پایدارکننده های UV در صنعت پلاستیک

پرتو UV جو، غالباً پلاستیک ها را اکسیداسیون نوری می کند. زیرا فتون های UV می تواند توسط پلیمرهای مختلف در طول موج های مختلف جذب شوند. جذب این پرتوها باعث تخریب پلیمرها می شود چون میزان انرژی این فتون ها (nm 400-290) در حدی است که بتوانند پیوندها را در پلیمرها بشکنند یعنی انرزی جذب شده بیشتر از انرژی پیوند می باشد. پایدارکننده های UV که بمنظور محافظت به پلیمرهای مختلف اضافه می شوند از طریق چند مکانیسم مختلف می توانند این کار را انجام دهند. در مکانیسم اول که اکثر پایدارکننده های UV از طریق آن عمل می کنند پرتو UV را جذب کرده و سپس آنرا به شکل کم انرژی تر پس می دهند. برای مثال ۲ و ۴- دی هیدروکسی بنزوفنون فوتون های UV مضر را به پرتوهای کم انرژی تر تبدیل می کند.
روش دیگری که همان پایدارکننده ها می توانند برای محافظت پلیمر در برابر پرتو UV انجام دهند فرونشاندن ماکرومولکول برانگیخته شده به سطح انرژی بالاتر می باشد. پایدارکننده های UV انرژی مولکول برانگیخته شده فوق را گرفته و به صورت گرماتلف می کنند.
مکانیسم سومی که یک پایدارکننده مشخص می تواند از طریق آن عمل کند جذب رادیکال های آزاد ناشی از پرتو UV می باشد. بعضی از پایدارکننده ها نیز می توانند بعنوان تخریب کننده پراکسیدها عمل کنند.
پلیمرهایی که محافظت نشده اند ممکن است در معرض پرتوUV تغییر رنگ داده(معمولاً زرد با کدر می شوند) و نیز جلای سطحی خود را از دست بدهند و یا حتی بعضی از خواص فیزیکی خود را مانند مقاومت ضربه ای و استحکام کششی از دست بدهند. پلیمرهای مختلف با درجات مختلف در مقابل پرتو UV تخریب می شوند و پایدار نمودن مؤثر آن ها کار ستخی است. مثلاً پلی استایرن اگر برای مدت کوتاهی در معرض نور ماوراء بنفش قرارگیرد خیلی سریع زرد می شود. از طرف دیگر پلاستیک های پلی متیل متاکریلات به میزان ناچیز UV را جذب می کنند و پایدارکنندگی کمی لازم دارند. پلی وینیل کلراید محافظت نشده نیز نسبت به UV حساس بوده و تحت تأثیر این پرتو رنگ آن زرد و یا کدر می شود ولی PVC می تواند بنحو مؤثری پایدار شود. پلی استرها با جذب UV تغییر رنگ داده و جلای آن ها کم می شود. از طرف دیگر پلی اولفین ها پرتوهای UV را به مقدار جزئی جذب می کنند ولی کاتالیزور باقی مانده در آن ها و نیز ناخالصی های دیگر ممکن است موجب جذب UV گردد.بنابه دلایل فوق تعداد خیلی زیادی از پایدارکننده های UV مورد نیاز است چون جذب پرتوهای UV توسط پلاستیک های مختلف در طول موج های مختلف انجام می گیرد لذا پایدارکننده های UV باید در طول موج های ورد نظر پلاستیک را بطورمؤثر محافظت کنند. البته خواص دیگر این پایدارکننده ها رانیز باید قبل از انتخاب در نظر گرفت. این خواص عبارتند از :
۱- سهم آن ها در رنگ اولیه
۲- پایدارکنندگی رنگ
۳- پایداری آن ها در حین فراروش در دماهای بالا
۴- حد انتظار از عمر محصول نهائی
۵- فراریت
۶- سازگاری (از ترشح کردن اجتناب کنند)
۷- قیمت (بعضی از پایدارکننده های UV فوق العاده گران هستند)
۸- سمی بودن
تناژ تولید سالیانه این مواد خیلی کم است ولی ارزش دلاری آن ها بخاطرگران بودن خیلی بالا است.

هیدروکسی بنزوفنون ها
این گروه از پایدارکننده های UV کابرد وسیعی داشته و بالاترین مصرف روزانه را دارند. این پایدارکننده ها هم بطریق جذب UV و هم بطریق فرونشانی مولکول های تحریک شده عمل می کنند. در PVC، PE، PP، سلولزیک ها، PET و اکریلیک ها ، پلی استرهای اشباع نشده و پلی استایرن مصرف می شوند.

هیدروکسی فنیل بنزوتری آزول ها
این گروه شبیه گروه هیدروکسی بنزوفنون ها است. گزارش شده که در پلی اولفین ها بخوبی فنون ها عمل نمی کنند. در پلی کربنات ها،تری آزول ها بسیار مؤثر تر از فنون ها عمل می کنند. این گروه بخاطر پایداری رنگ خوب معروف هستند. یک مثال ویژه از این گروه ۲-(۲-هیدروکسی فنیل) – H2- بنزوتری آزول آلکیله شده می باشد(که Tinuvin P نیز نامیده می شود).

آریل استرها
این گروه از پایدارکننده ها محدوده وسیعی از طول موج ها را جذب می کنند و عموماً در پلاستیک های سلولزی مصرف می شوند. آن ها درPET نیز بکار می روند. مثالی از این گروه پایدارکننده ها ترکیب رزورسینول منوبنزوات می باشد.

اکریلیک استرها
این گروه که کمتر معمول هستند ناحیه کوچکی از طول موج UV را جذب می کنند ولی پیک جذب آن ها باریک است. این پایدارکننده ها پایداری رنگ خوبی دارند اما به رطوبت حساس هستند. آن ها اغلب درپلاستیکهای سلولزی و پلی استر و اپوکسی ها بکار برده می شوند. مثالی از گروه این ترکیبات ۲-(۴- متوکسی بنزیلیدن) مالونات می باشد.

آمین های غیر آزاد
ترکیبات این گروه نمی توانند بطور مستقیم از پلاستیک در برابر جذب پرتوهای UV محافظت کنند ولی از طریق جذب رادیکا ل های آزاد مؤثر واقع می شوند. اعضی این گروه شفافیت خوب و فراریت کم دارند. این پایدارکننده ها در پلی اولفین ها، ABS ، و پلاستیک های سلولزی کاربرد دارند. مثالی از یک ترکیب ویژه این گروه ۴-(۲، ۲، ۶، ۶-تترامتیل پایپریدنیل) سباسات می باشد.

نمک های فلزی
این گروه از پایدارکننده ها با مکانیزم فرونشانی عمل می کنند و انرژی ماکرومولکول های برانگیخته شده توسط پرتوهای UV را می گیرند. اعضای این گروه عموماً در PE و PP بکار برده می شوند. نمک های نیکل در این گروه بیشترین مصرف را دارند اما آن ها ایجاد رنگ می کنند. ازطرف دیگر نمک های روی نه تنها نمی توانند مانند نیکل مؤثر واقع شوند بلکه رنگ دهی مؤثرتری نیز ندارند. یک مثال بارز نمک های نیکل دی بوتیل تیوکار بامات می باشد.

دوده
این ماده تیره رنگ برای محافظت یک پلیمراز تجزیه UV حتی در غلظت های کم نیز می تواند مؤثر واقع شود. این ماده ارزان نیز است. عموماً در PVC، PE و PP برای محافظت در برابرUV مورد استفاده قرار می گیرد. اشکال دوده آن است که نمی تواند در کاربردهای غیر سیاه مورد استفاده قرار گیرد.

پرکننده های معدنی
این مواد نیز اغلب به منظور کمک به حفاظت پلاستیک ها دربرابر پرتو UV و جلوگیری از تخریب آن ها مورد استفاده قرار می گیرند. روتیل تیتانیم دی اکسید یکی از بهترین مواد این گروه می باشد. اکسید روی نیزمؤثر است. کلسیم کربنات نیز به حفاظت فوق کمک می کند. از طرف دیگر همه پرکننده های معدنی مؤثر نیستند برای مثال گزارش شده که بعضی از تالک ها به قابلیت مقاومت جوی آسیب می رسانند.