Ba bước để giải quyết vấn đề lão hóa nhựa: Khuyến nghị về chất chống oxy hóa tốt nhất Việt Nam

Nhựa là thành phần thiết yếu của hầu hết mọi lĩnh vực hoạt động của con người, từ sản phẩm làm đẹp đến linh kiện ô tô và hàng không vũ trụ. Tuy nhiên, sự lão hóa của vật liệu nhựa hoặc sự xuống cấp do các hiện tượng môi trường khác nhau theo thời gian vẫn là một vấn đề lớn. Bài viết này đưa ra ba lý do chính và giải pháp cho các vấn đề lão hóa nhựa và gợi ý các chất chống oxy hóa tốt nhất hiện có để ngăn ngừa các vấn đề như vậy.

Hiểu về lão hóa nhựa

Lão hóa nhựa, chủ yếu xảy ra thông qua việc tiếp xúc với các yếu tố môi trường như tia UV, oxy và nhiệt. Các yếu tố này theo thời gian trôi qua, làm cho vật liệu bị đổi màu, giòn và mất đi hầu hết các đặc tính cơ học do trọng lực. Các gốc tự do hoạt động như tác nhân kích thích các quá trình phân hủy. Các gốc tự do này tác động lên cấu trúc của các phân tử polyme, dẫn đến một loạt các sự kiện có hại. Để nhắm mục tiêu lão hóa nhựa một cách khéo léo hơn, điều quan trọng là phải biết các cơ chế và cả các mục tiêu tiềm năng.

Bước 1: Sàng lọc ban đầu và lựa chọn vật liệu

Bước đầu tiên để giải quyết các vấn đề liên quan đến lão hóa nhựa là tiến hành sàng lọc cụ thể các vật liệu sẽ sử dụng. Các yếu tố môi trường có tác động khác nhau đến các loại polyme khác nhau. Ví dụ, trong khi hầu hết polyethylene dễ bị phân hủy bởi tia UV, polycarbonate bền hơn nhưng vẫn có thể bị oxy hóa do quang hóa. Việc lựa chọn vật liệu nên được điều chỉnh theo ứng dụng đang xem xét và các điều kiện môi trường dự kiến ​​mà nhựa sẽ được sử dụng.

Việc sàng lọc nên bao gồm các thử nghiệm lão hóa tăng tốc, là các thử nghiệm cố gắng dự đoán trong một khoảng thời gian ngắn, hiệu suất của vật liệu trong một thời gian dài sử dụng trong môi trường tự nhiên. Thông tin này hữu ích trong việc lựa chọn các loại polyme phù hợp với ứng dụng mong muốn vì nó cung cấp thông tin có giá trị về hành vi của vật liệu dưới các tác nhân gây căng thẳng khác nhau. Và những thông tin này có thể giúp đưa ra phán đoán tốt hơn về số lượng chất chống oxy hóa và các chất ổn định khác cần kết hợp.

Bước 2: Chọn chất chống oxy hóa phù hợp

Sau khi xác định đúng vật liệu, nhiệm vụ tiếp theo là làm thế nào để chọn đúng chất chống oxy hóa. Chất chống oxy hóa rất quan trọng trong việc trì hoãn quá trình lão hóa vì chúng tác động trực tiếp lên các gốc tự do để trung hòa hoặc ức chế hoạt động của chúng. Chất chống oxy hóa được phân loại thành chất chính và chất phụ, được gọi là chất dọn gốc tự do và chất phân hủy hydro peroxide.

Chất chống oxy hóa chính: Các chất chống oxy hóa này thực hiện hoạt động kiểu khởi động như phenol bị cản trở và amin thơm. Chúng săn tìm kim loại chuyển tiếp tạo phức chelat để tối ưu hóa mức tiêu thụ oxy trong giai đoạn đầu. Một số ví dụ là butylated hydroxytoluene (BHT) và diphenyl amine và một số amine bị cản trở HALS như Hindered Amine Light Stabilizers.

Chất chống oxy hóa thứ cấp: Các este phosphite và thioether là những loại hợp chất ngăn chặn hydroperoxide thành các phân cắt không có gốc tự do, tránh các bước tiến của cơ chế chuỗi oxy hóa. Một chất chống oxy hóa thứ cấp phổ biến được sử dụng là tris (2,4-di-tert-butylphenyl) phosphite, có nhãn hiệu là Irgafos 168 và distearyl thiodipropionate.

Bước 3: Tối ưu hóa công thức và chế biến

Sau khi xác định được chất chống oxy hóa hiệu quả nhất, nhiệm vụ quan trọng tiếp theo là tối ưu hóa công thức và các thông số xử lý. Điều này bao gồm việc tìm ra số lượng chất chống oxy hóa cần thiết cũng như các thông số tốt nhất cho sự phân tán polyme của chất chống oxy hóa. Việc nạp quá nhiều hoặc quá ít chất chống oxy hóa cũng có thể ngăn cản hiệu suất tối ưu trong việc phá hủy các hành vi vật lý của vật liệu hoặc không thành công trong việc cung cấp khả năng bảo vệ hiệu quả.

Các thông số xử lý khác như nhiệt độ, tốc độ đùn và thời gian trộn cũng rất quan trọng đối với hiệu quả của chất chống oxy hóa. Nhiệt độ xử lý quá cao có thể dẫn đến sự phân hủy chất chống oxy hóa trước khi chúng được sử dụng, trong khi việc trộn không đầy đủ có thể dẫn đến sự phân tán không đúng cách của chất chống oxy hóa dẫn đến các điểm yếu dễ bị lão hóa hơn.

Khuyến nghị cho các ứng dụng cụ thể

Mỗi ứng dụng đòi hỏi một cách tiếp cận cụ thể về chất chống oxy hóa được cung cấp. Ví dụ, vật liệu đóng gói tiếp xúc với ánh sáng mặt trời nên được trang bị chất ổn định UV ngoài chất chống oxy hóa. Với các thông số được đề cập ở trên, các bộ phận ô tô cũng có thể sử dụng chất chống oxy hóa có điểm nóng chảy cao bên trong cùng với chất ổn định thứ cấp.

Màng mỏng và sợi được kỳ vọng sẽ có chất chống oxy hóa phân tử thấp phân tán nhiều hơn trong khi nhựa dày và cứng hơn được hình dung là có chất chống oxy hóa phân tử cao cắm vào để có tác dụng bảo vệ lâu dài. HALS dễ dàng là lựa chọn tốt nhất để sử dụng ngoài trời vì chúng không bị phân hủy dưới ánh sáng UV.

Kết luận

Việc xử lý vấn đề nhựa từ khía cạnh lão hóa có bản chất phức tạp và đòi hỏi một cách tiếp cận mang tính chiến lược. Bằng cách tuân thủ ba bước sàng lọc và lựa chọn vật liệu, lựa chọn chất chống oxy hóa phù hợp cho vật liệu và tối ưu hóa vật liệu trong quá trình tạo thành và chế biến, tuổi thọ và hiệu suất của các sản phẩm nhựa có thể được các nhà sản xuất cải thiện đáng kể. Các chất chống oxy hóa tốt nhất cho nhựa phù hợp với các ứng dụng cụ thể được lựa chọn theo cách mà nhựa có thể thực hiện và phục vụ các chức năng của chúng và giữ được vẻ ngoài của chúng ngay cả trong điều kiện sử dụng khắc nghiệt.