Wyroby z tworzyw sztucznych powinny charakteryzować się wytrzymałością, trwałością oraz atrakcyjną ceną. Dużą ich zaletą jest łatwość nadawania różnych kształtów. Odpowiednio modyfikowane nabywają unikalnych właściwości, co pozwala znaleźć zastosowanie dla nich w praktycznie każdej dziedzinie życia. Trudno jest je zastąpić innymi produktami dlatego tak ważne jest ich odpowiedzialne używanie polegające na konsekwentnej segregacji oraz poddawaniu recyklingowi w celu nadania elementom z tworzyw sztucznych drugiego i być może kolejnego życia.
Jednakże, jak wszystkie materiały używane przez człowieka, tworzywa sztuczne podlegają procesowi starzenia. Istnieją jednak sposoby by wydłużyć jego czas. Na czym one polegają? O tym przeczytasz w poniższym artykule.
Czym jest proces starzenia?
Proces starzenia, w największym skrócie, polega na utracie właściwości użytkowych danego wyrobu pod wpływem degradacji polimeru, z którego jest zbudowany. Degradacja taka jest rozpadem łańcuchów polimerowych, która następuje już w trakcie przetwórstwa, tj. procesu wytworzenia konkretnego elementu. Wówczas czynnikiem wywołującym degradację jest wysoka temperatura przetwarzania, która może sięgać kilkuset stopni Celsjusza. Typowym objawem degradacji na tym etapie jest zmiana koloru wytwarzanych elementów tj. ich zażółcenie, brązowienie lub sczernienie. Dla niektórych tworzyw sztucznych temperatura przetwórstwa i degradacji jest bardzo zbliżona, stanowi to istotny problem technologiczny, ponieważ nie łatwo jest dopasować wtedy warunki produkcji zwane "oknem" przetwórczym.
Do tego typu tworzyw należy PCW (polichlorek winylu). Jest to materiał bardzo wrażliwy na działanie temperatury. Mimo, że przetwarzać można go w temperaturze powyżej 170oC, to początkowej degradacji ulega już w przedziale od 185 do 190oC. Bardzo łatwo jest zatem o przegrzanie tworzywa i doprowadzenie do rozpoczęcia procesu degradacji.
Dlaczego tworzywa sztuczne ulegają degradacji?
Produkty z tworzyw sztucznych degradują również podczas cyklu ich użycia. Czynnikami powodującymi rozpad łańcuchów polimerowych mogą być: tlen zawarty w powietrzu atmosferycznym, promieniowanie słoneczne, wilgoć czy też kontakt z środkami chemicznymi przyspieszającymi degradację, np. oleje i smary. Najczęstszymi objawami starzenia w trakcie użytkowania produktów z tworzyw sztucznych są: widoczne na powierzchni spękania, utrata elastyczności, sztywności lub kruchość. To właśnie długotrwała ekspozycja na wymienione czynniki powoduje, że folia ogrodnicza się rwie, uszczelka żółknie i się kruszy, a wiele przedmiotów twardych i wytrzymałych w momencie zakupu łamie się po dłuższym okresie użytkowania na świeżym powietrzu.
Jak spowalniać proces starzenia i jak mu przeciwdziałać?
Oczywiście istnieją sposoby przeciwdziałania lub spowalniania procesu starzenia tworzyw sztucznych. Przemysł chemiczny ciągle się rozwija i wdraża nowe rozwiązania. Dzięki temu powstały specjalistyczne dodatki, które zapewniają procesową stabilność termiczną. Są to stabilizatory termiczne, które możemy podzielić na pierwszorzędowe oraz drugorzędowe.
Temperatura oraz tlen atmosferyczny powodują pękanie łańcuchów polimerowych z wydzieleniem wolnych rodników (R• oraz ROO•). Stabilizatory pierwszorzędowe mają za zadanie wyłapanie wolnych rodników i przekształcenie ich do półaktywnej formy ROOH. Do tej grupy stabilizatorów zaliczyć możemy sole wyższych kwasów tłuszczowych oraz związki aminowe lub fenolowe. Dobieramy je w zależności od użytego tworzywa.
Dodanie pierwszorzędowych stabilizatorów spowalnia proces degradacji. W kolejnym etapie konieczne jest zastosowanie stabilizatorów drugorzędowych. Odpowiadają one za przekształcenie ROOH do nieaktywnych form ROH. Jest to niezbędne, ponieważ formy ROOH nie są stabilne i łatwo mogą rozpadać się ponownie do wolnych rodników, co spowodowało by rozpoczęcie procesu degradacji od nowa. Natomiast uzyskując formy ROH, całkowicie zatrzymujemy proces degradacji.
Rozwiązania od Grupy PCC
Spółka PCC Rokita SA posiada w swojej ofercie serię fosforynów, czyli drugorzędowych stabilizatorów termicznych Rostabil. Są one dedykowane dla przetwórstwa PCW, ale również można je z powodzeniem stosować w tworzywach typu żywice epoksydowe, poliestrowe czy mieszanki gumowe.
Rodzina drugorzędowych stabilizatorów termicznych Rostabil obejmuje:
- Fosforyny trialkilowe znajdujące zastosowanie przy produkcji uniepalnionych elastycznych elementów z PCW, takich jak otuliny kablowe lub elementy wyposażenia samochodów . Do grupy tej należą produkty wytwarzane technologią tradycyjną oraz bezfenolową (oznaczone literą V): Rostabil TTDP, Rostabil TTDP - V, Rostabil TDP, Rostabil TDP - V.
- Fosforyny alkilo - arylowe znajdujące zastosowanie w produkcji sztywnych i elastycznych elementów z PCW, takich jak rury, ramy okienne i folie techniczne. Do grupy tej należą: Rostabil DPDP, Rostabil DDPP.
- Fosforyny triarylowe znajdujące zastosowanie w procesie produkcji farb proszkowych, mieszanek gumowych oraz używane są jako półprodukt w wielu syntezach chemicznych. Do grupy tej należą: Rostabil TPP, Rostabil TNF.
Już niewielki dodatek fosforynów do receptury produkcyjnej skutecznie wydłuża stabilność termiczną tworzywa, co pozwala na większą swobodę w doborze parametrów przetwórstwa. Rostabile są nieocenionymi pomocnikami w ochronie termicznej polichlorku winylu oraz żywic polimerowych lub mieszanek gumowych podczas ich przetwarzania. Podstawowa korzyścią wynikającą z użycia Rostabili w przetwórstwie jest na uniknięcie efektu ich zażółcenia eliminującego wytworzone elementy z dalszego użytkowania.
Pełną ofertę produktów dedykowanych przetwórstwu tworzyw sztucznych znajdziesz na www.products.pcc.eu.
