Nahezu alle Kunststoffe unterliegen einer Zersetzung, wenn sie ultraviolettem Licht wie Sonnenlicht oder fluoreszierendem Licht ausgesetzt werden. Dieser Abbau kann während der Verarbeitung oder nach Gebrauch des Produkts auftreten und zu seinen Symptomen gehören Sprödigkeit, Verfärbung und Verlust physikalischer Eigenschaften wie Schlagfestigkeit, Zugfestigkeit und Farbe – all dies führt zu einer verkürzten Lebensdauer des Kunststoffs. Ein alltägliches Beispiel für den Abbau durch UV-Strahlung ist ein Gartenstuhl, der sich im Laufe der Zeit aufgrund von Kunststoffabbau verfärben und spröde werden kann.
UV-Stabilisierungsadditive sind Verbindungen, die hinzugefügt werden, um eine Verschlechterung des Kunststoffs zu verhindern und die Lebensdauer des Endprodukts erheblich zu verlängern. UV-Stabilisatoren werden in sehr geringen Mengen zugesetzt, typischerweise {{0}},1 – 0,5 Prozent des Polymers. Diese Additive können häufig während der Herstellung mit dem Basispolymer kombiniert oder als Teil eines Masterbatch hergestellt werden. Es gibt viele Additive auf dem Markt zur UV-Stabilisierung, einschließlich Amshield, Amcors Ultra Violet Inhibitor Stabilizer.
Was ist Photooxidation?
Der durch UV-Licht verursachte Kunststoffabbau ist das Ergebnis eines chemischen Prozesses, der als Photooxidation oder Photodegradation bezeichnet wird. UV-Licht baut bestehende chemische Bindungen in den Polymerketten ab, wodurch der Kunststoff geschwächt wird, indem sein Molekulargewicht verringert wird, was zu Festigkeitsverlust und anderen unerwünschten Symptomen führt, wie zuvor beschrieben. Molekularer Abbau, wie z. B. Photooxidation, führt häufig zum Versagen von Kunststoffen. Daher ist es wichtig, diese Prozesse zu verstehen und zu vermeiden!
Die UV-Beständigkeit von ungeschützten Polymeren variiert je nach Struktur und Zusammensetzung. Einige Kunststoffe sind aufgrund ihrer Struktur und funktionellen Gruppen anfälliger für Photooxidation. Bindungen, die am anfälligsten für Photooxidation sind, umfassen Kohlenstoff-Stickstoff-Bindungen wie Nitrile, Amide und Amine; Kohlenstoff-Sauerstoff-Bindungen wie Ether, Ester, Ketone und Carbonsäuren; Kohlenstoff-Chlor-Bindungen; Sauerstoff-Sauerstoff-Bindungen wie Peroxide; und Stickstoff-Wasserstoff-Bindungen wie Amide und Amine.
Arten von UV-stabilisierenden Additiven
Um den photooxidativen Prozess zu hemmen und Kunststoffe vor schädlichen UV-Strahlen zu schützen, werden UV-Stabilisatoren verwendet. UV-Schutz kann je nach verwendetem spezifischen UV-Stabilisator auf unterschiedliche Weise bereitgestellt werden. Typischerweise wirken die gebräuchlichsten Arten von Additiven als UV-Absorber, Quencher oder HALS, und in einigen Fällen kann mehr als ein Additiv verwendet werden, um das gewünschte Maß an UV-Stabilität bereitzustellen.
UV-Absorber: Bei ausreichender Lichteinstrahlung durchlaufen empfindliche funktionelle Gruppen (sogenannte Chromophore) in Polymeren eine Reihe von Reaktionen, um freie Radikale zu erzeugen. Diese Form von UV-Stabilisatoren absorbiert, wie der Name schon sagt, UV-Strahlung, um die Initiierung photooxidativer Reaktionen zu verhindern. Sobald die UV-Wärme absorbiert ist, wird sie durch die Polymerketten abgeführt. Schwarz ist ein ausgezeichneter UV-Absorber, daher werden häufig Farben, Farbstoffe oder elementarer Ruß hinzugefügt, um Kunststoffprodukte vor UV-Strahlen zu schützen. Auch Benzotriazole und Hydroxyphenyltriazine sind Beispiele für UV-Absorber.
Quencher: Der Photooxidationsprozess umfasst mehrere Reaktionen, die letztendlich freie Radikale erzeugen, die mit mehreren Bindungen in der Polymerkette reagieren und die Integrität des Kunststoffs zerstören. Löscher wirken, indem sie die während der Photooxidationsreaktionen erzeugte Energie löschen und somit angeregte Moleküle in den Grundzustand zurückführen, wo sie die freie Radikale erzeugende Photooxidationsreaktion weniger wahrscheinlich fortpflanzen. Ein Nickelquencher ist ein Beispiel für diese Form eines UV-Stabilisators.
HALS: Hindered Amine Light Stabilizers (HALS) sind UV-Stabilisatoren, die freie Radikale, die während der Photooxidation entstehen, angreifen und einfangen und sie daran hindern, mit der Polymerstruktur zu reagieren. Die Struktur von HALS variiert, hat aber im Allgemeinen eine 2,2,6,6--Tetramethylpiperidin-Ringstruktur.
