Inhibition of antioxidant migration in polyolefin materials

Abstract

Työn tarkoituksena oli hidastaa polyolefiinimateriaaleja stabiloivien antioksidanttien migratoitumista lisäämällä matriisiin funktionaalisia polyolefiineja (kompatibilisaattoreita) tai täyteaineita matriisin ja antioksidanttien välisen adheesion parantamiseksi.

Kirjallisuusosassa perehdyttiin erilaisten antioksidanttien toimintaperiaatteisiin polyolefiinien stabiloinnissa ja selvitettiin tekijöitä, jotka vaikuttavat antioksidanttien migratoitumiseen eli molekyylien kulkuun kappaleen sisältä kohti pintaa ja siitä pois. Materiaalia ympäröivän väliaineen merkitys migratoitumisen edistäjänä on suuri, ja koska polyolefiineja käytetään paljon sovelluksissa, jotka ovat kosketuksessa ihmisen tai elintarvikkeiden kanssa, on tärkeää minimoida aineiden migratoituminen. Polyolefiinien pitkäaikaisissa hajoamismekanismeissa hapettumisella on suurin merkitys, joten estämällä antioksidanttien migratoituminen on mahdollista kasvattaa materiaalin elinikää huomattavasti.

Migratoitumista voidaan estää sitomalla monomeeriset antioksidantit suoraan polymeeriketjuun kopolymeroimalla tai oksastamalla. Tässä työssä kuitenkin keskityttiin antioksidantin ja polymeeriketjun välisen yhteensopivuuden parantamiseen lisäämällä seokseen näitä yhdistävä tekijä. Tavoitteena oli saada täyteaine ja kompatibilisaattorien funktionaaliset ryhmät jakautumaan tasaisesti matriisiin. Tällöin antioksidantit todennäköisesti hakeutuisivat näiden funktionaalisten ryhmien läheisyyteen, mikä vähentäisi antioksidanttien migratoitumistarvetta. Lisäksi täyteainepartikkelit saattavat kasvattaa molekyylien migratoitumismatkaa.

Työssä käytettiin matriiseina stabiloitua MDPE:ä ja stabiloimatonta HDPE: ä, johon lisättiin 0,5 p- % antioksidanttia (Irganox 1076). Matriiseista valmistettiin seokset, joissa niihin lisättiin erilaisia kompatibilisaattoreita tai täyteaineita, joilla olisi mahdollisuus vuorovaikuttaa käytettyjen antioksidanttien kanssa. Näytekappaleita uutettiin vedessä (T=115°C) ja mitattiin ajan funktiona näytteen hapettumiskestävyyttä eli tehokkaan antioksidantin määrää näytteessä (OIT-menetelmä).

Stabiloidulla MDPE:llä saatiin hapettumiskestävyyttä pitkällä aikavälillä parannettua huomattavasti monilla eri aineilla, mutta parhaimmat tulokset saatiin käyttämällä kerroksellista silikaattia. Silikaatilla antioksidanttien tehokkuus laskee alussa rajusti jo ennen vesiuuttoa, mutta pysyy tämän jälkeen uutettaessa suhteellisen vakiona. Tämä antaa viitteitä antioksidanttien sitoutumisesta täyteaineeseen, mikä samalla vähentää selvästi niiden migratoitumista. HDPE:hen lisätyn antioksidantin migratoitumistaipuvuus on suhteellisen pieni, mikä näkyy antioksidanttitehokkuuden hitaampana laskuna. Tämänkin hapettumiskestävyyttä saatiin kuitenkin parannettua selvästi, kun seokseen lisättiin akryylihapolla oksastettua polyeteeniä yhdistäväksi tekijäksi.