1. Phụ gia chống tia UV là gì?

Phụ gia nhựa chống tia UV là hoạt chất chuyên dụng được thêm vào trong quá trình sản xuất vật liệu nhựa để hạn chế các tác hại của tia cực tím có trong ánh sáng mặt trời. Qua đó nâng cao độ bền màu và đảm bảo cơ tính của sản phẩm.

2. Vì sao cần sử dụng phụ gia chống tia UV?

Chỉ chiếm một phần rất nhỏ dao động quanh mức từ 0,5 - 2% trên thành phần cấu tạo sản phẩm, song phụ gia chống tia UV lại là yếu tố không thể thiếu đối với sản phẩm nhựa. Điều này được lý giải bởi nhựa nguyên sinh rất nhạy cảm với ánh sáng mặt trời.

Bản chất nhựa nguyên sinh là các chuỗi polymer liên kết với nhau. Ở điều kiện nhiệt độ thông thường, các liên kết polymer vô cùng bền vững và kiên cố. Chính điều này đã tạo nên các đặc tính ưu việt của nhựa nguyên sinh như tính dẻo, tính linh hoạt, độ bền kéo,...

Tuy nhiên, dưới tác động của tia cực tím, bức xạ trong ánh sáng mặt trời và các tia UV, các chuỗi polymer nhanh chóng bị ảnh hưởng. Chúng sẽ hấp thụ năng lượng sóng có trong bức xạ mặt trời và tích lũy nhiệt nhanh chóng.

Nhiệt độ cao khiến các phân tử polymer chuyển động với tốc độ cực đại gây ra đứt gãy các liên kết, hình thành các gốc tự do (free radical). Các gốc tự do này sẽ hoạt động mạnh, gây ra phản ứng dây chuyền phân hủy cấu trúc polymer. Thậm chí, trong quá trình phản ứng này, chúng còn liên kết với các phân tử oxy làm gia tăng tốc độ và mức độ phân hủy.

Bên cạnh đó, bức xạ mặt trời là “kẻ thù” khiến vật liệu nhựa nhanh chóng biến đổi về màu sắc, thoái hóa các thành phần cấu tạo, lão hóa và suy giảm tính chất và độ bền sản phẩm.

3. Nguyên lý hoạt động của các phụ gia chống tia UV

3.1. UV Absorbers (Chất hấp thu năng lượng sóng UV)

Nhóm phụ gia này hoạt động bằng cách hấp thụ các năng lượng nhận được từ sóng của tia UV, và chuyển các năng lượng trên thành dạng nhiệt vô hại cho polymer. Qua đó ngăn chặn tình trạng hình thành các gốc tự do gây phân hủy polymer. 

3.2. Quenchers (Chất hấp thụ năng lượng nhiệt)

Đây là nhóm hoạt chất có tác dụng hấp thụ các năng lượng nhiệt, giúp polymer hạn chế quá trình tích tụ nhiệt, nhờ đó không đạt tới điểm cực hạn gây đứt gãy các liên kết polymer để giải phóng các gốc tự do. Qua đó ngăn chặn tình trạng các gốc tự do phá hủy polymer làm biến đổi tính chất và bề mặt nhựa. 

3.3. Free radical scavengers (Chất khóa hoạt tính của các gốc tự do)

Các yếu tố tác động từ môi trường như cơ học, nhiệt, sóng năng lượng (trong đó có sóng UV, hồng ngoại, …) và các chất có tính oxy hóa (oxy, peroxy, …) đều gây ra quá trình gãy mạch, và hình thành các gốc tư do không mong đợi cho polymer.

Do đó, 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.

3.4. Hydroperoxide decompose (Chất 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 này nhằm kìm hãm và vô hiệu hóa các hydroperoxide được xem là những chất kháng tia cực tím có hiệu quả. 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.

4. Ứng Dụng

4.1 Ngành sản xuất ô tô

Phụ gia chống tia UV được ứng dụng phổ biến trong sản xuất các chi tiết nội thất/ngoại thất bằng nhựa cho ô tô. Đây là những chi tiết thường xuyên phải tiếp xúc với ánh nắng mặt trời và các hiện tượng thời tiết khác trong một thời gian dài, do đó đòi hỏi các loại phụ gia chống tia UV để ngăn chặn hiện tượng phai màu và suy giảm các tính chất của sản phẩm.

4.2 Ngành Nông - Lâm - Ngư Nghiệp

Phụ gia chống tia UV còn được ứng dụng trong các vật dụng phục vụ nông nghiệp (như màng nhà kính, màng phủ nông nghiệp, ...) hay ngư nghiệp (như lưới đánh cá,...). Đặc biệt, ứng dụng phụ gia chống tia UV trong màng nông nghiệp không chỉ đảm bảo độ bền vững cho vật liệu mà còn hạn chế tác hại của bức xạ mặt trời tới hoa màu, đem lại hiệu quả kinh tế lớn cho bà con nông dân. 

4.3 Ngành sản xuất các vật liệu ngoài trời

Chất phụ gia nhựa chống tia UV cũng được ứng dụng trong vật liệu sợi và gỗ tự nhiên để ngăn chặn màu bị phai trong các sản phẩm ngoài trời: bạt che, ghế sân vận động, sản phẩm sân vườn, dây truyền tải điện, hộp đấu nối ngoài trời, màng phủ nông nghiệp, màng phủ nhà kính, …

4.4 Các ứng dụng khác

Ngoài ra, phụ gia chống tia UV còn được ứng dụng trong các ngành sản xuất màng film (cải thiện độ bền màu), đúc phun HDPE, băng keo HDPE, màng thổi LDPE hoặc LLDPE, kéo sợi PP, băng keo PP, ...để hạn chế tác hại của bức xạ mặt trời tới sản phẩm. Qua đó nâng cao tuổi thọ và giá trị sản phẩm. 

Ngoài ra, phụ gia chống tia UV còn được ứng dụng trong các ngành sản xuất màng film (cải thiện độ bền màu), đúc phun HDPE, băng keo HDPE, màng thổi LDPE hoặc LLDPE, kéo sợi PP, băng keo PP, ...để hạn chế tác hại của bức xạ mặt trời tới sản phẩm. Qua đó nâng cao tuổi thọ và giá trị sản phẩm.