Τρία βήματα για την επίλυση προβλημάτων γηράσκων πλαστικών: Συστάσεις για τα καλύτερα αντιοξειδωτικά

Τα πλαστικά είναι ένας βασικός συστατικός σχεδόν κάθε τομέα της ανθρώπινης δραστηριότητας, από τα προϊόντα ωραιότητας έως τα κινητήρια και αεροδιαστημικά συστατικά. Ωστόσο, η γηράσκωση των πλαστικών υλικών ή η χειροτέρευση από διάφορα περιβαλλοντικά φαινόμενα με την πάροδο του χρόνου — παραμένει ένα μεγάλο πρόβλημα. Αυτό το άρθρο δίνει τρεις κύριες λόγους και λύσεις για τα προβλήματα γηράσκωσης των πλαστικών και προτείνει τα καλύτερα αντιοξειδωτικά που είναι διαθέσιμα, για να προληφθούν τέτοιες ζητήσεις.

Κατανόηση της Γηράσκωσης των Πλαστικών

Η γηράσκωση του πλαστικού συμβαίνει κυρίως μέσω εκτίθεσης σε περιβαλλοντικά παράγοντα όπως το φως UV, οξυγόνο και θερμότητα. Αυτοί οι παράγοντες, με την πάροδο του χρόνου, κάνουν το υλικό να αλλάζει χρώμα, να γίνεται διαρραγμένο και να υφίσταται σημαντική απώλεια των μηχανικών ιδιοτήτων. Οι ελεύθεροι ριζικοί λειτουργούν ως καταφροντιστές των διεγέρσεων. Οι ελεύθεροι ριζικοί επιδρούν στη δομή των μοριακών ενώσεων του πολυμερούς, προκαλώντας μια σειρά αρνητικών γεγονότων. Για να αντιμετωπιστεί η γηράσκωση του πλαστικού με μεγαλύτερη επιτυχία, είναι σημαντικό να γνωρίζουμε τους μηχανισμούς και επίσης τους δυνητικούς στόχους.

Βήμα 1: Αρχική Επιλογή και Επιλογή Υλικού

Το πρώτο βήμα για την επίλυση των προβλημάτων σχετικά με την γήρανση του πλαστικού είναι να διεξαχθεί ιδιαίτερη κριτική των υλικών που θα χρησιμοποιηθούν. Οι περιβαλλοντικές παράγοντες έχουν διαφορετικές επιδράσεις σε διαφορετικούς πολυμερή. Για παράδειγμα, ενώ τα περισσότερα πολυηθυλένια είναι ευάλωτα σε ΦΕ διαβροχή αρκετά, τα πολυκαρβονάτα είναι πιο ανθεκτικά αλλά μπορούν ακόμη να υποβληθούν σε φωτική οξειδωτική διαβροχή. Η επιλογή υλικού πρέπει να είναι ειδικά σχεδιασμένη για την εφαρμογή που εξετάζεται και τις περιμένονται περιβαλλοντικές συνθήκες στις οποίες θα χρησιμοποιηθεί το πλαστικό.

Η έλεγχος θα πρέπει να περιλαμβάνει δοκιμές γηράσκωντας επιταχυνόμενων, που είναι δοκιμές που προσπαθούν να προβλέψουν σε μικρό διάστημα χρόνου την απόδοση ενός υλικού κατά τη διάρκεια μιας εξελιγμένης περιόδου χρήσης σε φυσικό περιβάλλον. Αυτές οι πληροφορίες είναι χρήσιμες στην επιλογή πολυμερών για να προσαρμοστούν στην επιθυμητή εφαρμογή, καθώς δίνουν αξιόλογες πληροφορίες για τη συμπεριφορά του υλικού υπό διαφορετικούς παράγοντες τάσης. Και αυτές μπορούν να βοηθήσουν να γίνει καλύτερη αξιολόγηση για τον αριθμό των αντιοξειδωτικών και άλλων σταθεροποιητών που θα πρέπει να ενσωματωθούν.

Βήμα 2: Επιλογή των Σωστών Αντιοξειδωτικών

Έχοντας αναγνωρίσει το σωστό υλικό, η επόμενη εργασία είναι πώς να επιλεγούν τα σωστά αντιοξειδωτικά. Τα αντιοξειδωτικά είναι σημαντικά για την αναβολή της διαδικασίας γηράσκωντας, καθώς λειτουργούν άμεσα στα ελεύθερα ριζάκια για να τα ισοποιήσουν ή να εμποδίσουν τη δραστηριότητά τους. Τα αντιοξειδωτικά κατηγοριοποιούνται επιπλέον σε πρωταρχικά και δευτεραρχικά, που λεγόμαστε επιτρεπτά ως συλλέκτες ριζακιών και διασπαστές υδροπερόξιδων.

Κύριοι αντιοξειδαντικοί: Αυτοί οι αντιοξειδαντικοί εκτελούν δραστηριότητα προθερμανσής όπως τα φαινόλια με καθυστέρηση και τα αρωματικά αμίνια. Αναζητούν μετάλλια μεταβατικά που χελάτονται, βελτιώνοντας την κατανάλωση οξυγόνου στις αρχικές φάσεις. Κάποια παραδείγματα είναι το butylated hydroxytoluene (BHT) και το diphenyl amine και κάποια φαινόλια HALS με καθυστέρηση όπως τα Hindered Amine Light Stabilizers.

Δευτερεύοντες αντιοξειδαντικοί: Τα φοσφίτα και τα thioether esters είναι τέτοιες ουσίες που πιέζουν τα hydroperoxides να κάνουν μη-ριζικές κατατομές, αποφεύγοντας τα πρώτα βήματα του οξειδωτικού μηχανισμού αλυσίδας. Ένας κοινός δευτερεύων αντιοξειδαντικός που χρησιμοποιείται είναι το tris (2,4-di-tert-butylphenyl) phosphite, εμπορικά ως Irgafos 168 και distearyl thiodipropionate.

Βήμα 3: Βελτίωση της συνταγής και της επεξεργασίας

Μετά την αναγνώριση των πιο αποτελεσματικών αντιοξειδαντικών, η επόμενη κρίσιμη εργασία είναι να βελτιστοποιηθεί η σύνθεση και οι παράμετροι επεξεργασίας. Αυτό περιλαμβάνει την ανίχνευση του κατάλληλου αριθμού αντιοξειδαντικών που απαιτούνται καθώς και των καλύτερων παραμέτρων για τη διασπορά των αντιοξειδαντικών στο πολυμερές. Η χρήση είτε πολύ μεγάλης είτε πολύ μικρής ποσότητας αντιοξειδαντικών μπορεί επίσης να εμποδίσει την αποτελεσματική λειτουργία, είτε με την καταστροφή των φυσικών συμπεριφορών του υλικού είτε με την αποτυχία να παρέχει αποτελεσματική προστασία.

Άλλοι παράμετροι επεξεργασίας όπως η θερμοκρασία, η ταχύτητα εξωθήσεως και ο χρόνος κρασιμού είναι επίσης μεγάλης σημασίας για την αποτελεσματικότητα των αντιοξειδαντικών. Υπερβολικές θερμοκρασίες επεξεργασίας μπορούν να προκαλέσουν τη διάλυση των αντιοξειδαντικών πριν ακόμη να χρησιμοποιηθούν, ενώ η ανεπαρκής κράση μπορεί να οδηγήσει σε ανώμαλη διασπορά των αντιοξειδαντικών, προκαλώντας αδύναμα σημεία που είναι πιο ευάλωτα στη γήρανση.

Συστάσεις για συγκεκριμένες εφαρμογές

Κάθε εφαρμογή απαιτεί ιδιαίτερη προσέγγιση όσον αφορά τον αντιοξειδωτικό που παρέχεται. Για παράδειγμα, τα υλικά συσκευασίας που εκτίθενται στον ηλιοτεχνικό φωτισμό θα πρέπει να είναι εquipmened με UV σταθεροποιητές εκτός από τους αντιοξειδωτικούς. Λαμβάνοντας υπόψη τους παραμέτρους που αναφέρθηκαν παραπάνω, τα κινητήρια τμήματα μπορούν επίσης να χρησιμοποιήσουν εσωτερικούς αντιοξειδωτικούς υψηλής σημελιώσης παγώματος μαζί με δευτερεύουσες σταθεροποιητικές ουσίες.

Προσδοκάται ότι τα λεπτά φιλμ και κλωστά θα έχουν περισσότερα διασπαστικά αντιοξειδωτικά χαμηλής μοριακής μάζας, ενώ τα επιπλέον απλά και πιο σκληρά πλαστικά υλικά αναμένεται να έχουν αντιοξειδωτικούς υψηλής μοριακής μάζας για μακροπρόθεσμες προστατευτικές επιπτώσεις. Οι HALS είναι εύκολα η καλύτερη επιλογή για χρήση έξω από το σπίτι, καθώς δεν υποφέρουν υπό UV φωτιά.

Συμπέρασμα

Η αντιμετώπιση του προβλήματος των πλαστικών από την άποψη της γήρανσης είναι πολύπλοκη κατά φύση και απαιτεί στρατηγική προσέγγιση. Με την τήρηση των τριών βημάτων: της προσοχής και επιλογής των υλικών, της επιλογής των κατάλληλων αντιοξειδωτικών για τα υλικά και της βελτίωσης των υλικών στη σύνθεση και επεξεργασία, οι κατασκευαστές μπορούν να ενισχύσουν σημαντικά τη ζωή και την απόδοση των πλαστικών προϊόντων. Τα καλύτερα αντιοξειδωτικά για πλαστικά που είναι κατάλληλα για συγκεκριμένες εφαρμογές επιλέγονται με τέτοιο τρόπο ώστε τα πλαστικά να μπορούν να λειτουργούν και να εκπληρώνουν τις λειτουργίες τους διατηρώντας την εμφάνιση τους ακόμη και σε ακραίες συνθήκες χρήσης.