De top 3 kunststofadditieven voor UV-stabilisatie

Blootstelling aan UV-straling

Na verloop van tijd zal blootstelling aan de UV-straling van zonlicht kunststoffen aantasten. Fotodegradatie van polymeren treedt op wanneer niet-zichtbare UV-straling bestaat uit korte golf lengtes breken de polymeerketens in plastic af. Dit wordt het fotodegradatieproces genoemd. Het wordt veroorzaakt door blootstelling aan UV-straling en leidt tot verslechtering van de fysieke eigenschappen. Deze omvatten verlies van slagvastheid, kleurveranderingen, barsten, verlies van rek en treksterkte evenals verkrijting van het oppervlak. Zo zorgt fotodegradatie door UV-straling ervoor dat tuinstoelen hun glans verliezen en broos worden. Ook lijkt de kleur van stadionstoelen kalkachtig en sommige kunststoffen zullen zelfs geel worden en barsten.

Enkele kenmerken van UV-straling

UV-straling maakt slechts 4,6% uit van het zonnespectrum. Het wordt berekend in nanometers (nm) en varieert tussen 290 en 400. Het meest agressieve deel van het UVB-bereik zijn echter de zeer korte golflengten tussen 280 en 315 nanometer. De hoeveelheid blootstelling aan UV-stralingsenergie (straling) hangt af van waar ter wereld u zich bevindt.

Wat is bestraling

Bestraling is de UV-stralingsenergie die gedurende een bepaalde tijdsperiode over een specifiek gebied valt. 1Ly =1 cal/cm ² =4.184 E ⁴ Joule/m ² (Ly=Langley) De hoeveelheid energie die in één jaar continu buitengebruik op een plastic onderdeel wordt overgedragen, is dus 220 kcal/cm ² /jaar in Soedan terwijl het in Zweden 70 is.

Elke kunststof is gevoelig voor bepaalde golflengten binnen het UV-gebied van 290-400 nm. Polypropyleen heeft drie maxima bij 290-300, 330 en 370 nm. Het bereik voor nylon is 290-315 en PVC-homopolymeer is 320.

UV-golflengtegevoeligheid van polymeren (nm)

Polymeerdegradatie

Fotodegradatie van polymeren treedt op wanneer UV-straling van de zon wordt geabsorbeerd door chemische groepen in de polymeerformatie die chromoforen worden genoemd. Chromoforen zijn "een atoom of groep atomen waarvan de aanwezigheid verantwoordelijk is voor de kleur van een verbinding". De polymeerformule kan andere additieven bevatten, zoals gehalogeneerde vlamvertragers, vulstoffen en pigmenten. Er zijn UV-stabilisatoren ontwikkeld die aan een polymeer worden toegevoegd om de foto-initiatieprocessen te remmen. De top drie soorten zijn Ultraviolet Absorbers, Quenchers en Hindered Amine Light Stabilizers (HALS).

1) Ultraviolette absorbers

Absorbers zijn een soort lichtstabilisator die functioneert door te concurreren met de chromoforen om UV-straling te absorberen. Absorbers zetten schadelijke UV-straling om in onschadelijke infraroodstraling of warmte die via de polymeermatrix wordt afgevoerd. UV-absorberende middelen hebben het voordeel van lage kosten, maar kunnen alleen nuttig zijn voor blootstelling op korte termijn. UV-absorberende middelen zijn onder meer:

Absorbers

UV-absorberende middelen hebben het voordeel van lage kosten, maar kunnen alleen nuttig zijn voor blootstelling op korte termijn. UV-absorberende middelen omvatten:

• Carbon black is een van de meest effectieve en meest gebruikte UV-stralingstraling dempers.

• Een ander UV-absorberend middel is rutiel titaniumoxide dat effectief is in het bereik van 300-400 nm. Het is echter niet erg bruikbaar in het zeer korte golflengte UVB-bereik onder 315.

• Hydroxybenzofenon

• Hydroxyfenylbenzotriazool zijn ook bekende UV-stabilisatoren die het voordeel hebben dat ze geschikt zijn voor neutrale of transparante toepassingen. Hydroxyfenylbenzotriazool is niet erg bruikbaar in dunne delen van minder dan 100 micron.

• Benzofenonen voor PVC

• Enzotriazolen en hydroxyfenyltriazinen voor polycarbonaat.

• Oxaniliden voor polyamiden

2) Quenchers

Quenchers brengen de aangeslagen toestanden van de chromoforen terug naar de grondtoestanden door middel van een proces van energieoverdracht. Het energieoverdrachtsmiddel functioneert door het blussen van de aangeslagen toestand van een carbonylgroep gevormd tijdens de foto-oxidatie van een plastic materiaal en door de ontleding van hydroperoxiden. Dit voorkomt bindingssplitsing en uiteindelijk de vorming van vrije radicalen.

Nikkelblussers

Nikkelblussers zijn een veelvoorkomend type dat wordt gebruikt bij de productie van landbouwfilms. Deze worden niet veel gebruikt omdat ze zware metalen bevatten en tan of groene kleuren bijdragen aan het eindproduct. Echter, nikkel quenchers stabiliseren UV-straling niet effectief, zoals de Hindered Amine Light Stabilizers die hierna worden besproken.

3) Gehinderde lichtstabilisatoren van amine (HALS)

HALS zijn thermische stabilisatoren voor de lange termijn die werken door vrije radicalen op te vangen die worden gevormd tijdens de foto-oxidatie van een plastic materiaal. Daarom beperkt HALS het fotodegradatieproces. Het vermogen van Hindered Amine Light Stabilizers om radicalen op te vangen die worden gecreëerd door de absorptie van UV-straling, wordt verklaard door de vorming van nitroxlyradicalen via een proces dat bekend staat als de Denisov-cyclus.

Hoewel er grote structurele verschillen zijn in de HALS-producten die in de handel verkrijgbaar zijn, delen ze allemaal de 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-ringstructuur. HALS zijn enkele van de meest bekwame stabilisatoren voor UV-straling.

UV-stabilisatoren voor een breed scala aan kunststoffen

HALS heeft bijvoorbeeld de groei van polypropyleen in de auto-industrie mogelijk gemaakt. Hoewel HALS ook zeer effectief is in polyolefinen, polyethyleen en polyurethaan, zijn ze niet bruikbaar als stabilisatoren voor UV-straling in PVC.

Combinaties van UV-stabilisatoren

Omdat ze alle drie door verschillende mechanismen werken, worden ze vaak gecombineerd tot synergetische UV-stralingabsorberende additieven. Zo worden benzotriazolen vaak gecombineerd met HALS om gepigmenteerde systemen te beschermen tegen vervaging en kleurveranderingen.

Onderdelen, afdrukken en problemen! Neem contact op met Craftech Industries, Inc voor hulp.

Geïnteresseerd om meer te weten te komen over hoogwaardige kunststoffen? Download onze gratis gids!