Tři kroky k řešení problémů stárnutí plastů: Doporučení nejlepších antioxydant

Plasty jsou nezbytnou součástí téměř každé oblasti lidské činnosti, od krásných produktů po automobilové a letecké součásti. Nicméně, stárnutí plastových materiálů nebo jejich degradace různými environmentálními jevy v průběhu času – zůstává velkým problémem. Tento článek uvádí tři hlavní důvody a řešení problémů spojených se stárnutím plastů a navrhuje nejlepší dostupné antioxydanty pro prevenci těchto problémů.

Porozumění stárnutí plastů

Stárnutí plastu se obvykle projevuje vystavením environmentálním faktorům jako je UV záření, kyslík a teplo. Tyto faktory s časem přivodí změnu barvy materiálu, krupnost a úbytek většiny mechanických vlastností. Volná radikála působí jako iniciátory degradace. Tyto volné radikály působí na strukturu polymerových molekul, což vedou k řadě nepříznivých událostí. Aby bylo možné cílenější boj proti stárnutí plastů, je důležité pochopit mechanismy i potenciální terče.

Krok 1: Předběžné vyhodnocení a výběr materiálu

Prvním krokem pro řešení problémů týkajících se stárnutí plastu je provedení konkrétního vybírání materiálů, které mají být použity. Environmentální faktory mají různé účinky na různé polymery. Například, zatímco většina polyetelenů je velmi náchylná k UV degradaci, polycarbonáty jsou odolnější, ale mohou být stále podléhány fotooxidativnímu poškození. Výběr materiálu by měl být upraven podle konkrétní aplikace a očekávaných environmentálních podmínek, ve kterých bude plast použit.

Testování by mělo zahrnovat urychlené stárnutí materiálu, které jsou testy, které se snaží předpovědět v krátkém časovém období výkon materiálu během delší doby jeho používání v přírodním prostředí. Tato informace je užitečná při výběru polymerů vhodných pro požadované uplatnění, protože dává cenné informace o chování materiálu za různých faktorů stresu. A tyto informace mohou pomoci lépe posoudit množství antioxydant a dalších stabilizátorů, které je třeba začlenit.

Krok 2: Výběr správných antioxydant

Po identifikaci správného materiálu je dalším úkolem, jak vybrat správná antioxydant. Antioxydant jsou důležité pro odložení procesu stárnutí, protože působí přímo na volná radikála k jejich neutralizaci nebo inhibici jejich aktivity. Antioxydant jsou dále rozděleny na primární a sekundární, které operativně označujeme jako sběrače radikálů a rozkladače hydroperoxidů.

Primární antioxidanty: Tyto antioxidanty provádějí přípravné činnosti, jako jsou hinderované fenoly a aromatické aminy. Loví chelátové přechodné kovy a optimalizují spotřebu kyslíku v počátečních fázích. Některé příklady jsou butylovaná hydroxytoluen (BHT), diphenylamin a některé hinderované aminy HALS, jako jsou Hindered Amine Light Stabilizers.

Sekundární antioxidanty: Fosfity a thioether estery jsou takové látky, které potlačují hydroperoxidy do ne-radičových rozpadů, čímž se vyhýbají dále probíhajícím krokům oxidativního řetězového mechanismu. Běžně používaný sekundární antioxidant je tris (2,4-di-tert-butylfenyl) fosfit, známý pod značkou Irgafos 168 a distearyl thiodipropionát.

Krok 3: Optimalizace formulace a zpracování

Po identifikaci nejefektivnějších antioxidantů je dalším klíčovým úkolem optimalizace formulace a parametrů zpracování. Toto zahrnuje nalezení vhodného množství antioxidantů, které je třeba použít, a také nejlepších parametrů pro disperzi polymeru antioxidantů. Buď příliš vysoká, nebo příliš nízká koncentrace antioxidantů může bránit optimálnímu výkonu, buďto zničením fyzikálních vlastností materiálu, nebo selháním v poskytování efektivní ochrany.

Další parametry zpracování, jako jsou teplota, rychlost extruze a doba míchání, mají také velký vliv na účinnost antioxidantů. Příliš vysoké teploty při zpracování mohou vést k rozkladu antioxidantů ještě předtím, než jsou použity, zatímco nedostatečné míchání může vést ke špatné disperzi antioxidantů, což způsobuje slabá místa, která jsou více přáchlena stárnutí.

Doporučení pro konkrétní aplikace

Každá aplikace vyžaduje specifický přístup vzhledem k poskytovanému antioxidantu. Například balicí materiály, které jsou vystaveny slunečnímu světlu, by měly být vybaveny UV stabilizátory navíc k antioxidantům. Vzhledem k uvedeným parametrům mohou automobilové součásti používat také interní antioxidanty s vysokým teplotním bodem spolu s sekundárními stabilizátory.

Tenké filmy a vlákna se očekává, že budou mít více disperzních antioxidantů nízkého molekulárního hmotnostního rozsahu, zatímco tlustší a pevnější plastiky by měly mít antioxidanty vysokého molekulárního hmotnostního rozsahu pro dlouhodobé ochranné účinky. HALS jsou snad nejlepší volbou pro venkovní použití, protože se nepoškozují pod vlivem UV záření.

Závěr

Náležitým způsobem se vypořádání s plastovou problematikou z hlediska stárnutí je komplexní ve své podstatě a vyžaduje strategický přístup. Při dodržování tří kroků - vybírání a vybírání materiálů, volby správných antioxydant pro materiály a optimalizace materiálů v formulaci a zpracování - mohou výrobcům být výrazně zvýšeny životnost a výkon plastových produktů. Nejlepší antioxydanty pro plasty, které jsou určeny pro konkrétní aplikace, jsou vybrány tak, aby plasty dokázaly plnit své funkce a udržet své vzhledové vlastnosti dokonce i za extrémních podmínek použití.