Tre passaggi per risolvere i problemi di invecchiamento del plastico: raccomandazioni per gli migliori antiossidanti

I plastici sono un componente vitale di quasi ogni settore dell'attività umana, dagli prodotti cosmetici ai componenti automobilistici e aerospaziali. Tuttavia, l'invecchiamento dei materiali plastici o la loro degradazione causata da diversi fenomeni ambientali nel tempo resta un problema principale. Questo articolo fornisce tre motivi principali e soluzioni relativi ai problemi di invecchiamento dei plastici e suggerisce gli migliori antiossidanti disponibili per prevenire tali questioni.

Comprensione dell'Invecchiamento dei Plastici

Invecchiamento del plastico, avviene principalmente attraverso l'esposizione a fattori ambientali come la luce UV, l'ossigeno e il calore. Con il passare del tempo, questi fattori causano un cambiamento di colore del materiale, lo rendono fragile e determinano una perdita significativa delle proprietà meccaniche. I radicali liberi agiscono da agenti in grado di innescare i processi di degradazione. Tali radicali liberi agiscono sulla struttura delle molecole polimeriche, portando a una serie di eventi dannosi. Per affrontare l'invecchiamento del plastico in modo più efficace, è importante conoscere i meccanismi e anche i possibili bersagli.

Passo 1: Screening iniziale e selezione del materiale

Il primo passo fondamentale per risolvere i problemi legati al invecchiamento del plastico è quello di effettuare un screening specifico dei materiali da utilizzare. I fattori ambientali hanno effetti diversi sui vari polimeri. Prendiamo ad esempio, mentre la maggior parte dei polietileni sono molto suscettibili alla degradazione UV, i polycarbonati sono più resistenti ma possono comunque essere soggetti a deterioramento fotoossidativo. La selezione del materiale deve essere orientata in base all'applicazione in questione e alle condizioni ambientali previste in cui verrà utilizzato il plastico.

Il screening dovrebbe includere test di invecchiamento accelerato, che sono test che cercano di prevedere in un breve lasso di tempo le prestazioni di un materiale su un lungo periodo di utilizzo in un ambiente naturale. Queste informazioni sono utili per la selezione dei polimeri adatti all'applicazione desiderata, poiché forniscono dati preziosi sul comportamento del materiale sotto diversi stressori. E questi possono aiutare a fare una valutazione migliore sulla quantità di antiossidanti e altri stabilizzatori da incorporare.

Passo 2: Scegliere gli Antiossidanti Giusti

Avendo identificato il materiale giusto, il passo successivo è come selezionare gli antiossidanti appropriati. Gli antiossidanti sono importanti per ritardare il processo di invecchiamento, poiché agiscono direttamente sui radicali liberi per neutralizzarli o inibire la loro attività. Gli antiossidanti vengono inoltre categorizzati in primari e secondari, che operativamente vengono indicati come cacciatori di radicali e decompositori di idroperossidi.

Antiossidanti Primari: Questi antiossidanti svolgono attività di riscaldamento iniziale come fenoli ostacolati e amines aromatiche. Cacciano i metalli di transizione chelanti ottimizzando il consumo di ossigeno nelle fasi iniziali. Alcuni esempi sono butylated hydroxytoluene (BHT) e diphenyl amine e alcune amines ostacolate HALS come Stabilizzatori Antiluce ad Amina Ostacolata.

Antiossidanti Secondari: Fosfiti e stioetere stearici sono tipi di composti che sopprimono idroperossidi in scissioni non radicaliche evitando i passaggi iniziali del meccanismo catenale ossidativo. Un antiossidante secondario comune utilizzato è tris (2,4-di-terz-butilfenile) fosfite, marchiato come Irgafos 168 e distearyl thiodipropionate.

Passo 3: Ottimizzazione della formulazione e del processo

Dopo aver identificato gli antioxidanti più efficienti, il compito critico successivo è quello di ottimizzare la formulazione e i parametri di lavorazione. Ciò comporta la determinazione del numero adeguato di antioxidanti richiesti nonché dei migliori parametri per la dispersione dei polimeri degli antioxidanti. Un carico eccessivo o insufficiente di antioxidanti può altresì impedire un funzionamento ottimale, sia nella distruzione dei comportamenti fisici del materiale sia nel fallimento di fornire una protezione efficace.

Altri parametri di lavorazione, come temperatura, velocità di estrusione e tempo di mescolamento, sono altrettanto importanti per l'efficacia degli antioxidanti. Temperature eccessive durante la lavorazione possono portare alla disintegrazione degli antioxidanti prima che vengano utilizzati, mentre un miscelaggio insufficiente può causare una dispersione inadeguata degli antioxidanti, portando a punti deboli più suscettibili all'invecchiamento.

Raccomandazioni per applicazioni specifiche

Ogni applicazione richiede un approccio specifico in termini di antioxidante fornito. Ad esempio, i materiali da imballaggio esposti alla luce solare dovrebbero essere equipaggiati con stabilizzatori UV oltre che con antioxidanti. Date le caratteristiche menzionate sopra, i componenti automobilistici possono utilizzare anche antioxidanti interni a punto di fusione elevato insieme a stabilizzatori secondari.

Si prevede che i film sottili e le fibre abbiano antioxidanti di bassa massa molecolare più dispersivi, mentre si ritiene che i plastici spessi e più rigidi abbiano antioxidanti a massa molecolare elevata per effetti protettivi a lungo termine. I HALS sono senza dubbio la migliore opzione per l'uso all'esterno poiché non degradano sotto luce UV.

Conclusione

Affrontare il problema della plastica dal punto di vista dell'invecchiamento è complesso nella sua natura e richiede un approccio strategico. Aderendo ai tre passi di screening e selezione dei materiali, scelta degli antiossidanti appropriati per i materiali e ottimizzazione dei materiali nella formulazione e nel processo, la durata e le prestazioni dei prodotti in plastica possono essere migliorate notevolmente dai produttori. Gli migliori antiossidanti per le plastiche adatti a specifiche applicazioni vengono scelti in modo tale che le plastiche possano funzionare, svolgere le loro funzioni e mantenere l'aspetto anche in condizioni estreme d'uso.