid, verkleuring en verlies van fysische eigenschappen zoals slagvastheid, treksterkte en kleur - die allemaal leiden tot een kortere levensduur van de kunststof. Een alledaags voorbeeld van UV-degradatie is een tuinstoel die na verloop van tijd kan verkleuren en broos kan worden als gevolg van plastic degradatie.
UV-stabilisatie-additieven zijn verbindingen die worden toegevoegd om aantasting van plastic te voorkomen en de levensduur van het eindproduct aanzienlijk te verlengen. UV-stabilisatoren worden in zeer lage concentraties toegevoegd, meestal {{0}}.1 – 0,5 procent van het polymeer. Deze additieven kunnen tijdens de fabricage vaak worden gecombineerd met het basispolymeer of worden bereid als onderdeel van een masterbatch. Er zijn veel additieven op de markt voor UV-stabilisatie, waaronder Amshield, Amcor's Ultra Violet Inhibitor-stabilisator.
Wat is foto-oxidatie?
Kunststofafbraak veroorzaakt door UV-licht is het resultaat van een chemisch proces dat foto-oxidatie of fotodegradatie wordt genoemd. UV-licht verslechtert bestaande chemische bindingen in de polymeerketens, waardoor het plastic verzwakt door het molecuulgewicht te verminderen, wat leidt tot verlies van sterkte en andere ongewenste symptomen, zoals eerder beschreven. Moleculaire afbraak, zoals foto-oxidatie, zorgt er vaak voor dat kunststoffen falen, dus het is belangrijk om deze processen te begrijpen en te vermijden!
UV-bestendigheid van onbeschermde polymeren varieert, afhankelijk van structuur en samenstelling. Sommige kunststoffen zijn gevoeliger voor foto-oxidatie vanwege hun structuur en functionele groepen. Bindingen die het meest vatbaar zijn voor foto-oxidatie zijn onder meer koolstof-stikstofbindingen zoals nitrillen, amiden en aminen; koolstof-zuurstofbindingen zoals ethers, esters, ketonen en carbonzuren; koolstof-chloorbindingen; zuurstof-zuurstofbindingen zoals peroxiden; en stikstof-waterstofbindingen zoals amiden en aminen.
Soorten UV-stabiliserende additieven
Om het foto-oxidatieve proces te remmen en kunststoffen te beschermen tegen schadelijke UV-stralen, worden UV-stabilisatoren gebruikt. UV-bescherming kan op verschillende manieren worden geboden, afhankelijk van de specifieke gebruikte UV-stabilisator. Doorgaans werken de meest voorkomende typen additieven als UV-absorbers, -quenchers of HALS, en in sommige gevallen kan meer dan één additief worden gebruikt om het gewenste niveau van UV-stabiliteit te bieden.
UV-absorbers: Bij voldoende lichtinval ondergaan gevoelige functionele groepen (chromoforen genaamd) in polymeren een reeks reacties om vrije radicalen te genereren. Deze vorm van UV-stabilisator absorbeert, zoals de naam al doet vermoeden, UV-straling om het ontstaan van foto-oxidatieve reacties te voorkomen. Zodra de UV-warmte is geabsorbeerd, wordt deze afgevoerd via de polymeerketens. Zwart is een uitstekende UV-absorbeerder, dus verven, kleurstoffen of elementair roet worden vaak toegevoegd om plastic producten te beschermen tegen UV-stralen. Benzotriazolen en hydroxyfenyltriazinen zijn ook voorbeelden van UV-absorptiemiddelen.
Quenchers: Het foto-oxidatieproces omvat meerdere reacties die uiteindelijk vrije radicalen genereren die reageren met meerdere bindingen in de polymeerketen, waardoor de integriteit van het plastic wordt vernietigd. Quenchers werken door de energie te doven die wordt gegenereerd tijdens foto-oxidatiereacties, waardoor geëxciteerde moleculen worden teruggebracht naar de grondtoestand, waar het minder waarschijnlijk is dat ze de vrije radicalen genererende foto-oxidatiereactie voortplanten. Een nikkel quencher is een voorbeeld van deze vorm van UV-stabilisator.
HALS: Hindered Amine Light Stabilizers (HALS) zijn UV-stabilisatoren die zich richten op vrije radicalen die worden gegenereerd tijdens foto-oxidatie en deze vangen, waardoor wordt voorkomen dat ze reageren met de polymeerstructuur. De structuur van HALS varieert, maar heeft over het algemeen een 2,2,6,6-tetramethylpiperidine ringstructuur.
