Les 3 meilleurs additifs plastiques pour la stabilisation UV

Exposition aux rayons UV

Au fil du temps, l'exposition aux rayons UV du soleil dégradera les plastiques. La photodégradation des polymères se produit lorsqu'un rayonnement UV non visible composé d'ondes courtes les longueurs brisent les chaînes polymères dans les plastiques. C'est ce qu'on appelle le processus de photo-dégradation. Elle est causée par l'exposition aux rayons UV et entraîne une détérioration des propriétés physiques. Ceux-ci incluent la perte de résistance aux chocs, les changements de couleur, la fissuration, la perte d'allongement et de résistance à la traction ainsi que le farinage de la surface. Par exemple, la photo-dégradation due aux rayons UV fait que les chaises de jardin perdent leur brillance et deviennent cassantes. De plus, la couleur des sièges du stade semble crayeuse et certains plastiques jaunissent et se fissurent.

Quelques caractéristiques du rayonnement UV

Le rayonnement UV ne représente que 4,6% du spectre solaire. Elle se calcule en nanomètres (nm) et varie entre 290 et 400. Cependant, la partie la plus agressive de la gamme UVB se situe dans les très courtes longueurs d'onde comprises entre 280 et 315 nanomètres. La quantité d'exposition à l'énergie du rayonnement UV (irradiation) dépend de l'endroit où vous vous trouvez dans le monde.

Qu'est-ce que l'irradiation

L'irradiation est l'énergie du rayonnement UV incident sur une zone spécifique sur une période de temps donnée. 1Ly =1 cal/cm ² =4,184 E ⁴ Joule/m ² (Ly=Langley) Ainsi la quantité d'énergie transmise à une pièce en plastique en un an d'utilisation continue en extérieur est de 220kcal/cm ² /an au Soudan alors qu'en Suède, c'est 70.

Chaque plastique est sensible à certaines longueurs d'onde dans la région UV de 290 à 400 nm. Le polypropylène a trois maxima à 290-300, 330 et 370 nm. La gamme pour le nylon est 290-315 et l'homopolymère PVC est 320.

Sensibilité à la longueur d'onde UV des polymères (nm)

Matériel	Maximum des spectres d'activation
Nylon	290-315
Acrylique	290-315
Styrène Acrylonitrile	290, 310-330
Polycarbonate	280-310
Polystyrène	310-325
Polyéthylène	300-310, 340
Polypropylène	290-300, 330, 370
ABS	300-310, 370-385
PVC homopolymère	320
Copolymère PVC	330, 370
Polyuréthane (aromatique)	350-415

Dégradation des polymères

La photodégradation des polymères se produit lorsque le rayonnement UV du soleil est absorbé par des groupes chimiques dans la formation de polymères appelés chromophores. Les chromophores sont « un atome ou un groupe d'atomes dont la présence est responsable de la couleur d'un composé ». La formule du polymère peut comprendre d'autres additifs tels que des retardateurs de flamme halogénés, des charges et des pigments. Des stabilisants UV ont été développés et sont ajoutés à un polymère pour inhiber les processus de photo-initiation. Les trois principaux types sont les absorbeurs d'ultraviolets, les extincteurs et les stabilisateurs de lumière à amine entravée (HALS).

1) Absorbeurs ultraviolets

Les absorbeurs sont un type de stabilisateur de lumière qui fonctionne en rivalisant avec les chromophores pour absorber le rayonnement UV. Les absorbeurs transforment les rayons UV nocifs en rayonnement infrarouge inoffensif ou en chaleur dissipée à travers la matrice polymère. Les absorbeurs d'UV présentent l'avantage d'être peu coûteux mais ne peuvent être utiles que pour une exposition à court terme. Les absorbeurs UV comprennent :

Amortisseurs

Les absorbeurs d'UV présentent l'avantage d'être peu coûteux mais ne peuvent être utiles que pour une exposition à court terme. Les absorbeurs UV comprennent :

• Le noir de carbone est l'un des rayonnements UV les plus efficaces et les plus couramment utilisés absorbeurs.

• Un autre absorbeur d'UV est l'oxyde de titane rutile qui est efficace dans la plage de 300 à 400 nm. Cependant il n'est pas très utile dans la gamme UVB de très courte longueur d'onde en dessous de 315.

• Hydroxybenzophénone

• Les hydroxyphénylbenzotriazoles sont également des stabilisants UV bien connus qui ont l'avantage de convenir à des applications neutres ou transparentes. L'hydroxyphénylbenzotriazole n'est pas très utile dans les parties minces inférieures à 100 microns.

• Benzophénones pour PVC

• Enzotriazoles et hydroxyphényltriazines pour le polycarbonate.

• Oxanilides pour polyamides

2) Trempeurs

Les extincteurs renvoient les états excités des chromophores aux états fondamentaux par un processus de transfert d'énergie. L'agent de transfert d'énergie fonctionne en étouffant l'état excité d'un groupe carbonyle formé lors de la photo-oxydation d'un matériau plastique et par la décomposition d'hydroperoxydes. Cela empêche le clivage des liaisons et finalement la formation de radicaux libres.

Extincteurs de nickel

Les extincteurs au nickel sont un type courant utilisé dans la production de films agricoles. Ceux-ci ne sont pas largement utilisés car ils contiennent des métaux lourds et contribuent aux couleurs beiges ou vertes du produit final. Cependant, les extincteurs au nickel ne stabilisent pas efficacement le rayonnement UV comme les stabilisateurs à la lumière à base d'amine encombrée discutés ci-après.

3) Stabilisateurs à la lumière d'amine encombrée (HALS)

Les HALS sont des stabilisants thermiques à long terme qui agissent en piégeant les radicaux libres formés lors de la photo-oxydation d'un matériau plastique. Par conséquent, le HALS limite le processus de photodégradation. La capacité des stabilisateurs de lumière à base d'amine entravée à piéger les radicaux créés par l'absorption des rayons UV s'explique par la formation de radicaux nitroxly par le biais d'un processus connu sous le nom de cycle de Denisov.

Bien qu'il existe de grandes différences structurelles dans les produits HALS disponibles dans le commerce, tous partagent la structure du cycle 2,2,6,6-tétraméthylpipéridine. Les HALS sont parmi les stabilisateurs les plus efficaces pour les rayonnements UV.

Stabilisateurs UV pour une large gamme de plastiques

Par exemple, HALS a permis la croissance du polypropylène dans l'industrie automobile. Alors que les HALS sont également très efficaces dans les polyoléfines, le polyéthylène et le polyuréthane, ils ne sont pas utiles en tant que stabilisants pour le rayonnement UV dans le PVC.

Combinaisons de stabilisants UV

Comme les trois fonctionnent par des mécanismes différents, ils sont souvent combinés en additifs synergiques absorbant le rayonnement UV. Par exemple, les benzotriazoles sont souvent combinés avec le HALS pour protéger les systèmes pigmentés de la décoloration et des changements de couleur.

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