Воздействие ультрафиолетового (УФ) излучения со временем приводит к разрушению пластмасс. Фотодеструкция происходит, когда невидимое коротковолновое УФ-излучение разрывает полимерные цепи. Это вызывает ухудшение свойств изделия, включая снижение ударной прочности, изменение цвета, растрескивание, снижение относительного удлинения при разрыве и прочности при растяжении, а также шелушение поверхности.
УФ-излучение составляет лишь 4,6% солнечного излучения и охватывает диапазон длин волн от 280 до 400 нм. Его разрушительная часть находится в диапазоне 280–315 нм. Интенсивность излучения также зависит от географического региона. Каждый полимер чувствителен к определённым длинам волн. Например, полипропилен чувствителен к излучению с длинами волн 290–300, 330 и 370 нм, нейлон — к диапазону 290–315 нм, а ПВХ — к длине волны 320 нм.
Фотодеструкция полимеров происходит при поглощении УФ-излучения химическими группами в полимере, называемыми хромофорами. Изделие может содержать такие добавки, как галогенсодержащие антипирены, наполнители или пигменты. УФ-стабилизаторы разработаны для введения в полимеры с целью предотвращения фотодеструкции. Существует три типа стабилизаторов, каждый из которых рассматривается ниже.
УФ-абсорберы
УФ-абсорберы — это стабилизаторы, которые конкурируют с хромофорами за поглощение УФ-излучения. Они преобразуют вредное УФ-излучение в инфракрасное излучение или тепло, которое рассеивается через полимерную матрицу.
Технический углерод является одним из наиболее важных, эффективных и распространённых УФ-абсорберов. Диоксид титана в рутильной форме — ещё один абсорбер, эффективно действующий в диапазоне длин волн 300–400 нм, но не подходящий для более коротких волн.
Гидроксибензофеноны и гидроксифенилбензотриазолы известны как УФ-стабилизаторы, подходящие для прозрачных или бесцветных изделий. Однако гидроксифенилбензотриазолы не подходят для изделий толщиной менее 100 мкм. К другим УФ-абсорберам относятся оксанилиды для полиамидов, бензофеноны для ПВХ, а также бензотриазолы и гидроксифенилтриазины для поликарбоната. УФ-абсорберы недороги, но могут сохранять эффективность под воздействием окружающей среды лишь в течение непродолжительного времени.
Тушители возбуждённых состояний
Тушители возвращают хромофоры из возбуждённого состояния в основное посредством переноса энергии. Эти агенты действуют путём тушения возбуждённых состояний карбонильных групп, образующихся при фотоокислении пластмасс, и разложения гидропероксидов. Это предотвращает разрыв связей и последующее образование свободных радикалов. Тушители на основе никеля — распространённый тип, применяемый в сельскохозяйственных плёнках. Однако их использование ограничено, поскольку они содержат тяжёлые металлы и придают готовому изделию коричневый или зелёный цвет.
Светостабилизаторы на основе пространственно-затруднённых аминов (HALS)
HALS обеспечивают долговременную стабилизацию, улавливая свободные радикалы, образующиеся при окислении, и тем самым ограничивая фотодеструкцию.
Способность HALS нейтрализовать радикалы, возникающие при поглощении УФ-излучения, объясняется образованием нитроксильных радикалов в ходе процесса, известного как цикл Денисова.
Существуют различные коммерческие марки HALS, но все они содержат в своей структуре кольцо 2,2,6,6-тетраметилпиперидина.
HALS относятся к наиболее известным УФ-стабилизаторам для широкого спектра пластмасс. Например, их применение способствовало расширению использования полипропилена в автомобильной промышленности. Хотя HALS также высокоэффективны в полиолефинах, полиэтилене и полиуретане, в ПВХ они неэффективны.
Каждый тип стабилизатора рекомендуется использовать совместно с УФ-абсорберами. Например, бензотриазолы обычно комбинируют с HALS для защиты окрашенных изделий от выцветания или изменения цвета.
