kokkupuude ultraviolettkiirgusega
Päikese ultraviolettkiirgusega kokkupuude võib plastikut aja jooksul halvendada. Polümeeri fotodegradatsioon toimub siis, kui lühikestest lainepikkustest koosnev nähtamatu ultraviolettkiirgus lõhub plastides polümeeriahelaid. Seda nimetatakse fotodegradatsiooni protsessiks. Selle põhjuseks on kokkupuude ultraviolettkiirgusega ja see põhjustab füüsikaliste omaduste vähenemist. Nende hulka kuuluvad löögitugevuse kadu, värvimuutus, pragunemine, venivuse ja tõmbetugevuse kadu ning pinna kriiditus. Näiteks võib UV-kiirguse põhjustatud fotodegradatsioon põhjustada aiatoolide tuhmumist ja hapraks muutumist. Lisaks tundub staadioni istmete värvus kriidine ning mõned plastikud muutuvad isegi kollaseks ja pragunevad.
Mõned ultraviolettkiirguse omadused
Ultraviolettkiirgus moodustab päikesespektrist vaid 4,6 protsenti. Seda mõõdetakse nanomeetrites (nm) ja see jääb vahemikku 290–400. UVB-vahemiku kõige agressiivsem osa on aga väga lühikesed lainepikkused vahemikus 280–315 nanomeetrit. Seetõttu sõltub UV-kiirguse energiaga kokkupuute (kiirguse) hulk sellest, kus te maailmas asute.
mis on kiiritus
Kiirgustugevus on ultraviolettkiirguse energia hulk, mis langeb teatud alale teatud aja jooksul. 1Ly=1 cal/cm 2=4.184 E 4 Joule/m 2 (Ly=Langley) Seetõttu on Sudaanis üheaastase pideva välistingimustes kasutamise korral plastosadele ülekantav energia 220 kcal/cm 2 /aastas, Rootsis aga 70.
Iga plast on tundlik teatud lainepikkuste suhtes UV-piirkonnas 290-400 nm. Seetõttu on polüpropüleenil kolm maksimumi lainepikkustel 290-300, 330 ja 370 nm. Nailon on vahemikus 290-315, samas kui PVC homopolümeer on 320.
Polümeeride lagunemine UV-kiirguse toimel
Polümeeri fotodegradatsioon toimub siis, kui päikese ultraviolettkiirgust neelavad polümeeri struktuuri keemilised rühmad, mida nimetatakse kromofoorideks. Kromofoor on "aatom või aatomite rühm, mille olemasolu määrab ühendi värvuse". Polümeerkoostised võivad sisaldada muid lisaaineid, nagu halogeenitud leegiaeglustid, täiteained ja pigmendid. Seetõttu töötati välja UV-stabilisaatorid ja lisati polümeeridele fotoinitsiatsiooniprotsessi mahasurumiseks. Esimesed kolm tüüpi on UV-absorberid, -kustutajad ja takistatud amiini valguse stabilisaatorid (HALS).
1) UV-absorber
Absorberid on fotostabilisaatorid, mis konkureerivad kromofooridega UV-kiirguse neelamisel. Seega muudab neelduja kahjuliku UV-kiirguse kahjutuks infrapunakiirguseks või soojuseks, mis hajub läbi polümeermaatriksi. UV-kiirguse neelajate eeliseks on madalad kulud, kuid need võivad sobida ainult lühiajaliseks kokkupuuteks. UV-absorbeerijate hulka kuuluvad:
Absorber
UV-kiirguse neelajate eeliseks on madalad kulud, kuid need võivad sobida ainult lühiajaliseks kokkupuuteks. UV-absorbeerijate hulka kuuluvad:
Tahm on üks tõhusamaid ja sagedamini kasutatavaid UV-kiirguse neelajaid.
Teine UV-kiirguse neelaja on rutiiltitaanoksiid, mis on efektiivne vahemikus 300-400 nm. See ei ole aga väga kasulik väga lühikese UVB lainepikkuse vahemikus alla 315.
Hüdroksübensofenoon
Hüdroksüfenüülbensotriasool on samuti hästi tuntud UV-stabilisaator, mille eeliseks on see, et see sobib neutraalsete või läbipaistvate rakenduste jaoks. Hüdroksüfenüülbensotriasoolid ei ole väga kasulikud õhukestes osades, mille suurus on alla 100 mikroni.
Bensofenoon PVC jaoks
Ansotriasoolid ja hüdroksüfenüültriasiinid polükarbonaatide jaoks.
Oksalaniliid polüamiidide jaoks
2) Kustutaja
Kustutajad tagastavad kromofoori ergastatud oleku energiaülekande protsessi kaudu põhiolekusse. Energiaülekande ained kustutavad plastmaterjalide fotooksüdatsiooni käigus tekkinud karbonüülrühmade ergastatud oleku ja hüdroperoksiidide lagunemise. See hoiab ära sidemete katkemise ja lõpuks vabade radikaalide moodustumise.
Nikkelkustutusaine
Nikkelkustutus on tüüp, mida tavaliselt kasutatakse põllumajanduskilede tootmisel. Neid ei kasutata laialdaselt, kuna need sisaldavad raskemetalle ja annavad lõpptootele pruunika või rohelise värvuse. Siiski, nagu allpool käsitletud takistatud amiini valguse stabilisaatorid, ei ole nikli kustutajad UV-kiirguse stabiliseerimiseks tõhusad.
3) Takistatud amiini valguse stabilisaator (HALS)
HALS on kauakestvad soojusstabilisaatorid, mis püüavad kinni plastmaterjalide fotooksüdatsiooni käigus tekkinud vabad radikaalid. HALS piirab seega fotodegradatsiooni protsessi. HALS-i võimet eemaldada UV-kiirguse neeldumisel tekkivaid vabu radikaale võib seletada nitroksüülrühmade moodustumisega protsessis, mida tuntakse Denisovi tsüklina.
Kuigi kaubanduslikult saadavad HALS-tooted on struktuurilt väga erinevad, on neil kõigil 2,2,6,6-tetrametüülpiperidiini tsükli struktuur. HALS on ühed kõige tõhusamad UV-kiirguse stabilisaatorid.
UV-stabilisaatorid erinevatele plastidele
Näiteks on HALS aidanud kaasa polüpropüleeni arendamisele autotööstuses. Kuigi HALS-id on väga tõhusad ka polüolefiinide, polüetüleeni ja polüuretaani puhul, ei saa neid kasutada UV-kiirguse stabilisaatoritena PVC-s.
UV-stabilisaatorite kombinatsioon
Kuna kõik kolm funktsiooni töötavad erinevate mehhanismide kaudu, kombineeritakse need sageli sünergistlikeks UV-kiirgust neelavateks lisanditeks. Näiteks kasutatakse bensotriasoole sageli koos HALS-iga, et vältida värvisüsteemide pleekimist ja värvimuutusi.
