Faktor yang Mempengaruhi Stabilitas Cahaya PVC dan Solusinya

May 6, 2022

TDD-global

16018

Panduan

Sorotan sekilas

Polivinil klorida (PVC) banyak digunakan tetapi rentan terhadap degradasi saat terpapar faktor lingkungan. Artikel ini membahas penyebab stabilitas cahaya PVC yang buruk, termasuk perubahan struktural, dampak aditif, dan peran radiasi UV. Artikel ini juga menguraikan solusi efektif seperti mengoptimalkan formula produksi, menggunakan stabilisator, dan meningkatkan sifat material untuk mengurangi perubahan warna dan degradasi.

Polivinil klorida banyak digunakan dalam industri dan kehidupan karena sifatnya yang unik, kepadatan rendah, mudah dimodifikasi, dan kinerja pemrosesan yang baik. Sebagian besar digunakan di luar ruangan, seperti bingkai jendela, bingkai pintu, jendela bidai, panel dinding, pipa, dll. Di bawah pengaruh berbagai faktor lingkungan seperti sinar matahari, panas, oksigen, ozon, air, dll. di luar ruangan, produk PVC akan mengalami degradasi serius, menguning, mengeras dan mudah rapuh, serta penurunan sifat mekanis. Secara bertahap menurun, dan akhirnya kehilangan nilai penggunaannya. Oleh karena itu, kita dapat mengusulkan solusi untuk stabilitas cahaya PVC yang buruk dengan mempelajari faktor-faktor yang memengaruhi degradasi PVC.

Faktor yang memengaruhi fotodegradasi PVC

Pertama, keteraturan struktur PVC

Warna resin PVC berubah setelah disinari dengan sinar ultraviolet, menunjukkan bahwa bagian dari reaksi de-HCl intramolekul terjadi pada rantai utama makromolekul, dan sejumlah kecil ikatan rangkap terkonjugasi terbentuk pada rantai utama makromolekul, yang menyebabkan perubahan warna resin.

Pengaruh aditif

Selama pemrosesan, stabilitas bahan ditingkatkan dengan menambahkan serangkaian aditif, seperti penstabil panas, antioksidan, plastisizer, dan pelumas. Namun, terjadi masalah seperti kompatibilitas yang buruk dengan bahan, suhu dekomposisi lebih rendah dari suhu pemrosesan bahan dan berat molekul rendah, dll., yang mengurangi sifat mekanis produk, serta menyebabkan perubahan warna karena kebocoran dan ekstraksi aditif selama penggunaan.

1. Plastisizer

Setelah plastisizer menyerap sinar ultraviolet dengan panjang gelombang lebih besar dari 290 nm, plastisizer menghasilkan radikal bebas dan bereaksi pada rantai PVC untuk meningkatkan laju ekstraksi HCl, yang mempercepat proses fotodegradasi PVC dan menyebabkan material berubah warna. Perubahan warna akan terjadi.

2. Pelarut

Sikloheksanon dan tetrahydrofuran (THF) adalah pelarut yang umum digunakan untuk PVC, dan THF bereaksi dengan O2 untuk dengan mudah membentuk kompleks, yang menghasilkan radikal bebas di bawah sinar ultraviolet untuk memicu fotodegradasi PVC. Karena THF biasanya digunakan dalam pembuatan film PVC, hal ini akan mempercepat fotodegradasi film PVC.

3. Penstabil panas

Stabilitas termal PVC buruk, dan penstabil panas harus ditambahkan ke produk PVC yang telah diproses untuk meningkatkan stabilitas termalnya. Menggunakan analisis massa, spektroskopi inframerah, dan spektrofotometer UV-Vis (panjang gelombang lebih besar dari 300nm, suhu 40°C, 55°C, 70°C) untuk mempelajari perilaku foto-oksidasi film PVC dengan ketebalan 80 μm yang mengandung kalsium stearat dan seng stearat sebagai penstabil panas, ditemukan bahwa penstabil panas awal secara bertahap menghilang karena HCl bereaksi dengan penstabil panas. Ketika penstabil panas benar-benar menghilang, terjadi kehilangan berat secara bersamaan, menunjukkan bahwa intensitas penghilangan HCl lebih besar dari oksidasi. Ditemukan melalui penyinaran UV bahwa stabilisasi termal organotin lebih baik, yang merupakan alasan mengapa klorida organotin tidak akan menyebabkan degradasi lebih lanjut.

Pengaruh modifikasi polimer

Beberapa sifat yang baik dapat diperoleh dengan mencampur PVC dengan polimer lain, tetapi pencampuran akan memengaruhi perilaku degradasi UV dari PVC. Metil metakrilat-butadiena-stirena kopolimer (MBS), oksida polietilena (PEO), dan serbuk kayu mempercepat fotodegradasi PVC, sedangkan polivinil asetat (PVAC) dan polivinil alkohol (PVA) menghambat fotodegradasi PVC. Penambahan MBS ke PVC dapat sangat meningkatkan ketahanan impak PVC, tetapi penambahan MBS akan mempercepat fotodegradasi PVC.

Keempat, pengaruh penambahan kalsium karbonat

Tujuan utama penambahan CaCO3 ke formula produk PVC adalah untuk mengisi peningkatan, mengurangi biaya, meningkatkan kekerasan dan suhu distorsi panas produk, serta mengurangi laju penyusutan cetakan produk. Namun, ukuran partikel dan distribusi ukuran partikel CaCO3 serta kompatibilitasnya dengan matriks terbatas. Dalam jumlah besar, hal ini akan menyebabkan penggumpalan pada matriks, mengurangi ketangguhan material, dan memengaruhi kilap serta warna produk. Beberapa data menunjukkan bahwa setelah perlakuan permukaan organik pada CaCO3, kemampuan higroskopisnya sangat berkurang, tetapi jika PVC terdegradasi dan HCl dihilangkan, CaCO3 tersebar dalam lapisan produk degradasi foto-oksigen PVC, membentuk potensi situs penyerapan air, yang membuat produk mudah berubah warna. Selain itu, CaCO3 dan produk PVC mengalami fenomena pulverisasi dalam proses penuaan. Produk dengan kandungan pengisian CaCO3 tinggi cenderung mengalami fenomena pulverisasi. Fenomena pulverisasi merupakan hasil dari perubahan morfologi permukaan yang disebabkan oleh pemutusan rantai atau pengikatan selama penuaan dan degradasi PVC.

Metode umum untuk mengatasi stabilitas cahaya PVC yang buruk

1. Meminimalkan degradasi resin PVC dan pembentukan struktur poliena selama polimerisasi resin PVC

1. Menghilangkan oksigen dari sistem polimerisasi dan air deionisasi

2. Suhu polimerisasi tidak boleh terlalu tinggi

3. Mengontrol kesesuaian dan tingkat konversi yang tepat, serta memperpendek periode depresi polimerisasi

4. Mengontrol kandungan klorida dalam air secara ketat

5. Kemurnian bahan baku dan pemilihan sistem dispergant dan inisiator

2. Mengoptimalkan desain formula produksi produk PVC

1. Penstabil panas

Penstabil cahaya amina terkendala (Hindered Amine Light Stabilizers / HALS) adalah kelas turunan piperidina yang tidak menyerap atau hanya sedikit menyerap sinar ultraviolet dan memiliki efek kekangan sterik tertentu. Namun, karena penstabil cahaya amina terkendala bersifat basa, mereka lebih sensitif terhadap zat asam. HCl terbentuk selama degradasi cahaya maupun degradasi termal PVC. HCl dapat bereaksi dengan HALS, sehingga menghalangi pembentukan radikal nitroksida atau "meracuni" HALS. Penstabil cahaya amina terkendala yang lemah basa dapat dipilih, seperti turunan piperidina atau turunan antrakuinon, karena mereka memiliki berbagai kelompok fungsional, mereka dapat digunakan sebagai penangkap radikal bebas, dan turunan semacam itu mudah disiapkan dan hampir tidak beracun.

2. Antioksidan

Selama proses dan penggunaan produk PVC, oksidasi oleh panas dan sinar ultraviolet berlangsung, dan kerusakan oksidatif terkait dengan pembentukan radikal bebas. Peran utama antioksidan adalah sebagai pemutus rantai atau penangkap radikal bebas. Fungsi utamanya adalah mengikat radikal bebas untuk membentuk senyawa stabil untuk menghentikan reaksi berantai. Antioksidan biasanya direkomendasikan sebagai formula multi-komponen untuk memberikan perlindungan terhadap degradasi UV. Antioksidan utama PVC biasanya bisphenol A dan antioksidan tambahan atau pengurai hidrogen peroksida. Antioksidan tambahan PVC adalah fosfit trifenil dan ester diepoksi isooktil, dan kombinasi antioksidan utama dan tambahan dapat memberikan efek sinergis.

3. Penyerap ultraviolet

Peran penyerap UV adalah untuk mencegah degradasi dan pengikatan silang polimer yang disebabkan oleh sinar UV dalam sinar matahari dan berbagai sumber cahaya buatan. Penyerap UV dapat menyerap sinar ultraviolet dengan panjang gelombang 240-340 nm, serta memiliki karakteristik warna terang, tidak beracun, kompatibilitas baik, migrasi kecil, mudah diproses, dan memiliki efek perlindungan yang baik pada resin PVC.

Berdasarkan struktur kimia, penyerap sinar UV dapat dibagi menjadi o-hidroksibenzofenon, o-hidroksibenzotriazol, hidroksibenzoatrizin, fenil salisilat, dll. Fenil salisilat adalah stabilisator UV pertama yang digunakan, dan masih digunakan hingga saat ini karena harganya yang rendah. Sebagian besar menjadi kuning di bawah radiasi UV, membatasi penggunaannya pada benda-benda yang tak berwarna atau transparan. Senyawa o-Hidroksibenzofenon dan o-Hidroksibenzotriazol adalah penyerap sinar UV yang khas, dan mereka ditambahkan ke produk PVC, sehingga produk dapat digunakan untuk waktu yang lama di bawah sinar matahari. Fungsi utamanya adalah mencegah perubahan warna produk PVC, serta mencegah produk menjadi rapuh dan retak pada permukaan.

4. Agen khelasi

Agen khelasi sering ditambahkan ke sistem polimerisasi PVC atau sistem formulasi untuk meningkatkan stabilitas termal resin. Prinsipnya adalah bahwa sistem khelasi dapat membentuk kompleks logam stabil dengan ion logam berbahaya yang mudah menyebabkan pelepasan HCl pada rantai molekul PVC.

5. Agen perisai UV

Agen perisai cahaya adalah jenis zat yang dapat menyerap atau memantulkan sinar ultraviolet, dan fungsi utamanya tercermin pada penghalang fisik. Ia dapat membentuk penghalang antara sumber cahaya dan polimer, mencegah sinar ultraviolet masuk ke dalam polimer. Produk semacam itu murah dan memiliki banyak variasi, seperti titanium dioksida dan karbon hitam.

Karbon hitam adalah agen perisai cahaya yang paling efektif, ia menyerap seluruh sinar ultraviolet dan radiasi cahaya tampak, dan dapat mengubah energi cahaya menjadi energi panas yang kurang merusak, serta memiliki fungsi penapis internal, penangkap radikal bebas, dan pemecah keadaan singlet dan triplet polimer, ia berfungsi menyerap sinar ultraviolet melalui transfer energi horizontal dalam struktur aromatik polinuklearnya. Berdasarkan proses pembuatannya, karbon hitam dapat dibagi menjadi tiga jenis: karbon hitam saluran, karbon hitam tungku, dan karbon hitam termal. Efisiensi stabilisasi cahaya karbon hitam tergantung pada jenis, ukuran partikel, dan penyebarannya dalam polimer.

Titanium dioksida memiliki dua bentuk kristal berbeda, tipe anatase dan tipe rutil, yang dicampur ke dalam polimer dan menunjukkan fotoaktivitas yang berbeda secara signifikan. Titanium dioksida anatase bersifat fotoaktif dan dapat mengkatalisis fotodegradasi polimer. Di bawah pengaruh cahaya dan ozon, ia dapat secara bertahap membentuk asam titanium yang membuat permukaan produk menguning dan kapur. Titanium dioksida rutil adalah agen perisai UV yang umum digunakan untuk PVC. Ia tidak memiliki fotoaktivitas tetapi dapat melindungi sinar UV dan memantulkan sinar inframerah, serta tidak mudah menguning. Dosis rata-rata titanium dioksida umumnya 3%~5%.

Kelemahan terbesar dari agen perisai cahaya adalah memberikan warna pada produk, yang secara langsung membatasi penggunaannya pada produk transparan, dan ada sedikit kemajuan keseluruhan dalam pengembangan jenisnya. Jenis baru terutama berupa ukuran partikel ultra-halus dan zat anorganik yang diolah permukaannya sehingga mudah tersebar, seperti titanium dioksida ultra-halus dan seng oksida yang berukuran mikron. Yang pertama tidak aktif, tidak bermigrasi, memiliki hamburan cahaya tampak rendah dan hamburan sinar ultraviolet yang tinggi, serta memberikan kemampuan penyerapan sinar ultraviolet pada plastik sambil tetap mempertahankan transparansi plastik. Yang terakhir lebih baik daripada titanium dioksida ultra-halus dalam hal transparansi dan efisiensi penyerapan sinar ultraviolet.

Kesimpulan:

(1) Perubahan warna produk PVC disebabkan oleh gabungan pengaruh lingkungan luar dan faktor dari PVC itu sendiri, yaitu, radiasi ultraviolet eksternal, suhu lingkungan, kelembapan, kondisi yang mengandung oksigen, dan polusi lingkungan, dll. Faktor dari PVC itu sendiri adalah pelepasan HCl selama proses degradasi.

(2) Alasan utama perubahan warna produk PVC adalah keberadaan struktur poliena dalam rantai molekulnya dan pelepasan HCl selama proses degradasi. Oleh karena itu, cara paling mendasar untuk mengatasi stabilitas cahaya resin PVC yang buruk adalah dengan mengontrol kualitasnya dan mengurangi pelepasan HCl serta pembentukan struktur poliena.

(3) Kualitas berbagai aditif dalam formulasi produksi produk PVC juga merupakan faktor yang memengaruhi perubahan warna produk PVC. Formula dapat dioptimalkan untuk memastikan kualitas resin dan berbagai aditif serta mengurangi kejadian perubahan warna pada produk.

Pengaruh Jenis Titanium Dioksida terhadap Properti Resin ABS

Sebelumnya

Harga Titanium Dioksida Stabil Meski Pasar Menghadapi Tantangan Baru

Berikutnya