بهترین افزودنی های برای پایدارسازی پلاستیک ها در برابر UV

قرار گرفتن پلاستیک ها در برابر اشعه فرابنفش به مرور زمان منجر به تخریب آنها می شود. تخریب نوری وقتی اتفاق می افتد که تابش غیر مرئی فرابنفش که طول موج کوتاهی دارد، زنجیرهای پلیمری را بشکند. این پدیده منجر به افت خواص قطعه می شود. مانند کاهش مقاومت ضربه، تغییر رنگ، ترک خوردن، کاهش ازدیاد طول تا پارگی و استحکام کششی و پوسته پوسته شدن سطح جسم.

تابش فرابنفش تنها 4.6% از تابش خورشید را تشکیل می دهد که طول موج 280 تا 400 نانومتر را در برمیگیرد. البته قسمت مخرب این تابش بین 280-315 نانومتر است. مقدار تابش نیز به منطقه جغرافیایی بستگی دارد. هر پلیمری نسبت به طول موج مشخصی حساسیت دارد برای مثال پلی پروپیلن نسبت به طول موج های 290-300، 330 و 370، نایلون در بازه 290-315 و PVCدر 320 نانومتر حساس است.

تخریب نوری پلیمرها وقتی اتفاق می افتد که اشعه فرابنفش توسط گروه های شیمیایی در پلیمر جذب می شود، این گروه های شیمیایی کروموفر نامیده می شوند. قطعه ممکن است شامل افزودنی هایی مانند تاخیراندازهای شعله هالوژنه، پرکننده ها یا رنگدانه باشد. پایدارکننده های UV طراحی و تولید شده اند تا با افزایش به پلیمر از تخریب نوری جلوگیری کنند. سه نوع از پایدارکننده ها وجود دارد که در ادامه به توضیح هر کدام از انها پرداخته می شود.

جاذب های UV یا UV absorber

جاذب ها نوعی از پایدارکننده ها هستند که با کروموفرها بر سر جذب تابش UV رقابت می کنند. جاذب ها اشعه های مضر UVرا تابش فروسرخ یا گرما تبدیل می کنند که از طرق ماتریس پلیمری دفع می شود.

دوده یکی از مهمترین و موثرترین و متداولترین جاذب های اشعه فرابنفش است. روتیل تیتانیوم اکساید یکی دیگر از جاذب هاست که در بازه طول موج 300-400 نانومتر موثر عمل می کند و برای طول موج ها ی کوتاهتر مناسب نیست.

هیدروکسی بنزوفنون و هیدروکسی فنیل بنزو تریازول به عنوان پایدارکننده UV شناخته می شوند که برای قطعات شفاف یا بی رنگ مناسب است. البته هیدروکسی فنیل بنزو تریازول برای قطعات نازک کمتر از 100 میکرون مناسب نیست. دیگر جاذب های فرابنفش شامل اکسالینیدز (oxanilides ) برای پلی آمید، بنزوفوفن برای PVCو بنزو تریازول و هیدروکسی فنیل تریازین برای پلی کربنات شناخته شده اند. جاذب های UV قیمت پایینی دارند اما ممکن است برای مدت کوتاهی در برابر شرایط محیط دوام بیاورند.

Quencher ها

Quencher ها با انتقال انرژی، کروموفرها را از حالت برانگیخته به حالت پایه بازمیگرداند. عامل انتقال انرژی با فرونشاندن حالت برانگیخته گروه های کربونیل تشکیل شده در طول اکسیداسیون نوری مواد پلاستیکی و از طریق تخریب هیدروکسی پروکسیدها عمل می کنند. این پدیده از شکستن پیوندها و در نهایت تشکیل رادیکال های آزاد جلوگیری به عمل می اورد. کوئنچرهای نیکل گریدی متداول هستند که در فیلم های کشاورزی به کار گرفته می شوند. البته این مواد به طور گسترده استفاده نمی شوند چرا که شامل فلزات سنگین هستند و منجر به قهوه ای یا سبز شدن قطعه نهایی می شوند.

تثبیت کننده های نوری آمینی HALS

HALSیک پایدارکننده طولانی مدت است که با به دام انداختن رادیکال های ازاد تشکیل شده در طول اکسیداسیون، فرایند تخریب نوری را محدود می کند.

توانایی HALS ها برای زدودن رادیکال های ناشی از جذب UVبا تشکیل رادیکال های نیتروکسیل از طریق فرایندی که به Denisov Cycle معروف است توضیح داده می شود.

گریدهای تجاری متنوعی از HALSموجود است اما همگی در ساختار حلقه 2,2,6,6-tetramethylpiperidine مشترکند.

HALS یکی از معروف ترین تثبیت کننده های UV برای طیف گسترده ای از پلاستیک ها است. به عنوان مثال، HALS رشد پلی پروپیلن در صنعت خودرو را فعال کرده است. در حالی که HALS نیز در پلی الیفین ها، پلی اتیلن و پلی اورتان بسیار موثر است، آنها در PVC ها مفید نیستند.

بهتر است تا هرکدام از پایدارکننده ها همراه با جاذب های UV استفاده شوند. برای مثال بنزوتریازول معمولا با HALS ترکیب می شود تا از قطعات رنگی در برابر محو شدن یا تغییر رنگ جلوگیری به عمل آید.