1. Tại sao nên sử dụng chất phòng lão ?
Nhựa là vật liệu ngày càng trở nên thiết yếu trong cuộc sống, với sự phát triển của các công nghệ gia công, nhựa đã được ứng dụng và thay thế dần các vật liệu như thủy tinh, kim loại, giấy và gỗ. Nhưng nhựa thường bị thoái hóa dưới tác động của ánh sáng, tác nhân oxy hóa và nhiệt, dẫn đến:
* Suy giảm cơ lý tính, mất đi tính mềm dẻo và khả năng chịu lực.
* Màu sắc biến đổi.
* Lưu mờ và tạo vết nứt trên bề mặt.
Chất phòng lão là thành phần phụ gia giúp giảm đi quá trình quá trình lão hóa trên.
2. Quá trình thoái hóa của nhựa
Nhựa thông thường được tạo từ các phản ứng trùng hợp và trùng ngưng, tạo thành những hợp chất cao phân tử. Trong quá trình chịu tác động bởi các tác nhân: nhiệt độ, bức xạ ánh sáng, lực cơ học,…, nước, không khí, hóa chất sẽ làm biến đổi cấu trúc, dẫn đến việc thay đổi trọng lượng phân tử của nhựa.
Các quá trình biến đổi trên có xu hướng suy giảm tính năng cơ lý, đặc tính quang học và tính chất hóa học của nhựa.
Do đó có thể kết luận quá trình thoái hóa là quá tình cấu trúc hóa học của nhựa bị phá vở bởi các tác nhân bên ngoài theo thời gian, còn được gọi là quá trình lão hóa của nhựa.
Chất phòng lão là phụ gia ngăn chặn quá trình lão hóa trên, thông qua việc vô hiệu hóa các phản ứng và các tác nhân thúc đẩy quá trình lão hóa.
3. Chất phòng lão cũng giúp ổn định trong quá trình gia công.
Thông thường nhựa được cung cấp dưới dạng hạt, bột. Qua quá trình gia công, nhựa biến đổi hình thái (chảy lỏng) dưới tác động của cơ năng và nhiệt năng do đó cấu trúc cao phân tử của nhựa bị tác động mạnh.
Các chất ổn định gia công, là những chất phòng lão, được bổ sung vào hỗn hợp nhựa nhằm ngăn chặn quá trình thoái hóa diễn trong khi gia công. Chất ổn định gia công này ngăn cản các phản ứng tự oxy hóa trong nhựa, giúp vô hiệu hóa các gốc tự do (R*, ROO*,…) hình thành trong hỗn hợp.
Việc vô hiệu hóa các gốc tự đã giúp ngăn chặn các phản ứng dây chuyền bất lợi trong nhựa, nên hạn chế biến đổi tính chất của nhựa.
Dưới các tác động bất lợi, của nguồn năng lượng hoặc các tác chất, các liên kết kém bền của nhựa sẽ bị bẻ gãy, hình thành ra các gốc tự do. Các gốc tự do trên sẽ tiếp tục tác động vào những liên kết kề cận sinh ra những phản ứng mới, hình thành những gốc tự do mới và phát triển hành phản ứng dây chuyền một cách tự phát.
A. Chất ổn định hệ Phenolic (H_donor)
Hợp chất H-donor phản ứng với các gốc tự do peroxy (ROO*), và ngăn cản quá trình lấy các nguyên tố Hydro trên mạch phân tử nhựa, chuyển chúng thành các hydroperoxide.
B. Chất ổn định hệ Organophosphorus
Hợp chất Organophosphorus có tác dụng ngăn cản sự phân hủy của các hydroperoxide (ROOH) thành gốc tự do hydroxy (RO*), nên giúp ngắt mạch của phản ứng dây chuyền.
C. Chất ổn định hệ Lactone & Hydroxylamine (chất hấp thụ gốc tự do)
Các hợp chất Lactone và Hydroxylamine là những hợp chất lão có khả năng khóa các gốc tự do, chúng cũng là những chất phòng lão hiệu quả. Quá trình hấp thu các gốc tự do alkyl (R*) sẽ giúp ngăn chặn ngay được chu trình trong chuổi phản ứng dây chuyền.
Các hợp chất này giúp giảm các phản ứng gây phân hủy nhựa trong quá trình gia công, ngăn chặn sự tồn tại của các gốc tự do sau quá trình gia công, hạn chế sản phẩm bị thoái hóa trong quá trình sử dụng. Do dó các chất phòng lão loại này thường sử dụng ở những công đoạn gia công cuối cùng.
4. Chất phòng lão hóa theo thời gian
Như đã trình bày, chất ổn định giúp ngăn chặn quá trình tự oxy hóa được xem là chất phòng lão. Có nghĩa chất phòng lão ngăn chặn quá trình tự oxy hóa trong quá trình gia công và sau quá trình gia công, tức trong lúc sử dụng sản phẩm.
Chất phòng lão hóa theo thời gian là nhóm các chất phòng lão có chức năng chính là loại bỏ các phản ứng oxy hóa cho sản phẩm trong suốt thời gian sử dụng.
Do đó khác với chất phòng lão hóa trong quá trình gia công, các hợp chất phòng lão hóa theo thời gian hoạt động ở điều kiện nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ chảy của nhựa.
Khác với các chất phòng lão họ Phenolic, các hợp chất HAS (Hindered Amine Stabilizers) là những chất phòng lão hóa theo thời gian rất hiệu quả.
Các hợp chất HAS thực sự là những chất chống quá trình lão hóa của nhựa do tác động của ánh sáng (do dó chúng còn được viết tắt HALS - Hindered Amine Light Stabilizers).
Thực tế cơ chế hoạt động của các chất HALS trong điều kiện nhiệt phân hủy theo thời gian rất phức tạp và chưa được hiểu hoàn toàn.
