A. CÁC BƯỚC TÁC ĐỘNG CỦA TIA CỰC TÍM ĐẾN NHỰA
Polymer khi bị tác động bởi tia cực tím sẽ diễn ra quá trình mô tả theo từng bước:
1. Hấp thu năng lượng sóng (trong đó sóng tia cực tím có mức kích ứng cao nhất).
2. Quá trình hấp thu sẽ tiến đến việc tích lũy nhiệt.
3. Ở nhiệt độ cao, quá trình chuyển động phân tử và chuyển động mạch (Brown) sẽ đạt đến điểm cực đại tại các vùng biên (bề mặt) và hình thành các quá trình gãy các liên kết, hình thành các gốc tự do (free radical).
4. Các gốc tự do (ở điều kiện bị kích tích bởi nhiệt và các rung động) sẽ tham gia vào tiến trình phản ứng dây chuyền, gây ra phân hủy cấu trúc polymer. Trong quá trình phản ứng ở bước này chúng còn lôi kéo các phân tử oxy vào và làm gia tăng mức độ hoạt động phân hủy.
B. CÁCH PHÂN LOẠI CHẤT KHÁNG TIA CỰC TÍM THEO BƯỚC TÁC ĐỘNG CỦA UV
Nhìn từ các bước quy trình xảy ra bên trong polymer như trên, người ta đã phát triển ra các nhóm phụ gia, nhằm vô hiệu hóa hoặc kiềm hãm một hoặc một số bước trong quá trình trên.
Theo đó chất kháng tia cực tím được phân thành một số nhóm: Hấp thụ tia UV (UV absorbers), khóa gốc tự do (Free radical scarvengers), quenchers, và hydroperoxide decomposers.
- UV Absorbers (Chất hấp thu năng lượng sóng UV)
Đây là nhóm mà phân tử của chúng có tính nhạy cảm với các bước sóng trong vùng cực tím (UV-A và UV-B), chúng sẽ hấp thu các năng lượng nhận được từ sóng của tia UV, và chuyển các năng lượng trên thành dạng nhiệt vô hại cho polymer. Chúng hoạt động nhằm vô hiệu hóa tác động ở bước 1 trong các bước quá trình đã nêu ở trên. Hình mình họa mô tả: (1) Khi ánh sáng mặt trời chiếu làm tăng nhiệt vật liệu nhựa (2) Khi sử dụng chất hấp thu UV thì giảm hiện tượng tích nhiệt, do chất UV kịp thời phân tỏa nhiệt. - Quenchers
Là nhóm hoạt chất có tính hấp thu các năng lượng nhiệt, giúp polymer phân tỏa nhiệt hạn chế quá trình tích tụ nhiệt, nhờ đó polymer không bị rung động đến mức tới hạn, nên cũng giãm quá trình mỏi và gãy mạch xảy ra. Chúng hoạt động nhằm vô hiệu hóa bước 2 trong các bước quá trình đã nêu trên. Hình trên cho thấy một số hợp chất có tính hấp thu sóng năng lượng ở mức cao (đường màu đỏ) và chuyển thành mức năng lượng ở mức thấp (đường màu đen) không ảnh hưởng đến nhựa. (Để hiểu thêm có thể đọc theo đường dẫn: https://www2.chemistry.msu.edu/faculty/reusch/virttxtjml/photchem.htm)
- Free radical scavengers (Nhóm khóa hoạt tính của các gốc tự do).
Polymer bị tác động bởi các yếu tố năng lượng như: cơ học, nhiệt, sóng năng lượng (trong đó có sóng UV, hồng ngoại,…)và các chất có tính oxy hóa (oxy, peroxy,…) đều xảy ra quá trình gãy mạch, và hình thành các gốc tư do không mong đợi. Hình trên cho thấy các hợp chất khóa gốc tự do (sóng màu trắng) sẽ kịp thời chuyển sang dạng kích hoạt bao quanh thành phần bị tăng nhiệt, và kịp thời dập tắt các gốc tự do ngay vừa khi hình thành.
Vì thế nhóm phụ gia có tính khóa hoạt tính của các gốc tự do không chỉ giúp polymer bền vững hơn khi tiếp xúc với tia cực tím mà còn hữu ích trong quá trình chống thoái hóa cho polymer ở quá trình bị lão hóa, bị các tác động cơ học quá mức.
Những chất có tính năng trên và hoạt động hiệu quả trong điều kiện nhiệt độ thấp (như khi polymer tiếp xúc ánh sáng) sẽ được dùng như chất kháng tia cực tím.
Nhóm chất kháng tia cực tím loại này có một số phân nhóm rất phổ biến và quan trọng, như: HALS (Hindered Amines Light Stabilizers), Hinered Phonols, Thiosynergist,…
Hoạt động của nhóm khóa hoạt tính của gốc tự do (Free radical scavengers)này nhằm kiềm hãm và vô hiệu hóa các quá trình xảy ra ở bước (3) và (4). - Hydroperoxide decompose (Nhóm khóa hoạt tính của các hydroperoxide)
Trong quá trình phản ứng dây chuyển của các nhóm chứa gốc tự do sinh ra, các gốc tự do có tác động đến các nguyên tử oxy (trong môi trường) và hình thành các hydroperoxide. Các hydroperoxide là một trong những nhân tố gây tác động rất lớn đến quá trình thoái hóa của polymer. Nhóm phụ gia nhằm kìm hãm và vô hiệu hóa các hydroperoxide được xem là những chất kháng tia cực tím có hiệu quả, chúng đã vô hiệu hóa quá trình xảy ra ở bước (4) như nêu trên. Phần lớn các UV có thuộc nhóm khóa hoạt tính gốc tự do cũng có tính năng khóa các gốc tự do hình thành do các hydroperoxide phân hủy. Nhưng người ta cũng có thể dùng một số hợp chất có tính khử để loại bỏ một cách chủ động các hydroperoxide này.