Три шага для решения проблем старения пластика: рекомендации по лучшим антиоксидантам

Пластмассы являются важнейшим компонентом практически каждой сферы человеческой деятельности — от косметической продукции до компонентов автомобилестроения и авиакосмической промышленности. Однако, старение пластических материалов или их ухудшение под воздействием различных окружающих факторов со временем остаётся серьёзной проблемой. В данной статье представлены три основные причины и решения проблемы старения пластиков, а также предложены лучшие антиоксиданты, доступные для предотвращения таких проблем.

Понимание процесса старения пластиков

Старение пластика, в основном, происходит вследствие воздействия окружающих факторов, таких как ультрафиолетовое излучение, кислород и тепло. Со временем эти факторы приводят к изменению цвета материала, хрупкости и значительной потере большинства механических свойств. Свободные радикалы выступают в роли инициаторов процессов деградации. Эти свободные радикалы действуют на структуру полимерных молекул, вызывая цепочку неблагоприятных событий. Для более эффективного противодействия старению пластика важно знать механизмы и потенциальные цели.

Шаг 1: Начальный отбор и выбор материала

Первым шагом для решения проблем, связанных со старением пластика, является проведение специального отбора материалов для использования. Воздействие окружающей среды по-разному влияет на различные полимеры. Например, большинство видов полиэтилена подвержены значительному ультрафиолетовому разрушению, в то время как поликарбонаты более прочные, но всё же могут подвергаться фотокислородной деградации. Выбор материала должен быть направлен на конкретное применение и ожидаемые условия окружающей среды, в которых будет использоваться пластик.

Тестирование должно включать ускоренные испытания на старение, которые пытаются предсказать за короткий промежуток времени производительность материала за длительный период использования в природной среде. Эта информация полезна для выбора полимеров, подходящих для желаемого применения, так как она предоставляет ценные сведения о поведении материала под различными нагрузками. Эти данные могут помочь принять более обоснованное решение о количестве антиоксидантов и других стабилизаторов, которые необходимо включить.

Шаг 2: Выбор правильных антиоксидантов

После определения правильного материала следующим шагом является выбор подходящих антиоксидантов. Антиоксиданты важны для отсрочки процесса старения, так как они нейтрализуют свободные радикалы или ингибируют их активность. Антиоксиданты дополнительно делятся на первичные и вторичные, что оперативно называется поглотителями радикалов и разложителями гидроперекисей.

Основные антиоксиданты: Эти антиоксиданты выполняют подготовительную работу, такую как замедленные фенолы и ароматические амины. Они связывают переходные металлы, оптимизируя потребление кислорода на начальных этапах. Некоторыми примерами являются бутилированный гидрокситолуен (BHT) и дифениламин, а также некоторые замедленные амины HALS, такие как Стабилизаторы против светового старения на основе аминов.

Вторичные антиоксиданты: Фосфиты и тиоэфирные эфиры представляют собой такие соединения, которые подавляют пероксиды водорода, превращая их в нерадикальные расщепления, предотвращая продвижение окислительного цепного механизма. Распространённым вторичным антиоксидантом является три-(2,4-ди-tert-бутилфенил) фосфит, известный под торговой маркой Irgafos 168, и ди-стеарил тиодипропионат.

Шаг 3: Оптимизация формулы и обработки

После выявления самых эффективных антиоксидантов следующей важной задачей является оптимизация формулы и параметров обработки. Это включает определение необходимого количества антиоксидантов, а также лучших параметров для дисперсии антиоксидантов в полимере. Использование как избыточного, так и недостаточного количества антиоксидантов может привести к неоптимальной производительности, будь то разрушение физических свойств материала или неудача в обеспечении эффективной защиты.

Другие параметры обработки, такие как температура, скорость экструзии и время смешивания, также имеют большое значение для эффективности антиоксидантов. Избыточно высокие температуры обработки могут привести к разложению антиоксидантов до их использования, а недостаточное смешивание может вызвать неправильную дисперсию антиоксидантов, что создаст слабые места, более подверженные старению.

Рекомендации для конкретных приложений

Каждое применение требует специфического подхода в отношении提供的 антисептика. Например, упаковочные материалы, подвергающиеся воздействию солнечного света, должны быть оснащены УФ-стабилизаторами помимо антисептиков. Учитывая вышеуказанные параметры, автомобильные детали также могут использовать внутренние высоко температурные антисептики вместе со вторичными стабилизаторами.

Тонкие пленки и волокна предполагается иметь больше дисперсных низкомолекулярных антисептиков, тогда как более толстые и жесткие пластиковые изделия должны иметь высоко молекулярные антисептики для длительной защиты. Стабилизаторы HALS являются лучшим выбором для использования на открытом воздухе, так как они не разрушаются под действием ультрафиолетового излучения.

Заключение

Решение проблемы пластика с точки зрения старения является сложным по своей природе и требует стратегического подхода. Придерживаясь трех шагов: отбора и выбора материалов, выбора правильных антиоксидантов для материалов и оптимизации материалов в формулировке и обработке, производители могут значительно улучшить срок службы и производительность пластмассовых изделий. Наиболее подходящие антиоксиданты для пластиков выбираются таким образом, чтобы пластик мог выполнять свои функции и сохранять свой внешний вид даже в экстремальных условиях использования.