Lähes kaikki muovit ovat alttiita hajoamiselle joutuessaan alttiiksi ultraviolettivalolle, kuten auringonvalolle tai loisteputkelle. Tämä hajoaminen voi tapahtua käsittelyn aikana tai tuotteen käytön aikana, ja sen oireita ovat hauraus, värinmuutos ja fyysisten ominaisuuksien, kuten iskulujuus, vetolujuus ja värin menetys – jotka kaikki lyhentävät muovin käyttöikää. Jokapäiväinen esimerkki UV-hajoamisesta on nurmikkotuoli, joka voi värjäytyä ja haurastua ajan myötä muovin hajoamisen vuoksi.
UV-stabilointilisäaineet ovat yhdisteitä, jotka on lisätty estämään muovin kulumista ja pidentämään merkittävästi lopputuotteen käyttöikää. UV-stabilisaattoreita lisätään hyvin alhaisina määrinä, tyypillisesti {{0}},1–0,5 prosenttia polymeeristä. Nämä lisäaineet voidaan usein yhdistää peruspolymeeriin valmistuksen aikana tai valmistaa osana masterbatchia. Markkinoilla on monia lisäaineita UV-stabilointiin, mukaan lukien Amshield, Amcorin Ultra Violet Inhibitor -stabilisaattori.
Mikä on fotooksidaatio?
UV-valon aiheuttama muovin hajoaminen on seurausta kemiallisesta prosessista, jota kutsutaan valohapetukseksi tai valohajoamiseksi. UV-valo hajottaa olemassa olevia kemiallisia sidoksia polymeeriketjuissa heikentäen muovia alentamalla sen molekyylipainoa, mikä johtaa lujuuden menettämiseen ja muihin ei-toivottuihin oireisiin, kuten aiemmin on kuvattu. Molekyylihajoaminen, kuten valohapetus, aiheuttaa usein muovien hajoamisen, joten on tärkeää ymmärtää nämä prosessit ja niiden välttäminen!
Suojaamattomien polymeerien UV-kestävyys vaihtelee rakenteesta ja koostumuksesta riippuen. Jotkut muovit ovat rakenteensa ja funktionaalisten ryhmiensä vuoksi alttiimpia valohapetukselle. Valohapetukselle herkimpiä sidoksia ovat hiili-typpisidokset, kuten nitriilit, amidit ja amiinit; hiili-happisidokset, kuten eetterit, esterit, ketonit ja karboksyylihapot; hiili-kloori-sidokset; happi-happisidokset, kuten peroksidit; ja typpi-vetysidokset, kuten amidit ja amiinit.
UV-stabiloivien lisäaineiden tyypit
Valooksidatiivisen prosessin estämiseksi ja muovien suojaamiseksi haitallisilta UV-säteiltä käytetään UV-stabilisaattoreita. UV-suoja voidaan tarjota eri tavoin käytetystä UV-stabilisaattorista riippuen. Tyypillisesti yleisimmät lisäaineet toimivat UV-absorboijina, sammuttajina tai HALSina, ja joissakin tapauksissa voidaan käyttää useampaa kuin yhtä lisäainetta halutun UV-stabiilisuuden saavuttamiseksi.
UV-absorboijat: Riittävällä valontuolla polymeerien herkät funktionaaliset ryhmät (kutsutaan kromoforeiksi) käyvät läpi sarjan reaktioita vapaita radikaaleja synnyttäen. Tämä UV-stabilisaattorin muoto, kuten nimestä voi päätellä, absorboi UV-säteilyä estääkseen fotooksidatiivisten reaktioiden alkamisen. Kun UV-lämpö on imeytynyt, se haihtuu polymeeriketjujen läpi. Musta on erinomainen UV-absorbointi, joten siihen lisätään usein maaleja, väriaineita tai alkuainehiiltä suojaamaan muovituotteita UV-säteiltä. Bentsotriatsolit ja hydroksifenyylitriatsiinit ovat myös esimerkkejä UV-absorboivista.
Sammuttajat: Valohapetusprosessiin kuuluu useita reaktioita, jotka lopulta synnyttävät vapaita radikaaleja, jotka reagoivat useiden polymeeriketjun sidosten kanssa tuhoten muovin eheyden. Sammuttajat toimivat sammuttamalla valohapetusreaktioiden aikana syntyvää energiaa, mikä palauttaa virittyneet molekyylit perustilaan, jossa ne eivät todennäköisesti edistä vapaita radikaaleja muodostavaa valohapetusreaktiota. Nikkelisammuttaja on esimerkki tästä UV-stabilisaattorin muodosta.
HALS: Estetyt amiinivalostabilisaattorit (HALS) ovat UV-stabilisaattoreita, jotka kohdistavat ja vangitsevat valohapetuksen aikana syntyviä vapaita radikaaleja ja estävät niitä reagoimasta polymeerirakenteen kanssa. HALSin rakenne vaihtelee, mutta yleensä sillä on 2,2,6,6-tetrametyylipiperidiinirengasrakenne.
