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UV-Abbau von Kunststoffen und UV-beständigen Additiven

Sonnenlicht kann Kunststoffe abbauen

Viele Kunststoffe zersetzen sich im Sonnenlicht ohne den Zusatz von Lichtblockern, Stabilisatoren oder UV-Absorbern. Materialien können sich verfärben, reißen oder vollständig zerfallen. Während die UV-Zersetzung eines Polymers im Sonnenlicht normalerweise nur 0,05% tief in der Materialoberfläche ist, kann die sehr spröde Natur einiger Kunststoffe zu einem vollständigen Bauteilausfall führen.

Anzeichen von UV-Degradation

*Spröde äußere Schicht (Verlust der Zugdehnung)
*Verringerung des Molekulargewichts
*Verlust der mechanischen Eigenschaften
*Änderung der chemischen Eigenschaften
*Verfärbung, Vergilbung
* Verblassen der Farbe
*Verlust der Klarheit
*Bildung von Rissen
*Kreideartiges Aussehen


Klappstuhl mit UV-Beschädigung

Drei Arten von ultravioletter Strahlung

Das elektromagnetische Spektrum besteht aus sieben Abschnitten. Von der höchsten Energie zur niedrigsten werden die Abschnitte als Gammastrahlen, Röntgenstrahlen, ultraviolette Strahlung, sichtbares Licht, Infrarotstrahlung und Radiowellen bezeichnet.

Die ultraviolette Strahlung besteht aus drei Arten:UVA, UVB und UBC. UVA lässt Ihre Haut bräunen, während UVB zu Verbrennungen führt. UVC ist ein keimtötendes Mittel, das Mikroorganismen abtötet. Die Ozonschicht der Erde blockiert effektiv UVC-Licht. UVB hat den größten Einfluss auf den UV-Abbau eines Polymers.

Wie UV-Licht Kunststoffe abbaut

Kunststoffe bestehen aus Polymerketten. Wenn UV-Energie von vielen Kunststoffen absorbiert wird, werden Photonen im Material angeregt, die dann freie Radikale erzeugen. Wenn Sauerstoff vorhanden ist, bilden die freien Radikale Sauerstoffhydroperoxide, die die Polymerketten brechen (Kettenspaltung). Dieser Vorgang wird als Photooxidation bezeichnet. Außerdem können Feuchtigkeit, Verunreinigungen, Chemikalien, mechanische Belastung, Luft, Temperatur oder Umweltschadstoffe diesen Prozess beschleunigen.

Kunststoffe, die durch UV-Licht abbauen

Es wurden Additive entwickelt, um der Photooxidation besser zu widerstehen. Dazu gehören Ruß, Rutil-Titanoxid, Benzophenone, Hydroxyphenyl-Benzotriazol, gehinderte Aminstabilisatoren (HALS), Oxanilide, Hydroxybenzophenon, Enzotriazole, Hydroxyphenyltriazine, Nickel-Quencher und andere. Und jeder Kunststoff kann eines oder mehrere davon verwenden, um die bestmögliche UV-Beständigkeit für das Polymer und die Anwendung zu erzielen. Obwohl die unten aufgeführten UV-beständigen Additive häufig verwendet werden, sind sie jedoch nicht die einzigen, die in allen Anwendungen verwendet werden.

Nylon 6/6

Nylon 6/6 ist eines der vielseitigsten technischen thermoplastischen Materialien. Da Nylon 6/6 eine ausgezeichnete Festigkeit, Duktilität und Hitzebeständigkeit aufweist, ist es ein hervorragender Kandidat für Metallersatzanwendungen. Nylon erfordert jedoch UV-beständige Zusätze. Eine gute Wahl ist eine dreiteilige Kombination aus einem phenolischen Antioxidans, mit einem Phosphit und einem Lichtstabilisator aus gehindertem Amin (HALS). Der beste UV-stabilisierende Effekt besteht darin, einen UV-Absorber zusätzlich zu den HALS hinzuzufügen.

ABS (Polyoxymethylen oder POM)

ABS ist ein technischer Kunststoff, der häufig für Zahnräder, Ketten, Schrauben, Clips, Kraftstoffpumpen, Gepäck, Rasenmäherabdeckungen usw. verwendet wird. Bei Verwendung des Materials im Freien ist die Verwendung von UV-Stabilisatoren obligatorisch. Auch wenn es Regen, Leuchtstofflampen (zB in Badezimmern) und der Luft ausgesetzt ist. UV-Schutz ist sowohl für Autoteile als auch für Komponenten von Geschäftsmaschinen erforderlich. UV-Bestrahlung kann zu Glanzverlust und sogar zur Rissbildung führen. Als UV-Schutz wird häufig eine Kombination aus dem UV-Absorber Benzotriazol und HALS verwendet.

Polyethylen hoher Dichte

Polyethylen hoher Dichte wird häufig in Müllsäcken, Einkaufstüten, Isolierungen für Drähte und Kabel, landwirtschaftlichem Mulch, Flaschen und Haushaltswaren verwendet. Es wird auch in Fruchtsaftbehältern, Milchbehältern, Schalen, Kisten und Lebensmittelverpackungen verwendet. Ruß wird häufig verwendet, um HDPE UV-beständig zu machen. Ein Prozentsatz von 1-3 wird empfohlen.

Polycarbonat

Wenn Polycarbonat in Außenanwendungen verwendet wird, neigt es zum Vergilben. Außerdem werden die mechanischen Eigenschaften einschließlich der Schlagzähigkeit verloren. UV-Stabilisatoren werden also obligatorisch. Es sollte ein UV-Absorber von Hydroxyphenyl-Benzotriazol verwendet werden. Beachten Sie, dass gehinderte Amin-Lichtstabilisatoren (HALS) nicht empfohlen werden. Die basischen Aminverbindungen beschleunigen die Hydrolyse des Materials.

Polypropylen

Die Wirkung von ultravioletter (UV) Strahlung beeinflusst die Eigenschaften von Polypropylen stark. Bei starker, direkter Sonneneinstrahlung über einen Zeitraum von sechs Monaten führt dies zu einem starken Verlust der Festigkeitseigenschaften, es sei denn, es wird ein UV-Inhibitor oder eine hohe Beladung mit Rußpigmenten verwendet. Selbst wenn diese hinzugefügt werden, ist die Lebenserwartung unter starker Sonneneinstrahlung begrenzt. HALS und Ruß werden oft hinzugefügt, um den UV-Abbau zu mildern.

Kunststoff, der von Natur aus UV-beständig ist

Einige Kunststoffe zersetzen sich jedoch unter UV-Strahlung nicht auf natürliche Weise. Dazu gehören Acryl, Ultem sowie die Fluorpolymere wie PTFE, FEP, PFA und PVDF. Daher benötigen diese keine Zusatzstoffe und sind nützlich in Produktionsteilen für Autos und sogar in Teilen von Raumfahrzeugen, die einer potenziellen UV-Degradation über einen langen Zeitraum ausgesetzt sind.


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