УФ-экранирование PE и PP: модификация для высокой прозрачности и долговечности

В области материаловедения полимерные материалы, сочетающие высокую пропускную способность видимого света с возможностью защиты от ультрафиолетового (УФ) излучения, широко используются в различных сферах, таких как энергосбережение в строительстве, сельскохозяйственное покрытие и защита упаковки, поскольку они одновременно удовлетворяют потребности в светопропускании и предотвращении повреждений от УФ-излучения.

Среди этих полимеров полиэтилен (PE) и полипропилен (PP), как универсальные пластики с большими объемами производства, низкой стоимостью и отличной технологичностью, стали основными разновидностями для промышленных применений благодаря их преимуществу экономической эффективности после достижения «пропускания видимого света и блокировки УФ-излучения» посредством передовой модификации.

Их основные характеристики обусловлены синергетической модификацией дизайна микро- и наноструктур и функциональных добавок, что позволяет достичь селективных оптических эффектов путем точного контроля поведения поглощения и пропускания света различных длин волн. Далее будет подробно рассмотрено принципы модификации, преимущества производительности и сценарии применения PE и PP.

Модифицированный полиэтилен (PE) является одной из наиболее широко используемых разновидностей среди этих универсальных пластиков. Сам по себе чистый PE обладает хорошей пропускной способностью видимого света (низкоплотный PE может достигать пропускания более 85%), но связи C-C в молекулярной цепи легко повреждаются УФ-излучением, что приводит к старению и хрупкости материала, а его естественная способность блокировать УФ-излучение относительно слабая. Для достижения УФ-защиты в отрасли разработаны два основных технологических подхода: «модификация путем добавления композиций» и «модификация микро/наноструктур.»

Модификация путем добавления композиций в основном включает смешивание УФ-абсорбентов с PE (полиэтиленом) методом плавления. Обычно используемые абсорбенты включают бензотриазолы и салицилаты. Эти абсорбенты избирательно поглощают УФ-излучение в диапазоне длин волн 290-400 нм и преобразуют его в безвредное тепло, не влияя на пропускную способность видимого света.

Например, пленки LDPE с содержанием бензотриазольных абсорбентов 0,3%-0,8% могут блокировать более 95% УФ-излучения ниже 380 нм, сохраняя при этом более 80% пропускной способности видимого света, что делает их широко используемыми в покрытиях сельскохозяйственных теплиц и наружных упаковочных пленках.

Модификация микро/наноструктур является высокотехнологичным решением для повышения устойчивости PE к УФ-излучению и интеграции многофункциональности. Используя такие процессы, как формование с помощью наждачной бумаги, осаждение паров и методы шаблонов для создания микро/нанотекстур на поверхности пленки PE, или добавляя наномасштабные защитные агенты (например, аэросил и нанодиоксид цинка), эффект защиты может быть синергетически усилен благодаря эффекту рассеяния света микро/наноструктурами и эффекту поглощения УФ-излучения наночастицами.

Например, композитная пленка PE с покрытием из аэросила, разработанная исследовательской группой, не только достигает более 70% пропускной способности видимого света и 90% уровня блокировки УФ-излучения, но также обладает высокой эмиссией 84,6% благодаря своей микро-наноструктуре. Эта эмиссия снижает температуру внутри помещений или покрытых зон за счет радиационного охлаждения, что приводит к ежегодной экономии энергии до 261 МДж/м² при использовании в строительных прозрачных пленках. Кроме того, этот тип модифицированного PE может быть дополнительно улучшен антиоксидантами и антистарительными агентами для повышения его долговечности на открытом воздухе и решения проблемы старения чистого PE.

Модифицированный полипропилен (PP), благодаря своей превосходной жесткости и термостойкости, стал важным дополнительным материалом к PE. Хотя чистый PP имеет немного более низкую пропускную способность видимого света, чем PE (примерно 80%-83%), наличие метильных групп в его молекулярной цепи делает его менее устойчивым к УФ-старению и более склонным к разрушению цепей и пожелтению при длительном воздействии УФ-излучения.

Основой модификации устойчивости к УФ-излучению для полипропилена (PP) является «модификация основы + функционализация поверхности». Модификация основы в основном включает сочетание сополимеризации и добавления композиций: сополимеризация пропилена с небольшим количеством этилена улучшает прочность PP и равномерность пропускания света.

Затем добавляется сложная система светостабилизаторов на основе затрудненных аминов (HALS) и бензотриазольных абсорбентов. Светостабилизаторы на основе затрудненных аминов захватывают свободные радикалы, образующиеся при фотостарении, подавляют цепные реакции и синергетически достигают широкополосной УФ-защиты (290-410 нм) вместе с абсорбентами.

Функционализация поверхности дополнительно повышает эффективность блокировки УФ-излучения и свойства поверхности PP. Обычные процессы включают обработку плазмой с последующим нанесением УФ-устойчивого покрытия и вакуумное испарение наноксидных пленок.

Например, после активации поверхности PP плазмой нанесение акрилового покрытия, содержащего наночастицы ATO (оксид олова, легированный сурьмой), может увеличить уровень блокировки УФ-излучения пленки PP до более чем 92%, сохраняя пропускную способность видимого света выше 75%, одновременно придавая антизагрязняющие и износостойкие свойства.

Модифицированный полипропилен (PP), благодаря своей высокой жесткости и высокой термостойкости (температура теплового искажения может достигать около 100℃), широко используется в наружных солнцезащитных покрытиях, прозрачных автомобильных внутренних деталях и контейнерах для упаковки продуктов питания на открытом воздухе. По сравнению с PE, модифицированный PP более подходит для средне- и высококачественных приложений, требующих структурной прочности, формируя дополнительную функцию.

Функция УФ-защиты как модифицированного PE, так и PP в основном основана на принципе «селективного фотолиза», то есть путем добавления абсорбентов или рассеяния микро/наноструктур, точно нацеливаясь на УФ-диапазон 290-400 нм, при этом обеспечивая высокую пропускную способность в диапазоне видимого света 400-800 нм.

В промышленных приложениях технологии модификации для обоих материалов подчеркивают синергетический дизайн «УФ-защита + устойчивость к старению + интеграция многофункциональности», такие как «УФ-устойчивость + радиационное охлаждение» для PE и «УФ-устойчивость + устойчивость к загрязнениям и износу» для PP, расширяя сценарии применения через интеграцию множества свойств.

Наша платформа соединяет сотни проверенных китайских поставщиков химической продукции с покупателями по всему миру, способствуя прозрачным сделкам, лучшим бизнес-возможностям и высокоценным партнерствам. Независимо от того, ищете ли вы массовые товары, специализированные химикаты или услуги по индивидуальной закупке, TDD-Global заслуживает доверия как ваш первый выбор.