UV-afbraak van kunststoffen en UV-bestendige additieven

Zonlicht kan plastic aantasten

Veel kunststoffen zullen in zonlicht degraderen zonder toevoeging van lichtblokkers, stabilisatoren of UV-absorberende middelen. Materialen kunnen verkleuren, barsten of volledig uiteenvallen. Hoewel de UV-degradatie van een polymeer in zonlicht gewoonlijk slechts 0,05 diep in het materiaaloppervlak is, kan de zeer brosse aard van sommige kunststoffen leiden tot volledige uitval van componenten.

Tekenen van UV-degradatie

*Broze buitenlaag (verlies van trekrek)
*Verlaging van molecuulgewicht
*Verlies van mechanische eigenschappen
*Verandering in chemische eigenschappen
*Verkleuring, vergeling
* Kleurvervaging
*Verlies van helderheid
*Vorming van scheuren
*Krijtachtig uiterlijk

Klapstoel met UV-schade

Drie soorten ultraviolette straling

Het elektromagnetische spectrum bestaat uit zeven secties. In volgorde van de hoogste energie naar de laagste worden de secties gammastralen, röntgenstralen, ultraviolette straling, zichtbaar licht, infraroodstraling en radiogolven genoemd.

Ultraviolette straling bestaat uit drie soorten:UVA, UVB en UBC. UVA maakt je huid bruin, terwijl UVB ervoor zorgt dat je huid verbrandt. UVC is een kiemdodend middel dat micro-organismen doodt. De ozonlaag van de aarde blokkeert effectief UVC-licht. Het is UVB dat het meeste effect heeft op de UV-afbraak van een polymeer.

Hoe UV-licht kunststoffen afbreekt

Kunststoffen zijn opgebouwd uit polymeerketens. Dus wanneer UV-energie door veel kunststoffen wordt geabsorbeerd, zal het fotonen in het materiaal opwekken, die vervolgens vrije radicalen creëren. Als er zuurstof aanwezig is, vormen de vrije radicalen zuurstofhydroperoxiden die de polymeerketens breken (ketensplitsing). Dit proces wordt foto-oxidatie genoemd. Bovendien kan de aanwezigheid van vochtigheid, onzuiverheden, chemicaliën, mechanische belasting, lucht, temperatuur of milieuverontreinigende stoffen dit proces versnellen.

Plastics die afbreken onder UV-licht

Er zijn additieven ontwikkeld om foto-oxidatie beter te weerstaan. Deze omvatten roet, rutiel-titaanoxide, benzofenonen, hydroxyfenyl-benzotriazool, gehinderde amine-stabilisatoren (HALS), oxaniliden, hydroxybenzofenon, enzotriazolen, hydroxyfenyltriazinen, nikkel-quenchers en andere. En elke kunststof kan er een of meer van gebruiken om de best mogelijke UV-bestendigheid voor het polymeer en de toepassing te verkrijgen. Dus hoewel de hieronder getoonde UV-bestendige additieven vaak worden gebruikt, zijn ze niet de enige die in alle toepassingen worden toegepast.

Nylon 6/6

Nylon 6/6 is een van de meest veelzijdige technische thermoplastische materialen. Omdat nylon 6/6 een uitstekende sterkte, vervormbaarheid en hittebestendigheid heeft, is het een uitstekende kandidaat voor metaalvervangingstoepassingen. Nylon vereist echter wel UV-bestendige additieven. Een goede keuze is een driedelige combinatie van een fenolische antioxidant, met een fosfiet en een gehinderde amine-lichtstabilisator (HALS). Het beste UV-lichtstabiliserende effect is het toevoegen van een UV-absorbeerder bovenop de HALS.

ABS (Polyoxymethyleen of POM)

ABS is een technische kunststof die gewoonlijk wordt gebruikt voor tandwielen, kettingen, schroeven, clips, brandstofpompen, bagage, grasmaaierhoezen enz. Het is verplicht om UV-stabilisatoren te gebruiken wanneer het materiaal buitenshuis wordt gebruikt. Ook bij blootstelling aan regen, TL-lampen (zoals in badkamers) en de lucht. Zowel auto-onderdelen als bedrijfsmachinecomponenten hebben UV-bescherming nodig. Blootstelling aan UV-straling kan leiden tot glansverlies en zelfs scheurvorming. Voor UV-bescherming wordt vaak een combinatie van het UV-absorberende benzotriazool en HALS gebruikt.

Hoge dichtheid polyethyleen

Polyethyleen met hoge dichtheid wordt vaak gebruikt in vuilniszakken, boodschappentassen, isolatie voor draden en kabels, landbouwmulch, flessen en huishoudelijke artikelen. Het wordt ook gebruikt in vruchtensapcontainers, melkcontainers, trays, kratten en voedselverpakkingsproducten. Carbon black wordt vaak gebruikt om HDPE UV-bestendig te maken. Een percentage tussen 1-3 wordt aanbevolen.

Polycarbonaat

Wanneer polycarbonaat in buitentoepassingen wordt gebruikt, zal het de neiging hebben om te vergelen. Ook zal het mechanische eigenschappen verliezen, inclusief slagvastheid. Dus UV-stabilisatoren worden verplicht. Er moet een UV-absorbeerder van hydroxyfenyl-benzotriazool worden gebruikt. Merk op dat gehinderde amine-lichtstabilisatoren (HALS) niet worden aanbevolen. De basische amineverbindingen versnellen de hydrolyse van het materiaal.

Polypropyleen

De effecten van ultraviolette (UV) straling hebben grote invloed op de eigenschappen van polypropyleen. Bij blootstelling aan sterk, direct zonlicht gedurende zes maanden zal dit een ernstig verlies van de sterkte van eigenschappen veroorzaken, tenzij een UV-remmer of een hoge belasting van roetpigment wordt gebruikt. Zelfs met deze toevoegingen is de levensverwachting onder zware zonlichtomstandigheden beperkt. HALS en carbon black worden vaak toegevoegd om UV-degradatie te verminderen.

Plastic dat van nature UV-bestendig is

Sommige kunststoffen verslechteren echter niet van nature onder UV-straling. Deze omvatten acryl, Ultem en de fluorpolymeren waaronder PTFE, FEP, PFA en PVDF. Daarom hebben deze geen toevoegingen nodig en zijn ze nuttig in productie-onderdelen voor auto's en zelfs in onderdelen van ruimtevaartuigen die worden blootgesteld aan lange perioden van potentiële UV-degradatie.