Drie stappen om plastic verouderingproblemen op te lossen: aanbevelingen voor de beste antioxidanten

Kunststoffen zijn een essentiële component van bijna elk domein van menselijke activiteiten, van schoonheidsproducten tot auto- en luchtvaartonderdelen. Toch blijft het ouder worden van kunststofmaterialen of verslechtering door verschillende milieuverschijnselen over de tijd een groot probleem. Dit artikel geeft drie belangrijke redenen en oplossingen voor problemen met het ouder worden van kunststoffen en stelt de beste antioxidantia voor om dergelijke problemen te voorkomen.

Inzicht in het ouder worden van kunststoffen

Veroudering van plastic komt voornamelijk voor door blootstelling aan milieu factoren zoals UV-licht, zuurstof en hitte. Mettertijd maken deze factoren dat het materiaal verkleurt, broos wordt en er een significante afname is van de meeste mechanische eigenschappen. Vrije radicalen spelen een belangrijke rol in de initiatie van de degradatieprocessen. Deze vrije radicalen hebben invloed op de structuur van de polymeremoleculen, wat leidt tot een reeks nadelige gebeurtenissen. Om plasticveroudering doelgerichter aan te pakken, is het belangrijk om de mechanismen te begrijpen en ook de potentiële doelen te kennen.

Stap 1: Eerste screening en materiaalselectie

De allerbelangrijkste stap voor het oplossen van problemen met betrekking tot veroudering van plastic is om een specifieke screening uit te voeren van de materialen die gebruikt zullen worden. Milieufactoren hebben verschillende effecten op verschillende polymeren. Neem bijvoorbeeld, terwijl de meeste polyethylenen erg vatbaar zijn voor UV-afbraak, zijn polycarbonaten robuuster maar kunnen nog steeds onderhevig zijn aan foto-oxidatieve verslechtering. Materialenselectie moet worden afgestemd op de in kwestie zijnde toepassing en de verwachte milieubehoudingen waarin het plastic zal worden gebruikt.

Screening moet versneld ouderdomstesten omvatten, waarmee in een korte tijdperiode wordt geprobeerd de prestaties van materiaal over een uitgebreide periode van gebruik in een natuurlijke omgeving te voorspellen. Deze informatie is nuttig bij de selectie van polymeren voor de gewenste toepassing, omdat ze waardevolle informatie biedt over het materiaalgedrag onder verschillende belastingen. En deze kunnen helpen betere oordelen te vellen over het aantal antioxidanten en andere stabilisatoren dat moet worden toegevoegd.

Stap 2: Het kiezen van de juiste antioxidanten

Nadat het juiste materiaal is geïdentificeerd, is de volgende taak hoe de juiste antioxidanten te selecteren. Antioxidanten zijn belangrijk om het ouderdomsproces uit te stellen, omdat ze rechtstreeks op vrije radicalen werken om ze te neutraliseren of hun activiteit te remmen. Antioxidanten worden verder ingedeeld in primaire en secundaire, die operationeel ook wel als radicaalopvangmiddelen en hydroperoxide-ontbindingmiddelen worden aangeduid.

Primaire antioxidanten: Deze antioxidanten voeren opwarmtype activiteiten uit zoals gehinderde fenolen en aromatische amines. Ze jagen chelaterende overgangsmetalen en optimaliseren de zuurstofconsumptie in de beginfases. Enkele voorbeelden zijn butylated hydroxytoluene (BHT) en diphenylamine en sommige gehinderde amines HALS zoals Hindered Amine Light Stabilizers.

Secundaire antioxidanten: Fosfiten en thioether esters zijn zulke typen verbindingen die hydroperoxiden onderdrukken tot niet-radicaal splitsingen, waardoor de voorwaartse stappen van de oxidatieve kettingmechanismus worden vermeden. Een algemeen gebruikte secundaire antioxidante is tris (2,4-di-tert-butylphenyl) fosfieter, gemerkt als Irgafos 168 en distearyl thiodipropionate.

Stap 3: Optimalisatie van formuleren en verwerken

Na de meest efficiënte antioxidanten te hebben geïdentificeerd, is de volgende cruciale taak het optimaliseren van de formulering en de verwerkingsparameters. Dit betreft het vinden van het voldoende aantal antioxidanten dat nodig is, evenals de beste parameters voor de polymerdispersie van de antioxidanten. Zowel te veel als te weinig antioxidanten laden kan ook voorkomen dat de optimale prestaties niet worden bereikt, ofwel door vernietiging van de fysieke eigenschappen van het materiaal ofwel door te falen in het bieden van efficiënte bescherming.

Andere verwerkingsparameters zoals temperatuur, extrusiesnelheid en mengtijd zijn ook van groot belang voor de effectiviteit van de antioxidanten. Te hoge verwerkstemperaturen kunnen leiden tot het uiteenvallen van de antioxidanten voordat ze worden gebruikt, terwijl onvoldoende mengen kan leiden tot een ontoereikende dispersie van de antioxidanten, wat resulteert in zwakke punten die meer vatbaar zijn voor oudering.

Aanbevelingen voor specifieke toepassingen

Elke toepassing vereist een specifieke aanpak wat betreft het gebruikte antioxidant. Bijvoorbeeld, verpakkingsmaterialen die worden blootgesteld aan zonlicht dienen uitgerust te zijn met UV-stabilisatoren naast antioxidants. Gelet op de genoemde parameters kunnen autodelen ook gebruikmaken van interne antioxidants met een hoge smeltpunt samen met secundaire stabilisatoren.

Dunne films en vezels hebben lage moleculaire massa antioxidants nodig terwijl dikker en stijvere plastic materialen voorzien zijn van high molecular mass plug-in antioxidants voor langdurige bescherming. HALS zijn zonder twijfel de beste optie voor buitengebruik omdat ze niet afbreken onder invloed van UV-straling.

Conclusie

Het aanpakken van het plasticprobleem vanuit het ouderdomsaspect is complex in zijn aard en vereist een strategische benadering. Door na te leven bij de drie stappen van scherming en selectie van materialen, het kiezen van de juiste antioxidanten voor de materialen, en het optimaliseren van de materialen in formuleren en verwerken, kan de levensduur en prestatie van plasticproducten sterk worden verbeterd door de fabrikanten. De beste antioxidanten voor plastic die geschikt zijn voor specifieke toepassingen worden zo geselecteerd dat de plasticmaterialen in staat zijn om hun functies uit te voeren en dienen, en hun uiterlijk behouden zelfs onder extreme gebruikstoestanden.