Bijna alle kunststoffen worden gemakkelijk afgebroken wanneer ze worden blootgesteld aan ultraviolet licht, zoals zonlicht of fluorescerend licht. Deze degradatie kan optreden tijdens de verwerking of nadat het product in gebruik is genomen, en de symptomen zijn onder meer broosheid, verkleuring en verlies van fysieke eigenschappen zoals slagvastheid, treksterkte en kleur, die allemaal bijdragen aan een kortere levensduur van kunststoffen. UV-stralen Een alledaags voorbeeld van degradatie zijn tuinstoelen, die na verloop van tijd verkleuren en broos worden door de achteruitgang van plastic.
UV-stabiliserende additieven zijn verbindingen die worden toegevoegd om aantasting van plastic tegen te gaan 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 het fabricageproces vaak met het basispolymeer worden gecombineerd of als onderdeel van een masterbatch worden bereid. Er zijn veel additieven op de markt voor UV-stabilisatie, waaronder Amcor's UV-remmer-stabilisator Amshield.
Wat is foto-oxidatie?
De verslechtering van kunststoffen veroorzaakt door UV-licht is het resultaat van een chemisch proces dat foto-oxidatie of fotodegradatie wordt genoemd. UV-licht verslechtert de bestaande chemische bindingen in de polymeerketen, waardoor het plastic verzwakt door het molecuulgewicht te verminderen, wat resulteert in verlies van sterkte en andere ongewenste symptomen, zoals eerder besproken. Moleculaire degradatie, zoals foto-oxidatie, zorgt er vaak voor dat kunststoffen falen, dus het is belangrijk om deze processen te begrijpen en te vermijden!
De UV-bestendigheid van onbeschermde polymeren varieert per structuur en samenstelling. Sommige kunststoffen zijn vanwege hun structuur en functionele groepen gevoeliger voor foto-oxidatie. De bindingen die het meest vatbaar zijn voor foto-oxidatie omvatten koolstof-stikstofbindingen, zoals nitrillen, amiden en aminen; koolstof-zuurstofbindingen, zoals ethers, esters, ketonen, carbonzuren, enz.; koolstof-chloorbindingen; zuurstof-zuurstofbindingen, zoals peroxiden; en stikstof Waterstof, zoals amiden en aminen.
Soorten UV-stabilisatoren
Om het foto-oxidatieproces te remmen en het plastic te beschermen tegen schadelijke UV-stralen, worden UV-stabilisatoren gebruikt. Afhankelijk van de specifieke UV-stabilisator die wordt gebruikt, kan UV-bescherming op verschillende manieren worden geboden. Over het algemeen verschijnen de meest voorkomende soorten additieven als UV-absorbers, -quenchers of HALS, en in sommige gevallen kan meer dan één additief worden gebruikt om het gewenste niveau van UV-stabilisatie te bieden.
UV-absorbers: Bij voldoende lichtinvoer genereren gevoelige functionele groepen (chromoforen genaamd) in het polymeer vrije radicalen door middel van een reeks reacties. Zoals de naam al doet vermoeden, absorbeert deze vorm van UV-stabilisator UV-straling om het ontstaan van foto-oxidatieve reacties te voorkomen. Zodra de warmte van het UV-licht is geabsorbeerd, wordt deze afgevoerd via de polymeerketens. Zwart is een uitstekende UV-absorbeerder, daarom worden vaak verven, kleurstoffen of elementair carbonzwart toegevoegd om plastic producten te beschermen tegen UV-stralen. Benzotriazolen en hydroxyfenyltriazinen zijn ook voorbeelden van UV-absorptiemiddelen.
Quenchers: Het foto-oxidatieproces omvat verschillende reacties die uiteindelijk vrije radicalen produceren 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 de foto-oxidatiereactie en daarom worden ze teruggeslagen naar de grondtoestand, waar het minder waarschijnlijk is dat ze de foto-oxidatiereactie voortplanten die vrije radicalen produceert. Nikkel-quenchers zijn een voorbeeld van deze vorm van UV-stabilisator.
HALS: Hindered Amine Light Stabilizer of HALS is een UV-stabilisator die zich richt op vrije radicalen die worden gegenereerd tijdens foto-oxidatie en deze opvangt, waardoor wordt voorkomen dat ze reageren met de polymeerstructuur. De structuur van HALS varieert, maar heeft meestal een 2,2,6,6-tetramethylpiperidine ringstructuur.
