altistuminen ultraviolettisäteilylle
Altistuminen auringon ultraviolettisäteilylle voi hajottaa muovia ajan myötä. Polymeerin valohajoaminen tapahtuu, kun lyhyistä aallonpituuksista koostuva näkymätön ultraviolettisäteily hajottaa muovien polymeeriketjuja. Tätä kutsutaan valohajoamisprosessiksi. Se johtuu altistumisesta ultraviolettisäteilylle ja aiheuttaa fysikaalisten ominaisuuksien heikkenemistä. Näitä ovat iskulujuuden menetys, värinmuutos, halkeilu, venymän ja vetolujuuden menetys ja pinnan liituutuminen. Esimerkiksi UV-säteilyn aiheuttama valohajoaminen voi saada puutarhatuolit tummumaan ja muuttumaan hauraiksi. Lisäksi stadionin istuinten väri näyttää kalkkiselta ja osa muovista jopa kellastuu ja halkeilee.
Jotkut ultraviolettisäteilyn ominaisuudet
Ultraviolettisäteily muodostaa vain 4,6 prosenttia auringon spektristä. Se mitataan nanometreinä (nm) ja vaihtelee välillä 290 - 400. UVB-alueen aggressiivisin osa on kuitenkin erittäin lyhyet aallonpituudet välillä 280 - 315 nanometriä. Siksi UV-säteilyn energiaaltistuksen (säteilytyksen) määrä riippuu siitä, missä päin maailmaa olet.
mitä on säteilytys
Säteilyvoimakkuus on ultraviolettisäteilyenergian määrä, joka osuu tietylle alueelle tietyn ajanjakson aikana. 1Ly=1 cal/cm 2=4.184 E 4 Joule/m 2 (Ly=Langley) Siksi yhden vuoden jatkuvassa ulkokäytössä Sudanissa muoviosiin siirtyvä energia on 220 kcal/cm 2 /vuosi, kun taas Ruotsissa 70.
Jokainen muovi on herkkä tietyille aallonpituuksille UV-alueella 290-400 nm. Siksi polypropeenilla on kolme maksimia aallonpituudella 290-300, 330 ja 370 nm. Nylon vaihtelee välillä 290-315, kun taas PVC-homopolymeeri on 320.
Polymeerien hajoaminen UV-säteilyn vaikutuksesta
Polymeerin valohajoaminen tapahtuu, kun auringon ultraviolettisäteily imeytyy polymeerirakenteen kemiallisiin ryhmiin, joita kutsutaan kromoforeiksi. Kromofori on "atomi tai atomiryhmä, jonka läsnäolo määrittää yhdisteen värin". Polymeerikoostumukset voivat sisältää muita lisäaineita, kuten halogenoituja palonestoaineita, täyteaineita ja pigmenttejä. Siksi kehitettiin UV-stabilisaattoreita ja lisättiin polymeereihin fotoinitiaatioprosessin estämiseksi. Kolme ensimmäistä tyyppiä ovat UV-absorberit, sammuttimet ja estetty amiinivalostabilisaattorit (HALS).
1) UV-absorber
Absorberit ovat valostabilisaattoreita, jotka kilpailevat kromoforien kanssa UV-säteilyn absorboimiseksi. Siten absorboija muuttaa haitallisen UV-säteilyn vaarattomaksi infrapunasäteilyksi tai lämmöksi, joka haihtuu polymeerimatriisin läpi. UV-absorboivien aineiden etuna on alhaiset kustannukset, mutta ne voivat soveltua vain lyhytaikaiseen altistumiseen. UV-absorboijia ovat:
Absorber
UV-absorboivien aineiden etuna on alhaiset kustannukset, mutta ne voivat soveltua vain lyhytaikaiseen altistumiseen. UV-absorboijia ovat:
Hiilimusta on yksi tehokkaimmista ja yleisimmin käytetyistä UV-säteilyn absorboijista.
Toinen UV-absorboija on rutiilititaanioksidi, joka on tehokas alueella 300-400 nm. Se ei kuitenkaan ole kovin hyödyllinen erittäin lyhyellä UVB-aallonpituusalueella alle 315.
Hydroksibentsofenoni
Hydroksifenyylibentsotriatsoli on myös hyvin tunnettu UV-stabilisaattori, jonka etuna on, että se sopii neutraaleihin tai kirkkaisiin sovelluksiin. Hydroksifenyylibentsotriatsolit eivät ole kovin käyttökelpoisia ohuissa alle 100 mikronin osissa.
Bentsofenoni PVC:lle
Anzotriatsolit ja hydroksifenyylitriatsiinit polykarbonaateille.
Oksalanilidi polyamideille
2) Sammutin
Sammuttajat palauttavat kromoforin virittyneen tilan perustilaan energiansiirtoprosessin kautta. Energiansiirtoaineet toimivat sammuttamalla muovimateriaalien valohapetuksen aikana muodostuneiden karbonyyliryhmien virittyneen tilan ja hydroperoksidien hajoamisen. Tämä estää sidosten katkeamisen ja lopulta vapaiden radikaalien muodostumisen.
Nikkeli sammutusaine
Nikkelisammutinta käytetään yleisesti maatalouskalvon tuotannossa. Näitä ei käytetä laajalti, koska ne sisältävät raskasmetalleja ja antavat lopputuotteelle ruskean tai vihreän värin. Kuten alla käsitellyt estetyt amiinivalon stabilisaattorit, nikkelin sammuttimet eivät kuitenkaan ole tehokkaita UV-säteilyn stabiloinnissa.
3) Estetty Amine Light Stabilizer (HALS)
HALS ovat pitkäkestoisia lämpöstabilisaattoreita, jotka sitovat muovimateriaalien valohapetuksen aikana muodostuneita vapaita radikaaleja. HALS rajoittaa siten valohajoamisprosessia. HALSin kyky poistaa UV-säteilyn absorptiosta syntyviä vapaita radikaaleja voidaan selittää nitroksyyliryhmien muodostumisella prosessissa, joka tunnetaan nimellä Denisov-sykli.
Vaikka kaupallisesti saatavilla olevat HALS-tuotteet vaihtelevat suuresti rakenteeltaan, niillä kaikilla on 2,2,6,6-tetrametyylipiperidiinirengasrakenne. HALS ovat eräitä tehokkaimmista UV-säteilyn stabilointiaineista.
UV-stabilisaattorit erilaisille muoveille
Esimerkiksi HALS on edistänyt polypropeenin kehitystä autoteollisuudessa. Vaikka HALS-yhdisteet ovat myös erittäin tehokkaita polyolefiineissa, polyeteenissä ja polyuretaanissa, niitä ei voida käyttää UV-säteilyn stabilointiaineina PVC:ssä.
UV-stabilisaattorien yhdistelmä
Koska kaikki kolme toimintoa toimivat eri mekanismien kautta, ne yhdistetään usein synergistisiksi UV-säteilyä absorboiviksi lisäaineiksi. Esimerkiksi bentsotriatsoleja käytetään usein yhdessä HALSin kanssa estämään haalistumista ja värimuutoksia värijärjestelmissä.
