blootstelling aan ultraviolette straling
Blootstelling aan de ultraviolette straling van de zon kan plastic na verloop van tijd aantasten. Fotodegradatie van polymeren treedt op wanneer onzichtbare ultraviolette straling bestaande uit korte golflengten polymeerketens in kunststoffen afbreekt. Dit wordt het fotodegradatieproces genoemd. Het wordt veroorzaakt door blootstelling aan ultraviolette straling en veroorzaakt een afname van fysieke eigenschappen. Deze omvatten verlies van slagvastheid, kleurverandering, barsten, verlies van rek en treksterkte en verkalking van het oppervlak. Fotodegradatie veroorzaakt door UV-straling kan er bijvoorbeeld voor zorgen dat tuinstoelen dof worden en broos worden. Bovendien zal de kleur van de stadionstoelen kalkachtig lijken en sommige kunststoffen zullen zelfs geel worden en barsten.
Enkele kenmerken van ultraviolette straling
Ultraviolette straling maakt slechts 4,6 procent uit van het zonnespectrum. Het wordt gemeten in nanometer (nm) en varieert van 290 tot 400. Het meest agressieve deel van het UVB-bereik zijn echter de zeer korte golflengten tussen 280 en 315 nanometer. Daarom hangt de hoeveelheid blootstelling aan UV-stralingsenergie (bestraling) af van waar ter wereld u zich bevindt.
wat is bestraling
Instraling is de hoeveelheid ultraviolette stralingsenergie die gedurende een bepaalde tijd op een bepaald gebied valt. 1Ly=1 cal/cm 2=4.184 E 4 Joule/m 2 (Ly=Langley) Dus voor een jaar continu buitengebruik in Soedan is de energie die wordt overgedragen aan de plastic onderdelen 220 kcal/cm 2 /jaar, terwijl het in Zweden 70 is.
Elk plastic is gevoelig voor bepaalde golflengten in het 290-400 nm UV-gebied. Daarom heeft polypropyleen drie maxima bij 290-300, 330 en 370 nm. Nylon varieert van 290-315, terwijl PVC-homopolymeer 320 is.
Afbraak van polymeren door UV-straling
Fotodegradatie van polymeren treedt op wanneer ultraviolette straling van de zon wordt geabsorbeerd door chemische groepen in de polymeerstructuur die chromoforen worden genoemd. Een chromofoor is "een atoom of groep atomen waarvan de aanwezigheid de kleur van een verbinding bepaalt". Polymeerformuleringen kunnen andere additieven bevatten, zoals gehalogeneerde vlamvertragers, vulstoffen en pigmenten. Daarom werden UV-stabilisatoren ontwikkeld en aan polymeren toegevoegd om het foto-initiatieproces te onderdrukken. De eerste drie typen zijn UV-absorbers, quenchers en gehinderde amine-lichtstabilisatoren (HALS).
1) UV-absorber
Absorbers zijn fotostabilisatoren die werken door te concurreren met chromoforen om UV-straling te absorberen. Zo zet de absorber schadelijke UV-straling om in onschadelijke infraroodstraling of warmte die door de polymeermatrix wordt afgevoerd. UV-absorbers hebben het voordeel dat ze goedkoop zijn, maar mogelijk alleen geschikt voor kortdurende blootstellingen. UV-absorbers omvatten:
Absorber
UV-absorbers hebben het voordeel dat ze goedkoop zijn, maar mogelijk alleen geschikt voor kortdurende blootstellingen. UV-absorbers omvatten:
Carbon black is een van de meest effectieve en meest gebruikte UV-stralingsabsorbers.
Een ander UV-absorberend middel is rutiel titaanoxide, dat effectief is in het 300-400 nm bereik. Het is echter niet erg nuttig in het zeer korte UVB-bereik onder 315.
Hydroxybenzofenon
Hydroxyfenylbenzotriazool is ook een bekende UV-stabilisator met als voordeel dat het geschikt is voor neutrale of heldere toepassingen. Hydroxyfenylbenzotriazolen zijn niet erg bruikbaar in dunne delen kleiner dan 100 micron.
Benzofenon voor PVC
Anzotriazolen en hydroxyfenyltriazinen voor polycarbonaten.
Oxalanilide voor polyamiden
2) Uitdover
Quenchers brengen de aangeslagen toestand van de chromofoor terug naar de grondtoestand door middel van een energieoverdrachtsproces. Energieoverdrachtsmiddelen werken door de aangeslagen toestand van carbonylgroepen te doven die worden gevormd tijdens foto-oxidatie van plastic materialen en door ontleding van hydroperoxiden. Dit voorkomt het verbreken van bindingen en uiteindelijk de vorming van vrije radicalen.
Nikkel blusmiddel
Nikkel-quencher is het type dat gewoonlijk wordt gebruikt bij de productie van landbouwfilms. Deze worden niet veel gebruikt omdat ze zware metalen bevatten en het eindproduct een bruine of groene kleur geven. Echter, zoals de gehinderde amine-lichtstabilisatoren die hieronder worden besproken, zijn nikkel-uitdovers niet effectief bij het stabiliseren van UV-straling.
3) gehinderd amine licht stabilisator (HALS)
HALS zijn langdurige hittestabilisatoren die werken door vrije radicalen vast te houden die worden gevormd tijdens foto-oxidatie van plastic materialen. HALS beperkt dus het fotodegradatieproces. Het vermogen van HALS om vrije radicalen op te vangen die ontstaan door de absorptie van UV-straling kan worden verklaard door de vorming van nitroxylgroepen in een proces dat bekend staat als de Denisov-cyclus.
Hoewel in de handel verkrijgbare HALS-producten sterk verschillen in structuur, hebben ze allemaal een 2,2,6,6-tetramethylpiperidine ringstructuur. HALS zijn enkele van de meest bekwame UV-stralingsstabilisatoren.
UV-stabilisatoren voor diverse kunststoffen
Zo heeft HALS bijgedragen aan de ontwikkeling van polypropyleen in de auto-industrie. Hoewel HALS ook zeer effectief zijn in polyolefinen, polyethyleen en polyurethaan, kunnen ze niet worden gebruikt als stabilisatoren voor UV-straling in PVC.
Combinatie van UV-stabilisatoren
Omdat alle drie de functies via verschillende mechanismen werken, worden ze vaak gecombineerd tot synergetische additieven die UV-straling absorberen. Zo worden benzotriazolen vaak gebruikt in combinatie met HALS om vervaging en verkleuring in kleursystemen te voorkomen.
