プラスチックの劣化問題を解決する3つのステップ：最適な抗酸化物質の推奨 日本

プラスチックは、美容製品から自動車や航空宇宙の部品まで、人間の活動のほぼすべての分野で不可欠な要素です。しかし、プラスチック材料の経年劣化や、さまざまな環境現象による経年劣化は、依然として大きな問題です。この記事では、プラスチックの経年劣化の問題に対する 3 つの主な原因と解決策を示し、このような問題を防ぐための最適な抗酸化剤を提案します。

プラスチックの老化を理解する

プラスチックの老化は、主に紫外線、酸素、熱などの環境要因にさらされることで発生します。時間が経つにつれて、これらの要因により、材料は変色し、脆くなり、ほとんどの機械的特性が失われます。フリーラジカルは劣化プロセスの誘因として機能します。これらのフリーラジカルはポリマー分子の構造に作用し、一連の有害なイベントを引き起こします。プラスチックの老化をより巧みにターゲットにするには、メカニズムと潜在的なターゲットを知ることが重要です。

ステップ1: 初期スクリーニングと材料の選択

プラスチックの劣化に関する問題を解決するための最初のステップは、使用する材料の特定のスクリーニングを行うことです。環境要因は、ポリマーごとに異なる影響を及ぼします。たとえば、ほとんどのポリエチレンは紫外線による劣化がかなり起こりやすいのに対し、ポリカーボネートはより耐久性がありますが、それでも光酸化による劣化は起こります。材料の選択は、対象となる用途と、プラスチックが使用されると予想される環境条件に合わせて調整する必要があります。

スクリーニングには、加速老化テストを含める必要があります。これは、短期間で、自然環境で長期間使用した場合の材料の性能を予測するテストです。この情報は、さまざまなストレス要因下での材料の挙動に関する貴重な情報を提供するため、目的の用途に適したポリマーを選択するのに役立ちます。また、これらの情報は、組み込むべき抗酸化剤やその他の安定剤の数をより適切に判断するのに役立ちます。

ステップ2: 適切な抗酸化物質を選ぶ

適切な材料を特定したら、次の課題は適切な抗酸化物質を選択することです。抗酸化物質はフリーラジカルに直接作用して中和したり、その活性を阻害したりするため、老化プロセスを遅らせる上で重要です。抗酸化物質はさらに一次と二次に分類され、厳密にはラジカルスカベンジャーと過酸化水素分解剤と呼ばれます。

一次酸化防止剤: これらの酸化防止剤は、ヒンダードフェノールや芳香族アミンなどのウォームアップタイプの活性を実行します。これらは、初期段階での酸素消費を最適化するキレート遷移金属を探します。例としては、ブチル化ヒドロキシトルエン (BHT) やジフェニルアミン、ヒンダードアミン光安定剤などの一部のヒンダードアミン HALS などがあります。

二次酸化防止剤: 亜リン酸エステルおよびチオエーテルエステルは、酸化連鎖機構の前進段階を回避して、ヒドロペルオキシドを非ラジカル分解に抑制するタイプの化合物です。一般的に使用される二次酸化防止剤は、トリス (2,4-ジ-tert-ブチルフェニル) 亜リン酸 (Irgafos 168 としてブランド化) およびジステアリルチオジプロピオネートです。

ステップ3: 配合と処理の最適化

最も効果的な抗酸化剤を特定した後、次の重要なタスクは、配合と処理パラメータを最適化することです。これには、必要な抗酸化剤の適切な数と、抗酸化剤のポリマー分散の最適なパラメータを見つけることが含まれます。抗酸化剤の量が多すぎたり少なすぎたりすると、材料の物理的挙動が破壊されたり、効果的な保護を提供できなかったりして、最適なパフォーマンスが妨げられる可能性があります。

温度、押し出し速度、混合時間などの他の処理パラメータも、抗酸化剤の有効性に大きく影響します。処理温度が高すぎると、抗酸化剤が利用される前に分解してしまう可能性があり、混合が不十分だと、抗酸化剤が適切に分散されず、老化しやすくなる弱点が生じる可能性があります。

特定のアプリケーションに関する推奨事項

各用途には、提供される抗酸化剤に関して特定のアプローチが必要です。たとえば、日光にさらされる梱包材には、抗酸化剤に加えて UV 安定剤を塗布する必要があります。上記のパラメータを考慮すると、自動車部品には、二次安定剤とともに内部の高融点抗酸化剤を使用することもできます。

薄いフィルムや繊維には、より分散性の高い低分子量の抗酸化剤が含まれていると予想されますが、厚くて硬いプラスチックには、長期的な保護効果のために高分子量のプラグイン抗酸化剤が含まれていると想定されます。HALS は、紫外線下では劣化しないため、屋外での使用には間違いなく最適な選択肢です。

まとめ

プラスチックの問題を老化の観点から扱うことは、本質的に複雑であり、戦略的なアプローチが必要です。材料の選別と選択、材料に適した酸化防止剤の選択、配合と処理における材料の最適化という 3 つのステップを順守することで、メーカーはプラスチック製品の寿命と性能を大幅に向上させることができます。特定の用途に適したプラスチックに最適な酸化防止剤は、プラスチックが過酷な使用条件でも機能を発揮し、外観を維持できるように選択されます。