Aplikácia svetelných stabilizátorov pri výrobe plastových výrobkov

Stabilizátor svetla je hlavnou prísadou proti starnutiu pri výrobe plastov. Absorbovaním, tienením alebo zhášaním ultrafialovej energie môže inhibovať rozpad molekulárneho reťazca a oxidačnú degradáciu plastov spôsobenú ultrafialovým žiarením, zabrániť zmene farby, krehnutiu a praskaniu výrobkov v neskoršom období a predĺžiť životnosť v vonkajšom a svetelnom prostredí. Pridanie stabilizátora svetla pri výrobe plastov (ako je extrúzia, vstrekovanie, vyfukovanie) môže dodať výrobkom účinnosť proti starnutiu od zdroja, vyriešiť problém zlyhania výrobkov, ktoré neboli pridané vonku dlhšie ako 6 mesiacov, a prispôsobiť sa takmer všetkým kategóriám plastov, ako sú PE, PP, PVC, PET, PC atď. Podľa mechanizmu účinku sa delia na absorbéry ultrafialového žiarenia, zhášače, tienené činidlá a lapače voľných radikálov. V súčasnosti sa vyvíjajú smerom k vysokej účinnosti, nízkej migrácii a zelenej multifunkčnosti, čo je hlavnou podporou pre rozširovanie vonkajších aplikácií plastových výrobkov.

1. Logika základnej funkcie svetelných stabilizátorov: blokovanie zdroja starnutia na strane výroby

Molekulárne reťazce plastov sa ľahko poškodzujú ultrafialovým žiarením s vlnovou dĺžkou 290 – 400 nm. Stabilizátory svetla sa miešajú so surovinami alebo spracovávajú v neskoršej fáze výroby, aby sa vytvorila úplná ochrana reťazca a predišlo sa problémom so starnutím, ktoré by mohli vzniknúť v dôsledku skrytých rizík vo výrobnom procese.

Prispôsobivosť výroby: Kompatibilná s bežnými procesmi výroby plastov, ako je extrúzia, vstrekovanie plastov, vyfukovanie a valcovanie, s tepelnou odolnosťou pokrývajúcou teploty spracovania 150 – 320 ℃ bez ovplyvnenia tvárnosti výrobku;

Ochranná dráha: UV absorbéry (ako napríklad UV-327) absorbujú svetelnú energiu a premieňajú ju na tepelnú energiu, lapače voľných radikálov (ako napríklad HALS 944) ukončujú degradačnú reťazovú reakciu, tienené činidlá (ako napríklad sadze) fyzicky blokujú UV žiarenie a zhášacie činidlá (ako napríklad komplexy niklu) prenášajú energiu excitovaného stavu;

Základná hodnota: Pridanie počas výrobnej fázy môže predĺžiť životnosť plastu v exteriéri z niekoľkých mesiacov na 3 – 10 rokov, pričom sa zabezpečia mechanické vlastnosti a vzhľadová stabilita produktu a znížia sa náklady na výmenu v neskoršej fáze.

2. Typy a prispôsobivosť výroby bežných svetelných stabilizátorov

Rôzne stabilizátory svetla sa výrazne líšia v tepelnej odolnosti, kompatibilite a priehľadnosti a mali by sa vyberať na základe typu plastu, výrobného procesu a použitia produktu.

1. UV absorbéry: preferované na výrobu transparentných produktov

Reprezentatívne produkty: benzotriazol (UV-327, UV-326), benzofenón (UV-531);

Proces úpravy: vstrekovanie plastov, vyfukovanie plastov, extrúzia, tepelná odolnosť 180-280 ℃;

Kompatibilné plasty: PET, PC, priehľadný PP, priehľadná PVC fólia;

Výrobný scenár: vyfukovanie PET fliaš na nápoje, vstrekovanie tienidiel na lampy z PC, výroba priehľadných PP obedových krabíc bez ovplyvnenia priehľadnosti produktu (miera udržania 90 %).

2. Stabilizátory svetla na báze bránených amínov (HALS): základ dlhodobej ochrany

Reprezentatívne produkty: Nízka molekulová hmotnosť (HALS 770), vysoká molekulová hmotnosť (HALS 944);

Proces adaptácie: Všetky procesy výroby plastov, tepelne odolné teploty 160-300 ℃;

Vhodné pre plasty: PE, PP, PVC, ABS;

Výrobné scenáre: extrúzia poľnohospodárskej fólie z PE, vstrekovanie PP nárazníkov do automobilov, výroba PVC dverových a okenných profilov, doba vonkajšej ochrany môže dosiahnuť 5-10 rokov.

3. Ochranný prostriedok: Vhodný pre lacné nepriehľadné produkty

Reprezentatívne produkty: sadza, nanoTiO₂ZnO;

Proces úpravy: extrúzia, vstrekovanie plastov, tepelná odolnosť 150-250 ℃;

Vhodné pre plasty: PE vodovodné potrubia, PVC potrubia, PP vonkajšie odpadkové koše;

Výrobný scenár: Extrúzia čiernych PE kvapkových závlahových rúr a výroba tmavých PVC drenážnych rúr s nízkymi nákladmi a priamou ochranou.

4. Kaliace činidlo: špecializované na tmavo sfarbené výrobky

Reprezentatívny produkt: Niklový komplex (UV-1084);

Proces úpravy: vstrekovanie plastov, extrúzia, tepelná odolnosť 160-200 ℃;

Kompatibilné s plastmi: PP, PE tmavej triedy, ABS čierne časti;

Výrobný scenár: Vstrekovanie čiernych automobilových dielov z PP, výroba tmavých vonkajších PE produktov, so silnou odolnosťou voči poveternostným vplyvom, ale nevhodných pre priehľadné produkty.

3. Prax aplikácie pri výrobe kľúčových plastových výrobkov

1. Výroba polyolefínových produktov (PE, PP)

Extrúzia PE poľnohospodárskej fólie:

Vzorec: PE surovina + 0,2 % UV-327 + 0,3 % HALS 770 + 0,15 % antioxidant 1010;

Proces: Teplota extrúzie 150-180 ℃, pomer nafukovania 2,5-3,0;

Účinok: Po 12 mesiacoch vonkajšieho používania je priepustnosť svetla vyššia ako 85 %, miera zachovania pevnosti v ťahu je vyššia ako 70 % a nedochádza k krehkému lomu.

Vstrekovanie PP nárazníkov do auta:

Vzorec: PP surovina + 0,5 % HALS 944 + 0,2 % UV-531 + 0,2 % antioxidant 168;

Proces: Teplota vstrekovania plastov 180-200 ℃, teplota formy 50-60 ℃;

Účinok: Vonkajšie použitie po dobu 3 rokov bez zmeny farby alebo prasklín, s mierou zadržania rázovej húževnatosti vyššou ako 80 %.

2. Výroba technických plastových výrobkov (PET, PC)

Vyfukovanie PET fliaš na nápoje:

Vzorec: PET surovina + 0,15 % UV-326 + 0,2 % antioxidant 1010;

Proces: Teplota sušenia 160 ℃, teplota vyfukovania 270-280 ℃;

Účinok: Blokuje UV žiarenie, zabraňuje kazeniu nápojov a telo fľaše zostáva žlté 6 mesiacov.

Vstrekovanie tienidiel na vonkajšie lampy z PC:

Vzorec: PC surovina + 0,3 % UV-327 + 0,4 % HALS 944;

Proces: Teplota vstrekovania 280-300 ℃, doba výdrže 15-20 sekúnd;

Účinok: Priepustnosť vonkajšieho svetla 80 % po dobu 5 rokov, bez praskania alebo zmeny farby.

3. Výroba stavebných materiálov a plastových výrobkov (PVC, PE)

Extrúzia PVC dverových a okenných profilov:

Vzorec: PVC živica + 2 % sadze + 0,3 % UV-531 + 2 % tepelný stabilizátor vápenato-zinkový;

Proces: Teplota extrúzie 150-170 ℃, rýchlosť ťahu 5-8 m/min;

Účinok: Počas 10 rokov vonku nedochádza k významnému starnutiu a miera zachovania pevnosti v ťahu je vyššia ako 65 %.

Extrúzia PE vodovodného potrubia:

Vzorec: PE surovina + 0,6 % HALS 944 + 3 % sadze + 0,2 % antioxidant 1010;

Proces: Teplota extrúzie 160-180 ℃, tlak 10-15 MPa;

Účinok: Vonkajšia časť je odolná voči UV žiareniu, zakopaná časť je odolná voči korózii a životnosť je až 50 rokov.

4. Výroba plastov prichádzajúcich do kontaktu s potravinami (PP, PET)

Vstrekovanie plastov do mikrovlnnej rúry z PP:

Vzorec: PP surovina + 0,1 % UV-327 + 0,1 % antioxidant 1010;

Proces: Teplota vstrekovania 170-190 ℃, čas chladenia 10-15 sekúnd;

Účinok: Miera migrácie <0,01 mg/kg, v súlade s normami potravinárskej kvality, odolná voči svetlu bez starnutia.

4. Výzvy aplikácií a vývojové trendy

1. Existujúce výzvy

Problém s kompatibilitou: Niektoré stabilizátory svetla majú slabú kompatibilitu s plastmi, ktoré sa môžu ľahko vyzrážať a spôsobiť, že povrch produktu sa stane lepkavým a zahmleným;

Rovnováha medzi nákladovou a efektívnou cenou: Účinné svetelné stabilizátory (ako napríklad HALS s vysokou molekulovou hmotnosťou) majú vysoké náklady a je ťažké uspokojiť dlhodobé potreby pri nízkych dávkach;

Tlak na dodržiavanie environmentálnych predpisov: Niektoré komplexy niklu a svetelné stabilizátory obsahujúce halogény nespĺňajú nariadenie EÚ REACH a iné environmentálne normy.

2. Trendy vývoja

Efektívna a nízka migrácia: Vývoj reaktívnych svetelných stabilizátorov s vysokou molekulovou hmotnosťou na zníženie migrácie a zrážania počas výroby a použitia, vhodných pre špičkové scenáre;

Biobased: Vývoj biologicky odbúrateľných a nízkotoxických svetelných stabilizátorov s použitím extraktu z rozmarínu a derivátov čajových polyfenolov ako surovín v súlade s politikou duálneho uhlíka;

Multifunkčná integrácia: Vývoj kompozitných prísad s obsahom svetla stabilných + antioxidačných + antistatických látok, zjednodušenie výrobných receptúr a zníženie nákladov na spracovanie.

5. Zhrnutie

Svetelné stabilizátory vďaka presnému pridávaniu počas výrobnej fázy vytvárajú UV ochranné bariéry pre plastové výrobky priamo od zdroja. Sú nevyhnutnými prísadami do plastových výrobkov vo vonkajšom a svetelnom prostredí. Sú kompatibilné s rôznymi procesmi výroby plastov a vďaka výberu typu a optimalizácii receptúry dokážu vyvážiť odolnosť voči poveternostným vplyvom, vzhľad a bezpečnosť výrobkov. V budúcnosti, s prelomovými objavmi v efektívnych a zelených technológiách, svetelné stabilizátory ďalej podporia špičkový a dlhodobý vývoj plastových výrobkov a rozšíria ďalšie scenáre vonkajšieho použitia.