Apa Itu Antioksidan Plastik, dan Mengapa Produk Plastik Membutuhkannya?

Sebuah pabrik injeksi memproduksi kontainer polipropilena untuk pelanggan logistik. Untuk menekan biaya, bagian produksi mencampurkan sebagian runner dan sprue serta gilingan afkir ke dalam bahan baru, dan karena memakai cetakan baru, suhu barel juga dinaikkan sedikit. Pada inspeksi akhir, dimensi, warna dan uji benturan beban jatuh semuanya lolos. Setelah satu musim panas, kontainer di gudang pelanggan mulai rusak secara massal: sudutnya patah utuh saat diangkut forklift, permukaannya menguning dan langsung berkapur saat disentuh tangan. Pelanggan menuntut penarikan seluruh produk dan mengajukan klaim ganti rugi. Grade resin dan masterbatch warnanya tetap sama. Yang berubah adalah riwayat panas yang dialami polipropilena dalam keadaan leleh, dan sedikit antioksidan dalam formulasi yang seharusnya melindunginya sudah lama habis terpakai dalam pemrosesan berulang.

Apa itu antioksidan plastik, dan mengapa produk plastik membutuhkannya? Antioksidan plastik adalah aditif yang ditambahkan ke polimer untuk memutus reaksi berantai penuaan termo-oksidatif. Saat pemrosesan, aditif ini melindungi lelehan agar tidak terdegradasi; selama penyimpanan dan pemakaian, aditif ini memperlambat produk menjadi getas, menguning dan retak. Dosisnya sangat kecil, tetapi menentukan berapa lama produk plastik dapat dipakai.

Saat paling berbahaya bagi polimer terjadi sebelum produk dibentuk, yaitu di dalam barel: suhu di atas 200°C, geseran kuat dari sekrup dan sedikit oksigen yang terlarut dalam lelehan sudah cukup untuk memicu oksidasi dalam hitungan menit. Produk tampak normal saat keluar pabrik, padahal rantai molekulnya sudah rusak. Reaksi berantai radikal bebas mempercepat dirinya sendiri begitu dimulai. Panas dan geseran memutus rantai molekul polimer dan menghasilkan radikal alkil. Radikal alkil yang bertemu oksigen langsung berubah menjadi radikal peroksi; radikal peroksi kemudian merebut satu atom hidrogen dari rantai di sebelahnya, membentuk hidroperoksida dan meninggalkan radikal alkil baru. Lebih merepotkan lagi, hidroperoksida sendiri sangat labil dan terurai menjadi radikal baru saat terkena panas, sehingga laju reaksi berlipat ganda. Inilah ciri penuaan termo-oksidatif: di awal hampir tidak terlihat perubahan, dan begitu melewati titik kritis tertentu, sifat material merosot tajam dalam waktu singkat. Pemutusan rantai dan ikatan silang adalah dua pola kegagalan yang sangat berbeda. Oksidasi memengaruhi tiap polimer dengan cara berbeda. Pada polipropilena, atom karbon tersier di rantai molekul paling mudah diserang, sehingga yang dominan adalah pemutusan rantai: berat molekul turun, laju alir leleh naik, produk menjadi getas dan kekuatan impak anjlok, persis seperti kontainer di awal artikel ini. Polietilena lebih cenderung mengalami ikatan silang: laju alir leleh turun, muncul gel dan mata ikan pada film tiup, dan permukaan film menjadi kasar serta mudah sobek.

Dampak penuaan termo-oksidatif tersebar di tiga tahap siklus hidup produk, dan makin belakangan muncul, makin mahal harganya. Pada tahap pemrosesan, gejalanya berupa pergeseran indeks leleh, gel dan perubahan warna: saat ekstrusi dan injeksi, lelehan yang kurang terlindungi terus berubah viskositasnya, parameter proses yang baru disetel harus disetel ulang, film menunjukkan mata ikan, dinding dalam pipa kasar dan produk berwarna kekuningan. Setidaknya masalah di tahap ini masih bisa ditemukan dan dihentikan di lantai produksi. Pada tahap penyimpanan dan pemakaian, gejalanya berupa menguning, getas dan retak rambut di permukaan: produk terus menerima panas di gudang dan selama dipakai, sisa antioksidan terkuras sedikit demi sedikit, dan setelah habis, getas dan retak muncul serentak. Kegagalan seperti ini sering baru terlihat beberapa bulan setelah pengiriman, paling sulit ditelusuri dan memicu klaim pelanggan yang paling berat. Pada bahan daur ulang dan pemrosesan berulang, perlindungan habis lebih awal. Antioksidan adalah aditif yang berkorban: setiap kali menangkap satu radikal atau menguraikan satu peroksida, sebagian dirinya ikut terpakai. Runner, gilingan afkir dan resin daur ulang sudah melewati lebih dari satu riwayat panas, dan sisa daya lindungnya sering sudah rendah. Mencampurkannya langsung sesuai proporsi tanpa menambah antioksidan sama saja dengan memasukkan sebagian material yang sudah menua ke dalam produk baru.

Berdasarkan mekanisme kerjanya, antioksidan terbagi menjadi dua kelompok besar yang masing-masing memutus mata rantai reaksi yang berbeda, sehingga kebanyakan formulasi memakai keduanya. Fenol terhalang adalah antioksidan primer yang paling umum dan bekerja dengan menangkap radikal. Molekulnya memiliki satu atom hidrogen aktif yang didonorkan ke radikal peroksi dan mengubahnya menjadi hidroperoksida, sementara fenol itu sendiri membentuk radikal fenoksi yang stabil, dan reaksi berantai pun terputus. Hidroperoksida yang terbentuk masih menjadi ancaman, dan bagian inilah yang ditangani antioksidan sekunder. Seri fenol terhalang Chemtechnox kami mencakup grade 1010, 1076, 1098 dan 3114. Antioksidan sekunder jenis fosfit dan tioester menguraikan hidroperoksida menjadi produk yang stabil dan mencegahnya memecah menjadi radikal baru. Fosfit sangat efisien pada suhu pemrosesan, terutama melindungi lelehan dan mengurangi perubahan warna selama proses; tioester lebih unggul dalam penuaan panas jangka panjang dan umum dipakai untuk produk yang harus tahan panas dalam waktu lama. Di lini produk kami, fosfit tersedia sebagai 168 dan 626, dan tioester sebagai 300. Campuran lebih efektif daripada pemakaian tunggal berkat efek sinergi: antioksidan primer menangkap radikal, antioksidan sekunder membersihkan peroksida, dan saat bekerja bersama, antioksidan primer terkonsumsi lebih lambat, sehingga hasil keseluruhannya jelas lebih baik daripada salah satunya dengan dosis yang sama. Kami menyediakan dua produk campuran, 215 dan 900, sehingga Anda cukup menimbang satu bubuk di lantai produksi, dan rasio antar-batch pun lebih stabil.

Ada tiga kondisi yang paling mudah terlewat saat memilih antioksidan. Yang pertama adalah polimer, suhu pemrosesan dan suhu pemakaian. Polipropilena lebih membutuhkan perlindungan daripada polietilena, dan nilon, ABS serta poliester masing-masing punya grade yang sesuai. Makin tinggi suhu pemrosesan dan makin lama waktu tinggal, makin besar kebutuhan akan antioksidan sekunder; produk yang lama bekerja pada suhu tinggi, seperti pipa air panas, juga memerlukan tioester untuk stabilitas panas jangka panjang. Yang kedua adalah gas yellowing pada produk berwarna terang. Fenol terhalang yang teroksidasi dapat membentuk senyawa kuinon yang berwarna. Asap knalpot forklift dan pemanas berbahan bakar gas di gudang melepaskan nitrogen oksida, dan produk putih atau berwarna terang yang disimpan di lingkungan seperti itu akan mengalami penguningan yang dikenal sebagai gas yellowing. Hal ini perlu diperhitungkan saat memilih antioksidan untuk produk berwarna terang, dan kondisi penyimpanan juga perlu diperhatikan. Yang ketiga adalah interaksi dengan aditif lain dan pigmen. Dalam formulasi, antioksidan hadir bersama penstabil cahaya, penghambat nyala, pigmen dan pengisi. Beberapa pigmen dan pengisi menyerap antioksidan atau membawa pengotor logam yang mempercepat oksidasi, dan tioester yang dipakai bersama penstabil cahaya amina terhalang tertentu dapat saling melemahkan.

Setelah lolos inspeksi akhir, masih ada tiga validasi yang harus dilakukan. Tiga metode yang umum dipakai adalah mengukur laju alir leleh dan indeks kekuningan setelah ekstrusi berulang untuk menilai stabilitas pemrosesan; mengukur waktu induksi oksidasi dengan kalorimetri pemindaian diferensial untuk membandingkan sisa daya antioksidan; dan memasukkan batang uji ke oven penuaan panas lalu mencatat waktu sampai getas untuk menilai ketahanan panas jangka panjang. Untuk formulasi yang memakai bahan daur ulang, lakukan ketiga uji ini pada rasio campuran yang sebenarnya.

Apakah makin banyak antioksidan makin baik? Hanya sampai batas tertentu. Setelah melewati dosis yang dibutuhkan, peningkatan kinerjanya terbatas sementara biaya terus naik; kelebihan antioksidan juga dapat bermigrasi ke permukaan produk dan menimbulkan blooming yang mengganggu pencetakan, perekatan dan penampilan. Dosis yang tepat sebaiknya ditentukan melalui uji ekstrusi berulang dan penuaan panas. Apakah perlu menambah antioksidan saat memakai bahan daur ulang? Biasanya perlu. Bahan daur ulang sudah melewati pemrosesan dan pemakaian, dan antioksidan aslinya sudah banyak terpakai. Jumlah tambahannya perlu ditentukan berdasarkan rasio bahan daur ulang, asal-usulnya dan waktu induksi oksidasi yang terukur, karena perkiraan berdasarkan pengalaman saja mudah meleset. Bisakah antioksidan menggantikan penstabil UV? Keduanya menangani sumber penuaan yang berbeda. Antioksidan terutama menangani penuaan akibat panas dan oksigen, sedangkan penuaan foto-oksidatif akibat sinar ultraviolet memerlukan penyerap UV dan penstabil cahaya amina terhalang. Produk luar ruang membutuhkan kedua sistem ini bekerja bersama, dan seri Chemtechsorb kami menyediakan kedua jenis penstabil cahaya tersebut.

Hongda Group memproduksi dan mengekspor bahan kimia dari Ningbo sejak 1992, dengan produk yang dijual ke lebih dari tiga puluh negara. Antioksidan Chemtechnox kami mencakup stabilisasi pemrosesan dan stabilitas panas jangka panjang untuk PE, PP, PA, PVC, ABS dan poliester. Jika produk Anda mulai menguning, getas atau mengalami pergeseran indeks leleh, atau Anda berencana menaikkan rasio bahan daur ulang, sampaikan kepada kami polimer, kondisi pemrosesan dan lingkungan pemakaiannya, dan kita tentukan bersama sistem antioksidan yang tepat. Untuk mengetahui lebih lanjut cara bekerja sama dengan kami, kunjungi hongda-chem.com dan klik "Become a strategic partner".