Die 3 wichtigsten Kunststoffadditive für die UV-Stabilisierung

UV-Strahlung

Im Laufe der Zeit zersetzt die UV-Strahlung des Sonnenlichts Kunststoffe. Die Photodegradation von Polymeren tritt auf, wenn nicht sichtbare UV-Strahlung aus kurzwelligen längen bricht die Polymerketten in Kunststoffen auf. Dies wird als Photodegradationsprozess bezeichnet. Sie wird durch UV-Strahlung verursacht und führt zu einer Verschlechterung der physikalischen Eigenschaften. Dazu zählen Schlagzähigkeitsverlust, Farbveränderungen, Rissbildung, Dehn- und Zugfestigkeitsverlust sowie Kreidung der Oberfläche. Beispielsweise führt die Photodegradation durch UV-Strahlung dazu, dass Gartenstühle ihren Glanz verlieren und spröde werden. Außerdem erscheint die Farbe der Stadionsitze kreidig und einige Kunststoffe werden sogar gelb und reißen.

Einige Eigenschaften von UV-Strahlung

UV-Strahlung macht nur 4,6% des Sonnenspektrums aus. Er wird in Nanometern (nm) berechnet und liegt zwischen 290 und 400. Der aggressivste Teil des UVB-Bereichs sind jedoch die sehr kurzen Wellenlängen zwischen 280 und 315 Nanometer. Die Höhe der UV-Strahlung (Bestrahlung) hängt davon ab, wo Sie sich auf der Welt befinden.

Was ist Bestrahlung

Bestrahlung ist die UV-Strahlungsenergie, die über einen bestimmten Zeitraum auf einen bestimmten Bereich einfällt. 1Ly =1 cal/cm ² =4,184 E ⁴ Joule/m ² (Ly=Langley) Somit beträgt die Energiemenge, die in einem Jahr im Dauereinsatz im Freien auf ein Kunststoffteil übertragen wird, 220kcal/cm ² /Jahr im Sudan, in Schweden 70.

Jeder Kunststoff ist gegenüber bestimmten Wellenlängen im UV-Bereich von 290-400 nm empfindlich. Polypropylen hat drei Maxima bei 290-300, 330 und 370 nm. Der Bereich für Nylon ist 290-315 und PVC-Homopolymer ist 320.

UV-Wellenlängenempfindlichkeit von Polymeren (nm)

Polymerabbau

Der Photoabbau von Polymeren tritt auf, wenn die UV-Strahlung der Sonne von chemischen Gruppen in der Polymerbildung, den sogenannten Chromophoren, absorbiert wird. Chromophore sind „ein Atom oder eine Gruppe von Atomen, deren Vorhandensein für die Farbe einer Verbindung verantwortlich ist“. Die Polymerformel kann andere Additive wie halogenierte Flammschutzmittel, Füllstoffe und Pigmente enthalten. UV-Stabilisatoren wurden entwickelt und werden einem Polymer zugesetzt, um die Photoinitiierungsprozesse zu hemmen. Die drei wichtigsten Typen sind Ultraviolett-Absorber, Quencher und Hindered Amine Light Stabilizers (HALS).

1) UV-Absorber

Absorber sind eine Art Lichtstabilisator, der mit den Chromophoren konkurriert, um UV-Strahlung zu absorbieren. Absorber wandeln schädliche UV-Strahlung in harmlose Infrarotstrahlung oder Wärme um, die über die Polymermatrix abgeführt wird. UV-Absorber haben den Vorteil geringer Kosten, können aber nur für eine kurzzeitige Exposition nützlich sein. Zu den UV-Absorbern gehören:

Absorber

UV-Absorber haben den Vorteil geringer Kosten, können aber nur für eine kurzzeitige Exposition nützlich sein. Zu den UV-Absorbern gehören:

• Ruß ist eine der effektivsten und am häufigsten verwendeten UV-StrahlenStrahlung Absorber.

• Ein weiterer UV-Absorber ist Rutil-Titanoxid, das im Bereich von 300-400 nm wirksam ist. Es ist jedoch im sehr kurzwelligen UVB-Bereich unter 315 nicht sehr nützlich.

• Hydroxybenzophenon

• Hydroxyphenylbenzotriazol sind ebenfalls bekannte UV-Stabilisatoren, die den Vorteil haben, dass sie für neutrale oder transparente Anwendungen geeignet sind. Hydroxyphenylbenzotriazol ist in dünnen Teilen unter 100 Mikrometer nicht sehr nützlich.

• Benzophenone für PVC

• Enzotriazole und Hydroxyphenyltriazine für Polycarbonat.

• Oxanilide für Polyamide

2) Quencher

Quenchers bringen angeregte Zustände der Chromophore durch einen Energietransferprozess in den Grundzustand zurück. Das Energieübertragungsmittel funktioniert durch das Löschen des angeregten Zustands einer Carbonylgruppe, die während der Photooxidation eines Kunststoffmaterials gebildet wird, und durch die Zersetzung von Hydroperoxiden. Dadurch wird eine Bindungsspaltung und letztendlich die Bildung von freien Radikalen verhindert.

Nickellöscher

Nickellöscher sind ein üblicher Typ, der in der landwirtschaftlichen Folienproduktion verwendet wird. Diese werden nicht häufig verwendet, da sie Schwermetalle enthalten und dem Endprodukt eine bräunliche oder grüne Farbe verleihen. Allerdings stabilisieren Nickel-Quencher die UV-Strahlung nicht effektiv, wie dies die nachfolgend besprochenen gehinderten Amin-Lichtstabilisatoren sind.

3) Hindered Amine Light Stabilizers (HALS)

HALS sind thermische Langzeitstabilisatoren, die durch das Einfangen von freien Radikalen, die bei der Photooxidation eines Kunststoffmaterials entstehen, wirken. Daher begrenzen HALS den Photoabbauprozess. Die Fähigkeit von gehinderten Amin-Lichtstabilisatoren, Radikale abzufangen, die durch die Absorption von UV-Strahlung entstehen, wird durch die Bildung von Nitroxly-Radikalen durch einen als Denisov-Zyklus bekannten Prozess erklärt.

Obwohl es bei den kommerziell erhältlichen HALS-Produkten große strukturelle Unterschiede gibt, teilen sich alle die 2,2,6,6-Tetramethylpiperidin-Ringstruktur. HALS sind einige der wirksamsten Stabilisatoren für UV-Strahlung.

UV-Stabilisatoren für eine Vielzahl von Kunststoffen

HALS hat beispielsweise das Wachstum von Polypropylen in der Automobilindustrie ermöglicht. Obwohl HALS auch in Polyolefinen, Polyethylen und Polyurethan sehr wirksam sind, sind sie als Stabilisatoren für UV-Strahlung in PVC nicht geeignet.

Kombinationen von UV-Stabilisatoren

Da alle drei nach unterschiedlichen Mechanismen funktionieren, werden sie oft zu synergistischen UV-Strahlung absorbierenden Additiven kombiniert. Benzotriazole werden beispielsweise häufig mit HALS kombiniert, um pigmentierte Systeme vor Verblassen und Farbveränderungen zu schützen.

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