UV žiarenie, forma elektromagnetického žiarenia s vlnovými dĺžkami kratším ako viditeľné svetlo, môže mať významný vplyv na rôzne materiály vrátane polymérov. Ako dodávateľ PBAT (polybutylénový adipat tereftalát) a PLA (kyselina polylaktová) je pochopenie účinkov žiarenia UV žiarenia na tieto biologicky odbúrateľné polyméry rozhodujúce pre vývoj produktov a vedenie zákazníkov.
1. Úvod do PBAT a PLA
PBAT a PLA sú dva významné biologicky odbúrateľné polyméry, ktoré v posledných rokoch získali rastúcu pozornosť. PBAT je kopolyester známy svojou vynikajúcou flexibilitou a ťažnosťou, zatiaľ čo PLA je termoplastický polyester odvodený z obnoviteľných zdrojov, ako je kukuričný škrob alebo cukrová trstina. Spoločne sa často používajú v rôznych aplikáciách vrátane obalov, poľnohospodárstva a jednorazových výrobkov. Viac informácií nájdetePBAT PLAna našej webovej stránke.
2. Mechanizmy degradácie vyvolanej UV
2.1. Absorpcia UV žiarenia
PBAT aj PLA môžu absorbovať UV žiarenie v rozmedzí 200 - 400 nm. Keď tieto polyméry absorbujú UV fotóny, energia sa prenáša do polymérnych reťazcov, čo vedie k excitácii elektrónov. Táto excitácia môže prelomiť chemické väzby v polyméri, čím sa iniciuje séria degradačných reakcií.
2.2. Štiepenie reťazca
Jedným z primárnych účinkov UV žiarenia na PBAT a PLA je štiepenie reťazca. Vysoko energetické UV fotóny môžu prelomiť kovalentné väzby v polymérnej chrbtici, čo má za následok kratšie polymérne reťazce. V PBAT sú esterové väzby v adipate a tereftalátových jednotkách náchylné na štiepenie vyvolané UV. Podobne v PLA môžu byť esterové väzby medzi monomérmi kyseliny mliečna prerušené. Táto štiepka reťazca vedie k zníženiu molekulovej hmotnosti polymérov.
2.3. Oxidácia
UV žiarenie môže tiež podporovať oxidačné reakcie v PBAT a PLA. Keď sú polyméry vystavené UV svetlu v prítomnosti kyslíka, generujú sa voľné radikály. Tieto voľné radikály reagujú s molekulami kyslíka za vzniku peroxy radikálov, ktoré môžu ďalej reagovať s polymérnymi reťazcami. Oxidácia môže viesť k tvorbe karbonylových skupín, hydroperoxidov a iných oxidačných produktov, čím sa zmení chemická štruktúra a vlastnosti polymérov.
3. Fyzikálne a chemické účinky UV žiarenia na PBAT a PLA
3.1. Zmeny vzhľadu
Vystavenie UV žiareniu môže spôsobiť významné zmeny vo výskyte produktov PBAT a PLA. Polyméry sa spočiatku môžu stať žltkastým alebo sfarbené. Toto sfarbenie je spôsobené tvorbou chromoforov počas procesu degradácie, ako sú konjugované dvojité väzby a karbonylové skupiny. Keď sa čas expozície zvyšuje, povrch polymérov môže byť drsný a môžu sa vyvinúť praskliny. Tieto povrchové zmeny môžu ovplyvniť estetickú kvalitu výrobkov, vďaka čomu sú pre spotrebiteľské aplikácie menej príťažlivé.
3.2. Zníženie mechanických vlastností
Štrbina a oxidácia reťazca spôsobená UV žiarením vedie k zníženiu mechanických vlastností PBAT a PLA. Pevnosť v ťahu, predĺženie pri zlomení a rezistencia na náraz polymérov sa výrazne znižuje so zvyšujúcou sa expozíciou UV UV. Napríklad v PBAT zníženie molekulovej hmotnosti v dôsledku štiepenia reťazca znižuje zapletenie medzi polymérnymi reťazcami, čo vedie k strate sily a flexibility. Podobne v PLA oxidačná degradácia oslabuje intermolekulárne sily, čo vedie k krehkému a menej ťažnému materiálu.
3.3. Zmena tepelných vlastností
UV žiarenie môže tiež ovplyvniť tepelné vlastnosti PBAT a PLA. Bod topenia a teplota prechodu skla polymérov sa môže zmeniť v dôsledku degradácie. Zníženie molekulovej hmotnosti môže znížiť bod topenia, vďaka čomu sú polyméry náchylnejšie na deformáciu pri nižších teplotách. Okrem toho môžu oxidačné produkty vytvorené počas UV vystavení pôsobiť ako plastifikátory alebo krížové linkery, čím sa ďalej menia tepelné správanie polymérov.
4. Faktory ovplyvňujúce degradáciu UV PBAT a PLA
4.1. Intenzita UV a čas expozície
Intenzita UV žiarenia a trvanie expozície sú dva kritické faktory ovplyvňujúce degradáciu PBAT a PLA. Vyššie UV intenzity a dlhšie časy expozície vedú k závažnejšej degradácii. Napríklad výrobky vystavené priamemu slnečnému žiareniu na dlhšiu dobu zažijú rýchlejšiu degradáciu v porovnaní s výrobkami uloženými v tienených oblastiach.
4.2. Environmentálne podmienky
Prítomnosť kyslíka, vlhkosti a teploty môže tiež ovplyvniť degradáciu UV PBAT a PLA. Pre oxidačné reakcie je potrebný kyslík, takže rýchlosť degradácie je vyššia v dobre vetraných prostrediach. Vysoká vlhkosť môže urýchliť proces degradácie podporovaním hydrolýzy esterových väzieb v polyméroch. Teplota tiež hrá úlohu, pretože vyššie teploty môžu zvýšiť rýchlosť reakcie degradačných reakcií.
4.3. Polymérne zloženie a prísady
Zloženie PBAT a PLA, ako aj prítomnosť prísad, môžu ovplyvniť ich UV stabilitu. Napríklad pomer jednotiek adipate k tereftalátu v PBAT môže ovplyvniť jeho citlivosť na UV degradáciu. Okrem toho môže pridanie UV stabilizátorov, antioxidantov a pigmentov zlepšiť UV rezistenciu polymérov. Niektoré UV stabilizátory môžu absorbovať UV žiarenie a rozptýliť energiu ako teplo, čím zabráni jej spôsobeniu poškodenia polymérnych reťazcov.
5. Stratégie zmierňovania
5.1. Použitie UV stabilizátorov
Ako dodávateľ PBAT a PLA odporúčame použitie UV stabilizátorov na zlepšenie UV rezistencie polymérov. K dispozícii sú rôzne typy stabilizátorov UV, ako sú UV absorbéry a bránené stabilizátormi amínového svetla (HALS). UV absorbéry môžu absorbovať UV žiarenie a premeniť ho na teplo, zatiaľ čo HALS môžu vychytiť voľné radikály a zabrániť oxidačným reakciám.
5.2. Poťahovanie a laminácia
Ďalšou stratégiou je nanášanie povlakov alebo laminátov na výrobky PBAT a PLA. Tieto povlaky môžu pôsobiť ako fyzická bariéra, ktorá zabráni UV žiareniu v dosiahnutí povrchu polyméru. Napríklad tenká vrstva UV - odolného polyméru alebo povlaku oxidu kovu môže poskytnúť účinnú ochranu.
5.3. Návrh a skladovanie produktu
Správny návrh a skladovanie produktu môže tiež pomôcť znížiť vplyv UV žiarenia. Navrhovanie výrobkov s nižším povrchom - k objemu môže minimalizovať oblasť expozície. Skladovanie výrobkov v UV prostredí, ako sú nepriehľadné kontajnery alebo úložné zariadenia v interiéri, môže navyše predĺžiť životnosť služieb.
6. Dôsledky pre rôzne aplikácie
6.1. Balenie
V obalovom priemysle sa PBAT a PLA používajú pre rôzne aplikácie vrátane obalov potravín a balenia spotrebiteľských výrobkov. Degradácia UV tieto polyméry môže ovplyvniť integritu balenia, čo vedie k strate kvality produktu. Napríklad pri balení potravín môže degradácia polyméru viesť k uvoľňovaniu škodlivých látok alebo k vniknutiu kyslíka a vlhkosti, čím sa zníži životnosť potravín.
6.2. Poľnohospodárstvo
PBAT a PLA sa používajú aj v poľnohospodárskych aplikáciách, ako sú mulčové filmy. UV žiarenie môže spôsobiť degradáciu týchto filmov, čím sa zníži ich účinnosť pri kontrole buriny a zadržiavaní vlhkosti pôdy. Predčasná degradácia mulčovacích filmov môže viesť k zvýšeným pracovným a materiálnym nákladom pre poľnohospodárov.
6.3. Jednorazové výrobky
V prípade jednorazových výrobkov, ako sú príbory a šálky, môžu estetické a mechanické vlastnosti ovplyvnené UV žiarením ovplyvniť skúsenosti spotrebiteľov. Sfarbené a krehké výrobky sú menej pravdepodobné, že spotrebitelia akceptujú.
7. Záver a výzva na konanie
Záverom možno povedať, že UV žiarenie môže mať významné účinky na PBAT a PLA, vrátane zmien vzhľadu, zníženia mechanických vlastností a zmeny tepelných vlastností. Ako dodávateľ PBAT a PLA sa zaväzujeme poskytovať výrobky a riešenia vysokej kvality na riešenie týchto výziev. Ponúkame radBiologicky odbúrateľný materiálaZmesi PLA PBSSo vylepšeným UV odporom.
Ak máte záujem dozvedieť sa viac o našich produktoch PBAT a PLA alebo máte konkrétne požiadavky na vaše aplikácie, odporúčame vám, aby ste nás kontaktovali kvôli obstarávaniu a ďalším diskusiám. Náš tím expertov je pripravený pomôcť vám pri hľadaní najlepších riešení pre vaše potreby.
Odkazy
- ASTM D1435 - 99 (2013) Štandardná prax pre vonkajšie zvetrávanie plastov.
- Wypych, G. Príručka degradácie plastových materiálov. William Andrew, 2019.
- Lunt, J. „Výroba veľkej miery, vlastnosti a komerčné aplikácie polymérov kyseliny polylaktovej.“ Degradácia a stabilita polyméru, zv. 59, nie. 1 - 3, 1998, str. 145 - 152.