Quasi tutte le materie plastiche sono soggette a degradazione se esposte alla luce ultravioletta, come la luce solare o l'illuminazione fluorescente. Questo degrado può verificarsi durante la lavorazione o una volta che il prodotto è in uso e i suoi sintomi includono fragilità, scolorimento e perdita di proprietà fisiche come resistenza all'urto, resistenza alla trazione e colore, tutti fattori che portano a una durata ridotta della plastica. Un esempio quotidiano di degradazione UV è una sedia da giardino che può scolorirsi e diventare fragile nel tempo a causa della degradazione della plastica.
Gli additivi per la stabilizzazione UV sono composti aggiunti per prevenire il deterioramento della plastica e prolungare notevolmente la durata del prodotto finale. Gli stabilizzanti UV vengono aggiunti a livelli molto bassi, tipicamente {{0}},1 – 0,5% del polimero. Questi additivi possono spesso essere combinati con il polimero di base durante la produzione o preparati come parte di un masterbatch. Ci sono molti additivi sul mercato per la stabilizzazione UV tra cui Amshield, lo stabilizzatore Ultra Violet Inhibitor di Amcor.
Cos'è la fotoossidazione?
La degradazione della plastica causata dalla luce UV è il risultato di un processo chimico chiamato fotoossidazione o fotodegradazione. La luce UV degrada i legami chimici esistenti nelle catene polimeriche, indebolendo la plastica riducendone il peso molecolare, portando alla perdita di resistenza e ad altri sintomi indesiderati, come descritto in precedenza. La degradazione molecolare, come la fotoossidazione, spesso causa il cedimento della plastica, quindi è importante comprendere questi processi e come evitarli!
La resistenza ai raggi UV dei polimeri non protetti varia a seconda della struttura e della composizione. Alcune materie plastiche sono più suscettibili alla fotoossidazione a causa della loro struttura e dei loro gruppi funzionali. I legami più suscettibili alla fotoossidazione includono legami carbonio-azoto come nitrili, ammidi e ammine; legami carbonio-ossigeno come eteri, esteri, chetoni e acidi carbossilici; legami carbonio-cloro; legami ossigeno-ossigeno come perossidi; e legami azoto-idrogeno come ammidi e ammine.
Tipi di additivi stabilizzanti UV
Per inibire il processo fotoossidativo e proteggere la plastica dai dannosi raggi UV, vengono utilizzati stabilizzanti UV. La protezione UV può essere fornita in modi diversi a seconda dello specifico stabilizzante UV utilizzato. In genere, i tipi più comuni di additivi agiscono come assorbitori UV, tempra o HALS e in alcuni casi è possibile utilizzare più di un additivo per fornire il livello desiderato di stabilità UV.
Assorbitori UV: con un sufficiente apporto di luce, i gruppi funzionali sensibili (chiamati cromofori) nei polimeri subiscono una serie di reazioni per generare radicali liberi. Questa forma di stabilizzante UV, come suggerisce il nome, assorbe la radiazione UV per prevenire l'inizio di reazioni fotoossidative. Una volta assorbito il calore UV, viene dissipato attraverso le catene polimeriche. Il nero è un eccellente assorbitore di raggi UV, quindi spesso vengono aggiunti vernici, coloranti o nerofumo elementare per proteggere i prodotti in plastica dai raggi UV. Anche i benzotriazoli e le idrossifeniltriazine sono esempi di assorbitori UV.
Quenchers: il processo di foto-ossidazione coinvolge molteplici reazioni che alla fine generano radicali liberi che reagiscono con più legami nella catena polimerica, distruggendo l'integrità della plastica. I quencher funzionano spegnendo l'energia generata durante le reazioni di fotoossidazione, riportando così le molecole eccitate allo stato fondamentale dove è meno probabile che propaghino la reazione di fotoossidazione che genera radicali liberi. Un quencher al nichel è un esempio di questa forma di stabilizzatore UV.
HALS: Gli stabilizzatori di luce alle ammine ostacolate (HALS) sono stabilizzatori UV che prendono di mira e intrappolano i radicali liberi generati durante la foto-ossidazione, impedendo loro di reagire con la struttura del polimero. La struttura di HALS varia, ma generalmente ha una struttura ad anello 2,2,6,6-tetrametilpiperidina.
