Применение светостабилизаторов в производстве пластиковых изделий

Светостабилизатор является основной добавкой, препятствующей старению в производстве пластика. Поглощая, экранируя или гася ультрафиолетовое излучение, он может препятствовать разрыву молекулярной цепи и окислительной деградации пластика, вызванной ультрафиолетовым излучением, предотвращая изменение цвета, хрупкость и растрескивание изделий в дальнейшем, а также продлевая срок службы изделий на открытом воздухе и в условиях освещенности. Добавление светостабилизатора в производство пластика (например, экструзию, литье под давлением, выдувное формование) может наделить изделия антистареющими свойствами с самого начала, решить проблему выхода из строя изделий, не добавляемых на открытом воздухе в течение 6 месяцев, и подходит практически для всех категорий пластиков, таких как ПЭ, ПП, ПВХ, ПЭТ, ПК и т. д. В зависимости от механизма действия они делятся на поглотители ультрафиолета, гасители, экранирующие агенты и поглотители свободных радикалов. В настоящее время они развиваются в направлении высокой эффективности, низкой миграции и экологичности, что является основным фактором, способствующим расширению наружного применения пластиковых изделий.

1. Основная функциональная логика стабилизаторов света: блокировка источника старения на этапе производства.

Молекулярные цепи пластика легко повреждаются ультрафиолетовым излучением с длиной волны 290–400 нм. Светостабилизаторы смешиваются с сырьем или добавляются на поздних этапах производства, чтобы обеспечить полную защиту цепи и предотвратить проблемы старения, скрывающие скрытые риски в процессе производства.

Производственная адаптивность: совместим с основными процессами производства пластмасс, такими как экструзия, литье под давлением, выдувное формование и прокатка, с термостойкостью, охватывающей температуры обработки 150-320 ℃, без влияния на формуемость изделия;

Путь защиты: поглотители УФ-излучения (например, УФ-327) поглощают энергию света и преобразуют ее в тепловую энергию, поглотители свободных радикалов (например, ХАЛС 944) прерывают цепную реакцию разложения, защитные агенты (например, сажа) физически блокируют УФ-излучение, а гасящие агенты (например, комплексы никеля) переносят энергию возбужденного состояния;

Основная ценность: добавление на этапе производства может продлить срок службы пластика на открытом воздухе с нескольких месяцев до 3–10 лет, обеспечивая при этом механические свойства и стабильность внешнего вида продукта, а также снижая затраты на замену на более позднем этапе.

2. Типы и технологичность производства основных стабилизаторов света

Различные светостабилизаторы существенно различаются по термостойкости, совместимости и прозрачности, поэтому их следует выбирать в зависимости от типа пластика, производственного процесса и назначения продукта.

1. Поглотители УФ-излучения: предпочтительны для производства прозрачной продукции.

Представительные продукты: Бензотриазол (УФ-327, УФ-326), Бензофенон (УФ-531);

Процесс адаптации: литье под давлением, выдувное формование, экструзия, термостойкость 180-280 ℃;

Совместимые пластики: ПЭТ, ПК, прозрачный ПП, прозрачная пленка ПВХ;

Сценарий производства: выдувное формование бутылок для напитков из ПЭТ, литье под давлением абажуров из ПК, производство прозрачных ланч-боксов из ПП без снижения прозрачности продукта (степень сохранения 90%).

2. Светостабилизаторы на основе затрудненных аминов (ХАЛС): основа долговременной защиты

Представительные продукты: Низкомолекулярные (ХАЛС 770), высокомолекулярные (ХАЛС 944);

Процесс адаптации: Все процессы производства пластмасс, термостойкость 160-300 ℃;

Подходит для пластиков: ПЭ, ПП, ПВХ, АБС;

Сценарии производства: экструзия сельскохозяйственной пленки из ПЭ, литье под давлением автомобильных бамперов из ПП, производство дверных и оконных профилей из ПВХ, период защиты от воздействия окружающей среды может достигать 5–10 лет.

3. Защитный агент: подходит для недорогих непрозрачных продуктов.

Представительная продукция: технический углерод, нано TiO ₂ ZnO;

Процесс адаптации: экструзия, литье под давлением, термостойкость 150-250 ℃;

Подходит для пластика: водопроводные трубы из ПЭ, трубы из ПВХ, уличные мусорные баки из ПП;

Сценарий производства: Экструзия черных полиэтиленовых труб для капельного орошения и производство темных ПВХ-дренажных труб с низкой себестоимостью и прямой защитой.

4. Охлаждающий агент: специализированный для изделий темного цвета.

Представительный продукт: Никелевый комплекс (УФ-1084);

Процесс адаптации: литье под давлением, экструзия, термостойкость 160-200 ℃;

Совместимо с пластиком: ПП, ПЭ темного сорта, детали из АБС черного цвета;

Сценарий производства: литье под давлением автомобильных деталей из черного полипропилена, производство изделий из темного полиэтилена для наружного применения, обладающих высокой устойчивостью к атмосферным воздействиям, но не подходящих для прозрачных изделий.

3. Практика применения в производстве ключевых пластиковых изделий

1. Производство полиолефиновых изделий (ПЭ, ПП)

Экструзия полиэтиленовой сельскохозяйственной пленки:

Формула: сырье ПЭ+0,2% УФ-327+0,3% ХАЛС 770+0,15% антиоксидант 1010;

Процесс: Температура экструзии 150-180 ℃, степень раздува 2,5-3,0;

Эффект: После 12 месяцев использования на открытом воздухе светопропускание составляет более 85%, сохранение прочности на разрыв — более 70%, хрупкое разрушение отсутствует.

Литье под давлением автомобильного бампера из полипропилена:

Формула: сырье ПП + 0,5% ХАЛС 944 + 0,2% УФ-531 + 0,2% антиоксидант 168;

Процесс: Температура литья под давлением 180-200 ℃, температура пресс-формы 50-60 ℃;

Эффект: На открытом воздухе в течение 3 лет без изменения цвета и трещин, с сохранением показателя ударной прочности более 80%.

2. Производство изделий из инженерных пластиков (ПЭТ, ПК)

Выдувное формование ПЭТ-бутылок для напитков:

Формула: ПЭТ сырье + 0,15% УФ-326 + 0,2% антиоксидант 1010;

Процесс: Температура сушки 160 ℃, температура выдувного формования 270-280 ℃;

Эффект: блокирует УФ-лучи, предотвращает порчу напитка, а корпус бутылки сохраняет желтый цвет в течение 6 месяцев.

Литье под давлением абажура для уличного светильника из ПК:

Формула: сырье ПК + 0,3% УФ-327 + 0,4% ХАЛС 944;

Процесс: Температура литья под давлением 280-300 ℃, время выдержки 15-20 секунд;

Эффект: светопропускание наружного света 80% в течение 5 лет, отсутствие трещин и обесцвечивания.

3. Производство строительных материалов и изделий из пластика (ПВХ, ПЭ)

Экструзия дверных и оконных профилей из ПВХ:

Формула: ПВХ-смола + 2% технического углерода + 0,3% УФ-531 + 2% термостабилизатор кальций-цинк;

Процесс: Температура экструзии 150-170 ℃, скорость вытяжки 5-8 м/мин;

Эффект: в течение 10 лет на открытом воздухе не наблюдается существенного старения, а степень сохранения прочности на растяжение составляет более 65%.

Экструзия полиэтиленовых труб для водоснабжения:

Формула: сырье ПЭ + 0,6% ХАЛС 944 + 3% сажи + 0,2% антиоксиданта 1010;

Процесс: Температура экструзии 160-180 ℃, давление 10-15 МПа;

Эффект: Наружная часть устойчива к ультрафиолетовому излучению, подземная часть устойчива к коррозии, срок службы составляет до 50 лет.

4. Производство пищевых пластиков (ПП, ПЭТ)

Литье под давлением полипропиленовых ланч-боксов для микроволновых печей:

Формула: сырье ПП+0,1% УФ-327+0,1% антиоксидант 1010;

Процесс: Температура литья под давлением 170-190 ℃, время охлаждения 10-15 секунд;

Эффект: Скорость миграции <0,01 мг/кг, соответствует стандартам пищевого назначения, устойчив к воздействию света без старения.

4. Проблемы применения и тенденции развития

1. Существующие проблемы

Проблема совместимости: некоторые светостабилизаторы плохо совместимы с пластиком, который может легко выпадать в осадок и приводить к тому, что поверхность продукта становится липкой и мутной;

Баланс эффективности затрат: эффективные светостабилизаторы (такие как высокомолекулярные ХАЛС) имеют высокую стоимость и их трудно удовлетворить долгосрочные потребности при низких дозировках;

Давление в связи с необходимостью соблюдения экологических норм: некоторые комплексные соединения никеля и галогенсодержащие светостабилизаторы не соответствуют требованиям ДОСТИГАТЬ ЕС и другим экологическим стандартам.

2. Тенденции развития

Эффективность и низкая миграция: разработка высокомолекулярных, реактивных светостабилизаторов для снижения миграции и осаждения в процессе производства и использования, подходящих для высокотехнологичных сценариев;

Биооснова: разработка биоразлагаемых и малотоксичных светостабилизаторов с использованием экстракта розмарина и производных полифенолов чая в качестве сырья в соответствии с политикой двойного сокращения выбросов углерода;

Многофункциональная интеграция: разработка "легкостойких+антиоксидантных+антистатичныхкомпозитных добавок, упрощение производственных формул и снижение затрат на обработку.

5. Резюме

Светостабилизаторы, добавляемые точно на этапе производства, создают УФ-защитные барьеры для пластиковых изделий с самого начала производства. Они являются незаменимыми добавками для пластиковых изделий, эксплуатируемых на открытом воздухе и в условиях слабого освещения. Они совместимы с различными процессами производства пластика, а благодаря выбору типа и оптимизации формулы позволяют добиться баланса между атмосферостойкостью, внешним видом и безопасностью изделий. В будущем, благодаря прорывам в эффективных и экологичных технологиях, светостабилизаторы будут способствовать дальнейшему развитию высокотехнологичных и долгосрочных разработок пластиковых изделий, расширяя возможности их применения на открытом воздухе.