izlaganje ultraljubičastom zračenju
Izloženost sunčevom ultraljubičastom zračenju može vremenom degradirati plastiku. Fotodegradacija polimera nastaje kada nevidljivo ultraljubičasto zračenje koje se sastoji od kratkih talasnih dužina razbije polimerne lance u plastici. To se naziva proces fotodegradacije. Uzrokuje ga izlaganje ultraljubičastom zračenju i uzrokuje smanjenje fizičkih svojstava. To uključuje gubitak udarne čvrstoće, promjenu boje, pucanje, gubitak istezanja i vlačne čvrstoće i kredanje površine. Na primjer, fotodegradacija uzrokovana UV zračenjem može uzrokovati da vrtne stolice potamne i postanu lomljive. Osim toga, boja sjedala na stadionu će izgledati kao kreda, a neke plastike će čak požutjeti i pucati.
Neke karakteristike ultraljubičastog zračenja
Ultraljubičasto zračenje čini samo 4,6 posto sunčevog spektra. Mjeri se u nanometrima (nm) i kreće se od 290 do 400. Međutim, najagresivniji dio UVB opsega su vrlo kratke talasne dužine između 280 i 315 nanometara. Stoga, količina izloženosti UV zračenju energiji (zračenje) ovisi o tome gdje se nalazite u svijetu.
šta je zračenje
Ozračenost je količina energije ultraljubičastog zračenja koja pada na određeno područje u određenom vremenskom periodu. 1Ly=1 cal/cm 2=4.184 E 4 Joule/m 2 (Ly=Langley) Dakle, za godinu dana neprekidne upotrebe na otvorenom u Sudanu, energija koja se prenosi na plastične dijelove iznosi 220 kcal/cm 2 /godišnje, dok je u Švedskoj 70.
Svaka plastika je osjetljiva na određene talasne dužine u UV području od 290-400 nm. Dakle, polipropilen ima tri maksimuma na 290-300, 330 i 370 nm. Najlon se kreće od 290-315, dok je PVC homopolimer 320.
Degradacija polimera UV zračenjem
Fotodegradacija polimera nastaje kada ultraljubičasto zračenje sunca apsorbuju hemijske grupe u polimernoj strukturi koje se nazivaju hromofori. Kromofor je "atom ili grupa atoma čije prisustvo određuje boju spoja". Polimerne formulacije mogu uključivati druge aditive kao što su halogenirani usporivači plamena, punila i pigmenti. Zbog toga su razvijeni UV stabilizatori i dodani polimerima kako bi se suzbio proces fotoinicijacije. Prve tri vrste su UV apsorberi, gasitelji i stabilizatori svjetlosti ometanih amina (HALS).
1) UV apsorber
Apsorberi su fotostabilizatori koji rade tako što se nadmeću sa hromoforima da apsorbuju UV zračenje. Dakle, apsorber pretvara štetno UV zračenje u bezopasno infracrveno zračenje ili toplinu koja se raspršuje kroz polimernu matricu. UV apsorberi imaju prednost što su niske cijene, ali mogu biti prikladni samo za kratkotrajno izlaganje. UV apsorberi uključuju:
Absorber
UV apsorberi imaju prednost što su niske cijene, ali mogu biti prikladni samo za kratkotrajno izlaganje. UV apsorberi uključuju:
Čađa je jedan od najefikasnijih i najčešće korištenih apsorbera UV zračenja.
Drugi UV apsorber je rutil titanijum oksid, koji je efikasan u opsegu od 300-400 nm. Međutim, nije od velike koristi u UVB opsegu vrlo kratkih talasnih dužina ispod 315.
Hidroksibenzofenon
Hidroksifenil benzotriazol je također dobro poznat UV stabilizator s prednošću što je pogodan za neutralne ili prozirne primjene. Hidroksifenilbenzotriazoli nisu baš korisni u tankim dijelovima ispod 100 mikrona.
Benzofenon za PVC
Anzotriazoli i hidroksifeniltriazini za polikarbonate.
Oksalanilid za poliamide
2) Quencher
Gasitelji vraćaju pobuđeno stanje hromofora u osnovno stanje kroz proces prijenosa energije. Sredstva za prijenos energije djeluju tako što gase pobuđeno stanje karbonilnih grupa koje nastaju tokom fotooksidacije plastičnih materijala i razgradnjom hidroperoksida. Ovo sprečava pucanje veza i na kraju stvaranje slobodnih radikala.
Sredstvo za gašenje nikla
Gasilac nikla je tip koji se obično koristi u proizvodnji poljoprivredne folije. Oni se ne koriste široko jer sadrže teške metale i daju konačnom proizvodu žutu ili zelenu boju. Međutim, kao i stabilizatori svjetlosti s otežanim aminima o kojima se govori u nastavku, sredstva za gašenje nikla nisu učinkovita u stabilizaciji UV zračenja.
3) Ometani stabilizator svjetlosti amina (HALS)
HALS su dugotrajni stabilizatori topline koji rade tako što hvataju slobodne radikale nastale tokom fotooksidacije plastičnih materijala. HALS tako ograničava proces fotodegradacije. Sposobnost HALS-a da ukloni slobodne radikale koji nastaju apsorpcijom UV zračenja može se objasniti formiranjem nitroksil grupa u procesu poznatom kao Denisov ciklus.
Iako se komercijalno dostupni HALS proizvodi uvelike razlikuju po strukturi, svi imaju strukturu 2,2,6,6-tetrametilpiperidinskog prstena. HALS su neki od najiskusnijih stabilizatora UV zračenja.
UV stabilizatori za razne plastike
Na primjer, HALS je doprinio razvoju polipropilena u automobilskoj industriji. Dok su HALS takođe vrlo efikasni u poliolefinima, polietilenu i poliuretanu, ne mogu se koristiti kao stabilizatori za UV zračenje u PVC-u.
Kombinacija UV stabilizatora
Budući da sve tri funkcije djeluju kroz različite mehanizme, često se kombinuju u sinergijske aditive koji apsorbiraju UV zračenje. Na primjer, benzotriazoli se često koriste u kombinaciji sa HALS-om kako bi se spriječilo blijeđenje i promjena boje u sistemima za bojenje.
