Несмотря на строгий отбор полимеров и добавок, а также тщательную обработку, компаунды пластмасс или каучуков могут быть недостаточно белыми.

Для того, чтобы улучшить их белизну и привлекательный внешний вид, можно использовать белые и придающие непрозрачность наполнители (среди которых наиболее часто используемым является двуокись титана), и осветлители, которые поглощают ультрафиолетовое излучение и отражают его в виде видимых лучей, делая компаунд ярче и придавая ему несколько иной оттенок, часто синеватый. Кроме того, можно оптимизировать соотношение блеска и матовости для повышения сенсорного воздействия. Разумеется, полученная приятная белизна должна сохраняться на протяжении всего срока эксплуатации благодаря соответствующей системе защиты. Воздействие атмосферных явлений является, возможно, самым серьезным фактором, вызывающим старение, но тепло, неоновый свет и загрязнения, такие как металлы переходной валентности, распространение микробов и прочие параметры, также должны приниматься во внимание.

Почему следует использовать белые наполнители?
Тщательно выбранные белые неорганические наполнители могут существенно изменить оптическое поведение полимеров за счет их кроющей способности благодаря рассеиванию света.
Коэффициенты преломления обычных неорганических наполнителей находятся в диапазоне от 1.65 до 2.76, как можно видеть из таблицы 1, в то время как коэффициенты преломления термопластов находятся в диапазоне от 1.35 до 1.77. В зависимости от используемых полимеров и наполнителей, в таблице 2 даны различия в коэффициентах преломления каждого из полимеров и диоксида титана или каолина. Различия могут варьироваться от отрицательного значения до 1.4, что в результате дает самые различные значения эффективности.

Таблица 1: Коэффициенты преломления некоторых белых неорганических наполнителей

Таблица 2: Коэффициенты преломления nD полимеров и отличия от nD TiO2 и каолина.

Чем больше различие между коэффициентами преломления белого наполнителя и полимерной матрицы, тем выше значение рассеивания света и тем больше кроющая способность наполнителей. На приведенном ниже графике показана кроющая способность некоторых наполнителей в зависимости от различия в коэффициентах преломления используемого полимера и наполнителя.

Рисунок 1: Кроющая способность в зависимости от различия в коэффициентах преломления.

Среди различных возможных красителей, сульфид цинка, литопон, оксид цинка и т. д., являются наиболее привлекательными для создания уникального баланса оптических, технических и экологических свойств.

Двуокись титана: усовершенствованный первоклассный белый краситель с благоприятными побочными воздействиями
Отдельные разновидности двуокиси титана (TiO₂) благодаря их эффективности широко используются для рассеивания лучей света видимой части спектра, получения белизны, яркости и высокой непрозрачности пластмасс и каучуков. Кроме того, двуокись титана поглощает энергию ультрафиолетового излучения, что может дать существенное улучшение устойчивости к воздействию атмосферных явлений и долговечности продуктов из полимеров.
Для достижения этих целей предназначены специальные фотостабильные марки двуокиси титана, которые имеют более или менее сложные структурные схемы. На представленном ниже рисунке 'TiO₂-структура красителя' в схематическом виде показана усовершенствованная форма с:
- Ядром из двуокиси титана, которое может отличаться кристаллической формой, анатаза или рутила и частиц подмикронного размера. Анатаз чаще используется в каучуковых смесях, а рутил в пластмассовых компаундах. Коэффициенты преломления у них разные: 2.55 и 2.76 соответственно.
- Слоем кремния для предотвращения возможного фотокаталитического действия двуокиси титана при использовании вне помещения.
- Слоем алюминия для предотвращения образования хлопьев в пластизолях или жидких красителях, повышения текучести и облегчения высушивания.
- Обработкой поверхности органическим веществом для того, чтобы сделать краситель реактивным, гидрофобным, гидрофильным или амфифильным (любящим и воду и масла). Здесь могут использоваться стеараты или силаны.

Рисунок 2: TiO₂-структура красителя.

Двуокись титана также реализуется на рынке в виде маточных смесей, которые дают хорошую дисперсию в пластмассах без неблагоприятного воздействия на реологические свойства полимера. Это очень существенно, поскольку при отсутствии надлежащей дисперсии двуокись титана утрачивает свои оптические и механические свойства. Существует большое количество вариантов в зависимости от процентного содержания двуокиси титана, тона (синеватый, фиолетовый и т. д.), а также конечного применения и технологии обработки.
На приведенной ниже схеме 'Двуокись титана' суммируются основные эксплуатационные характеристики, свойства и области применения порошков и маточных смесей.

Рисунок 3: Характеристики, свойства и области применения двуокиси титана.

Среди параметров, которые оказывают влияние на оптические свойства двуокиси титана, в особенности, на рассеивающую способность, особое значение имеет размер частиц. Для подмикронных марок рассеивающая способность является оптимальной при среднем размере частиц, как можно видеть из приводимого ниже графика ' Рассеивающая способность в зависимости от размера частиц', относящегося к свойствам термопласта с рутиловой маркой. Оттенок также является функцией от размера частиц TiO2.

Рисунок 4: Рассеивающая способность в зависимости от размера частиц.

Почему следует использовать вещества для флуоресцентного осветления или оптические осветлители
Вещества для флуоресцентного осветления, также называемые оптические осветлители, действуют за счет флуоресцентного механизма, который поглощает световые лучи ультрафиолетовой части спектра и излучает лучи синей части видимого спектра для получения большей яркости и более свежего внешнего вида. На приведенной ниже диаграмме 'Механизм флуоресцентного осветления' показан этот принцип за счет сопоставления световых спектров материала с веществами флуоресцентного осветления (FWA) и контрольного вещества без FWA. Невидимые ультрафиолетовые лучи (в левой части каждого спектра) поглощаются, и излучаются в виде синих лучей, если материал содержит FWA.

Рисунок 5: Механизм флуоресцентного осветления.

Обогащение синей части спектра меняет оптические свойства и повышает привлекательность внешнего вида. На приведенной ниже схеме 'Оптические осветлители' в общем виде показаны основные эксплуатационные характеристики, свойства и области применения осветлителей, в чистом виде или в составе маточных смесей.

Рисунок 6: Оптические осветлители.

Оптические осветлители представляют собой сложные органические молекулы, часто на основе бис-бензоксазола или бифенила, например:
2,2'-(2,5-тиофенедиил)бис(5-терт-бутилбензоксазол),
4,4'-бис(2-метоксистирил)-1,1'-бифенил,
4,4'-бис(бензоксазол-2-ил)стильбен.
Оптические осветлители используются в виде порошков, маточных смесей или эмульсий. Они также могут реализовываться на рынке в составе синергических комплексов, таких как: IRGANOX B 900, IRGANOX HP 2921, IRGAFOS XP 60 и т. д.

Почему следует использовать светостабилизаторы?
Пластмассы стали важными материалами, используемыми практически в каждой сфере современной жизни. Последние достижения в области производства и обработки пластмасс позволили создать еще большее количество применений, в которых пластмассы заменили другие материалы, такие как: стекло, металл, бумагу и дерево. Подобно большинству других органических материалов, термопласты и каучуки обычно быстро подвергаются старению под воздействием света, что ведет к утрате оптических свойств, пожелтению, утрате окраски, блеска и т. д. Наряду с антиоксидантами и термостабилизаторами, стабилизаторы ультрафиолетового излучения и светостабилизаторы специально предназначены для того, чтобы компенсировать деградацию под воздействием света и возникающее снижение качества материала. Обычно они относятся к двум семействам:
- стабилизаторы из стерически затрудненных аминов или светостабилизаторы из стерически затрудненных аминов или (HALS), которые препятствуют окислению, возникающему под воздействием световых и ультрафиолетовых лучей;
- поглотители ультрафиолетовых лучей, такие, как некоторые наполнители или органические продукты, которые преграждают путь ультрафиолетовым лучам на поверхности полимерной детали. Часто называются, например, двуокись титана, бензотриазол, бензофенон и гидроксифенилтрацин. Использованию никелевых гасителей люминесценции препятствует их зеленая окраска, а также то, что содержащийся в них никель классифицируется как тяжелый металл.
Оба типа и их смеси продлевают срок эксплуатации продуктов, получаемых формованием и экструзией, при воздействии солнечного света, и обеспечивают параметры устойчивости к воздействию атмосферных явлений формованных деталей для наружных применений, автомобильных деталей, оросительных трубопроводов, баков, изготовленных центробежным формованием, садовой мебели и т. д.
R. P. Grossman называет также основания ДНК в качестве ультрафиолетовых стабилизаторов, и сопоставляет некоторые из них с HALS и поглотителями ультрафиолетового излучения как с веществами, препятствующими ультрафиолетовым лучам, в ПВХ. В Таблице 3 сравниваются основания ДНК с традиционными добавками, чтобы показать их применимость и синергический эффект от бинарных смесей.

Таблица 3: Примеры исходных оптических свойств белых компаундов на основе TiO2.

Повышение оптических свойств для привлекательных белых продуктов создает баланс блеска и матовости. На приведенном ниже рисунке 'Баланс блеска и матовости' перечислены некоторые пути получения блестящего или матового внешнего вида.
 

Рисунок 7: Баланс блеска и матовости.

Температура обработки является очень важным параметром: чем горячее поверхность формы, тем лучше расплав может воспроизводить текстуру поверхности гнезда.
Некоторыми патентованными матирующими веществами являются, например:
- Acemat® OP 278, coполимер, созданный из мономерных структурных элементов метилметакрилата (MMA), стирола (S) и бутилакрилата (BA), дает матирующие частицы (BA, S), встроенные в матрицу PMMA. Он существенно снижает остаточный блеск каландрированной пленки или экструзионно-раздувной пленки, из мягкого и жесткого PVC, полистирола, ABS, SAN или полиуретана.
- STRUKTOL® V-MAT G, смесь добавок и алифатических смол со светлой окраской с молекулярной массой ниже 2000, высоко эффективная для придания матовости и текстуры жесткому PVC.
- 'Tospearl', уникальная силиконовая смола с твердыми частицами, которая производится TOSIL (дочерняя компания GE Silicone), может использоваться как матирующее вещество без всякого воздействия на размыкание формы.
- Orgasol®, сверх тонкие порошки полиамида с пористой структурой и небольшим распределением размера частиц, реализуются на рынке Atofina в качестве нетиксотропных матирующих веществ.
- Vinnolit C 100 V, P 90, C 65 V и C 66 W представляют собой PVC с высокой молекулярной массой, которые действуют как матирующие вещества при смешивании с пластизольными PVC.
- Acryperl® 100 (Dow), состоящий из сшитого coполимера, содержащего акриловые мономеры, является матирующим веществом для PVC.

Наряду с тщательным отбором полимеров и добавок, и точной технологической обработкой, компаунд можно сделать более ярким и более белым с помощью белых наполнителей и оптических осветлителей, которые поглощают ультрафиолетовое излучение и отражают его в видимой части спектра. Фотостабильные марки двуокиси титана являются первоклассными белыми наполнителями, которые сочетают способность придавать белизну и непрозрачность, а также способность поглощать ультрафиолетовые лучи. Прекрасный привлекательный внешний вид можно получить за счет оптимизации гармоничного баланса параметров матовости и глянцевости. Разумеется, полученная приятная белизна должна сохраняться на протяжении всего срока эксплуатации благодаря соответствующим светостабилизаторам и другим средствам защиты.

Майкл БАЙРОН
http://www.specialchem4polymers.com