Como escolher o estabilizante UV certo para cada aplicação de plástico?

Uma fábrica de filme soprado fornecia filme para estufa a uma produtora de hortaliças. Para simplificar as compras, a fábrica trocou a formulação de estabilização à luz desse filme pelo sistema de absorvedor de UV que usava havia anos em peças injetadas para uso externo, sem reduzir a dosagem, e na inspeção final a resistência à tração e a transmissão de luz foram aprovadas. Antes da metade da primeira safra, o filme começou a ficar quebradiço no teto e nos pontos de contato com os cabos de fixação e a estrutura de aço, e uma única ventania rasgou várias estufas. As plantas ficaram expostas ao frio da noite e à chuva, e a produtora exigiu indenização pelas perdas da safra inteira. A mesma formulação funcionava havia anos em peças injetadas de parede grossa sem nenhum problema; em um filme muito fino, a proteção que um absorvedor de UV consegue oferecer fica muito limitada.

Como escolher o estabilizante UV certo para cada aplicação de plástico? Os estabilizantes UV para plásticos se dividem em duas grandes classes, os absorvedores de UV e os estabilizantes de luz de amina impedida, e cada uma protege o produto de um jeito diferente. A seleção começa pela espessura, transparência, temperatura de processamento e ambiente de uso do produto, e depois define o sistema estabilizante e os grades específicos.

O envelhecimento dos plásticos de uso externo começa com a absorção da radiação ultravioleta. A radiação UV pode romper ligações químicas das cadeias do polímero, ou ser absorvida por impurezas como resíduos de catalisador e grupos carbonila e gerar radicais livres, que então entram na mesma reação em cadeia do envelhecimento termo-oxidativo, um processo que explicamos no nosso artigo sobre antioxidantes para plásticos. O que distingue o envelhecimento foto-oxidativo é que ele é iniciado por uma fonte externa, e por isso o dano se concentra na superfície da peça. A foto-oxidação começa na superfície e avança para o interior. Depois que a radiação UV entra no plástico, sua intensidade cai rapidamente, então a camada mais externa é sempre a primeira a sofrer. Com a quebra das cadeias da superfície surgem perda de brilho, calcinação e microfissuras; sob esforço, essas microfissuras viram pontos de início de trinca, e a resistência ao impacto e o alongamento na ruptura caem muito. O interior de uma peça de parede grossa pode continuar intacto enquanto o dano na superfície já basta para ela trincar no manuseio ou no frio. Em filmes e fibras, toda a seção transversal fica dentro da profundidade que a radiação UV alcança, então eles falham mais rápido e de forma mais completa. O comprimento do caminho óptico, que depende da espessura do produto, decide qual proteção funciona. Os absorvedores de UV protegem o polímero absorvendo eles mesmos a radiação UV, e o quanto absorvem depende da sua concentração ao longo do caminho da luz e do comprimento desse caminho. Em uma peça de parede grossa o caminho é longo, e o absorvedor consegue barrar a maior parte da radiação logo abaixo da superfície; em um filme o caminho é muito curto, e a mesma dosagem absorve muito menos. A formulação da fábrica de filme soprado do início funcionava nas peças de parede grossa em grande parte por causa da espessura.

Os estabilizantes de luz mais usados em plásticos se dividem em duas grandes classes, os absorvedores de UV e os estabilizantes de luz de amina impedida. Os primeiros reduzem a radiação UV que chega ao polímero e os segundos eliminam os radicais livres que já se formaram, por isso muitas formulações para uso externo combinam os dois. Os absorvedores de UV transformam a radiação ultravioleta em calor. Depois de absorver a radiação UV, o absorvedor libera a energia na forma de calor por meio de uma ligação de hidrogênio intramolecular, volta ao estado original e pode repetir o ciclo muitas vezes. As benzofenonas têm preço moderado e são muito usadas em poliolefinas e PVC; os benzotriazóis absorvem em uma faixa mais ampla, têm cor clara e servem para mais polímeros; as triazinas unem absorção forte e alta resistência térmica, o que as torna adequadas para plásticos de engenharia processados em altas temperaturas. Nossa série Chemtechsorb de benzofenonas inclui os grades BP-1, BP-3 e BP-12 (UV-531), a série de benzotriazóis inclui UV-P, 326, 327, 328, 329, 234 e 360, e também oferecemos o 1577, de estrutura hidroxifenil triazina. Os estabilizantes de luz de amina impedida eliminam radicais livres em um ciclo que se regenera. Os HALS quase não absorvem radiação UV. Sob a ação da luz e do oxigênio, eles se convertem em radicais nitroxila, que capturam os radicais alquila do polímero e se regeneram em reações seguintes, fechando o ciclo. São consumidos devagar e seu efeito independe do comprimento do caminho óptico, por isso funcionam igualmente bem em filmes, fibras e na camada superficial das peças. Os grades de baixo peso molecular migram rápido e repõem a superfície a tempo; os de alto peso molecular volatilizam e são extraídos com dificuldade, garantindo uma proteção mais duradoura. Nossas aminas impedidas Chemtechsorb incluem UV-962 (783), UV-292, UV-123 e UV-765.

Três aplicações típicas falham de três maneiras diferentes. Filmes agrícolas e outros filmes têm um caminho óptico curto demais e dependem das aminas impedidas. A estabilização à luz de filmes se apoia principalmente nos HALS, com absorvedores de UV como complemento. O filme para estufa enfrenta condições mais duras: compostos de enxofre e cloro dos defensivos agrícolas se decompõem em substâncias ácidas que se ligam à amina impedida, que é básica, e a desativam; além disso, nos pontos de contato com os cabos de fixação e a estrutura de aço a temperatura é mais alta, e o envelhecimento começa por ali. Esses filmes pedem aminas impedidas de baixa basicidade resistentes a defensivos, com atenção às perdas causadas pela condensação e pela lavagem da chuva, um ponto em que os grades de alto peso molecular levam vantagem. Nas peças de parede grossa para uso externo, a superfície calcina primeiro e depois trinca a partir da superfície. Peças injetadas como móveis de jardim, caixas organizadoras para área externa e equipamentos de sinalização viária têm paredes grossas; o absorvedor de UV protege o interior e a cor, e a camada superficial continua precisando de amina impedida. O mais comum é combinar um absorvedor com HALS e, entre as aminas impedidas, combinar grades de baixo e alto peso molecular. Quanto maior a vida útil ao ar livre e mais intensa a radiação solar na região de uso, maior a participação dos HALS, e as peças de cor clara, sem pigmento que as proteja, são as que mais dependem deles. Chapas e peças transparentes precisam barrar a radiação UV sem amarelar. Chapas alveolares de PC, chapas de PMMA e chapas de PET são muito sensíveis à cor. O absorvedor precisa ter cor clara, boa compatibilidade e não gerar névoa; como esses materiais são processados em altas temperaturas, ele também precisa resistir ao calor e ter baixa volatilidade, caso contrário se perde na extrusão e contamina a matriz e os rolos. Grades de maior peso molecular, como UV-234, UV-360 e UV-1577, são comuns nesses produtos. O PC é sensível a substâncias básicas, então as aminas impedidas devem ser usadas com cautela; as chapas alveolares também costumam ser coextrudadas, concentrando uma dosagem alta de absorvedor em uma camada superficial de proteção muito fina.

Outros componentes da formulação podem fazer o estabilizante de luz falhar antes da hora. As aminas impedidas são básicas, então os haletos de hidrogênio liberados na decomposição de retardantes de chama halogenados, os produtos de decomposição de alguns aditivos com enxofre e as cargas ácidas podem neutralizá-las; no nosso artigo sobre antioxidantes também citamos que antioxidantes tioésteres e algumas aminas impedidas se enfraquecem mutuamente. Além disso, absorvedores de baixo peso molecular volatilizam no processamento em alta temperatura, grades com pouca compatibilidade migram para a superfície e causam eflorescência, e filmes e fibras, com sua grande área superficial específica, perdem estabilizante mais rápido quando lavados por líquidos. Na seleção, é preciso avaliar ao mesmo tempo o peso molecular, a compatibilidade e a temperatura real de processamento.

O ideal é preparar amostras na espessura real e definir a dosagem com dados de envelhecimento. A dosagem deve levar em conta a espessura do produto, a vida útil desejada, a intensidade da radiação solar na região de uso e os demais componentes da formulação. Prepare as amostras com a espessura, a cor e as condições de processamento reais, coloque-as em uma câmara de envelhecimento com lâmpada de xenônio ou com lâmpadas UV fluorescentes e meça periodicamente a retenção do alongamento na ruptura, a resistência ao impacto, o índice de amarelecimento e o brilho; no filme agrícola, simule também o contato com defensivos, e nas peças transparentes meça ainda a transmissão de luz e a névoa. Para produtos com exigência alta de vida útil ao ar livre, recomendamos fazer ao mesmo tempo ensaios de exposição natural, para que os dois conjuntos de dados se confirmem entre si.

Dá para usar só um absorvedor de UV ou só uma amina impedida? Dá, mas em uma faixa limitada de aplicações. Peças de parede grossa, cor escura e exigência moderada de vida útil às vezes funcionam com um só; filmes e fibras se apoiam principalmente nas aminas impedidas; peças transparentes sempre precisam de absorvedor de UV. A maioria dos produtos de poliolefina para uso externo combina os dois, com resultado melhor do que a mesma dosagem de um único tipo. Peças pretas ou de cor escura ainda precisam de estabilizante de luz? O negro de fumo bem disperso já é por si só uma barreira eficaz contra a radiação UV, então peças pretas precisam de bem menos estabilizante de luz, embora uma dispersão ruim reduza muito esse efeito. Peças escuras coloridas com pigmentos orgânicos são outro caso: os próprios pigmentos se degradam com a luz, então ainda é preciso um estabilizante de luz para proteger o polímero e a cor. Existe um estabilizante de luz que sirva para todos os plásticos de uso externo? Cada plástico de uso externo precisa da sua própria combinação, porque o polímero, a espessura, a transparência e a temperatura de processamento, junto com condições como defensivos agrícolas e retardantes de chama, mudam qual é a mais adequada. Primeiro entendemos essas condições e depois recomendamos uma combinação de grades, e a dosagem final é definida por ensaios de envelhecimento feitos com a formulação real.

O Hongda Group fabrica e exporta produtos químicos em Ningbo desde 1992 e vende para mais de trinta países. Nossos estabilizantes de luz Chemtechsorb abrangem absorvedores de UV de benzofenona, benzotriazol e triazina, além de estabilizantes de luz de amina impedida, e podem ser usados junto com nossos antioxidantes Chemtechnox. Se você está desenvolvendo filme agrícola, peças injetadas para uso externo ou chapas transparentes, ou se seus produtos de uso externo já apresentam calcinação, fragilidade ou amarelecimento, conte-nos o seu polímero, a espessura da peça, a região de uso e a vida útil exigida, e vamos definir juntos o sistema de estabilização à luz. Para conhecer as formas de parceria, visite hongda-chem.com e clique em "Become a strategic partner".