자외선 안정제에 대하여..

빛과 산소는 플라스틱 내에서 degradation 반응을 일으키며, 이는 눈으로 확인될 뿐만 아니라 기계적, 물리적 물성의 저하를 일으킨다. Light Stabilizer는 빛에 의해 야기되는 물리, 화학적 degradation을 방지할 수 있는 화학물질이EK......

 

 

     1. 자외선 안정제란?

플라스틱, 고무 등 고분자 화합물은 열 뿐만 아니라 빛에 의해서도 분해되어 노화가 일어난다.  특히 태양광선중 290~400nm에 해당하는 자외선은 강력한 에너지를 가지고 있어 플라스틱의 변색, 표면 갈라짐. 기계적 물성저하 등. 플라스틱 노화의 주요인으로 작용한다.
자외선 안정제는 태양광선 중 자외선을 선택적으로 흡수하여 열 에너지로 바꾸거나 자외선으로부터 분해되어 생성된 자유라디칼을 소멸시킴으로서 자외선으로부터 플라스틱이 분해되는것을 미연에 방지해 주는 역할을 수행한다.

2. 자외선 안정제 종류

자외선 안정제는 작용기능별로 자외선 흡수제, Quenchers, Radical Scavenger로 나누며 전자는 물리적 작용에 의해 후자 두가지 형태는 화학적 작용에 의해 플라스틱,고무등 고분자물질을 자외선으로부터 보호한다. 화학 구조별로는 Benzophenone계. Benzotriazole계. OrganoNickel계 HALS(Hindered Amine Light Stabilizer)계로 구분한다.

3. 종류별 기능

1) 자외선 흡수제
자외선 흡수제는 자외선을 선택적으로 흡수하여 플라스틱의 무해한 열에너지로 변화시키는역할을 한다.
화학 구조로는 Benzophenone계와 Benzotriazole계가 대표적인 UV흡수제로 사용된다.
Benzotriazole계는 Benzophenone계 자외선 흡수제보다 흡수파장범위가 넓고 흡수정도가 더커서 성능면에서는 우수하나 가격이 비싼 단점이 있다.
자외선흡수제는 효과적으로 그 기능을 발휘하려면 어느정도 두께가 필요하기 때문에 필름이나 섬유등 얇은 제품의 용도에는 다소 사용이 제한적이며 두꺼운 사출물이나 압출물등에 주로 사용된다.

2) Quenchers
Quenchers는 자외선에 의해 활성화된 분자와 상호작용하여 과량의 에너지를 형광,인광또는열로 방출하므로서 광안정화 역할을 한다.
유기니켈화합물이 주류를 이루고 있으며 주로 폴리올레핀에 사용된다.
필름과 섬유등 두께가 얇은제품에도 효과가 있다.
일반적으로 자외선흡수제와 함께 사용하면 상승효과가 있다.

3) Radical Scavenger
최근에 개발된 광안정제로 HALS(Hindered Amine Light Stabilizer)로 통칭되고 있다.
자외선으로부터 광분해되어 생성된 자유라디칼을 소멸시키므로서 연쇄적인 광산화반응을 정지시키는 역할을 한다
HALS는 흡수제와는 달리 필름등과같은 얇은 단면의 제품에 효과가 크다.
대표적인 제품으로는 75년 Ciba-Geigy에서 개발한 Tinuvin 770과 Chimassorb 944가 있으며 LG화학에서도 Hisorb 770으로 판매되고 있다.

  

자외선과플라스틱분해

 

태양광선은 파장에 따라 크게 자외선(200∼400nm, 6.1%), 가시광선(400∼800nm, 51.8%)적외선(800nm∼1mm, 42.1%)으로 나눈다.
이 중 자외선은 UVA(320∼400nm) UVB(290∼320nm) UVC(200∼280nm)로 구분한다.
UVC는  파장이 가장 짧은 단 파장의 자외선으로 피부암 유발등 인체의 피부에 치명적인 손상을 입히며 플라스틱, 고무 등 고분자물질의 분자를 파괴할 정도로 강력하다.
다행히 UVC는 지상 20∼25km에 존재하는 오존층에서 대부분 흡수되기 때문에 지표면에 도달하는 양은 거의 없다.
최근 냉동기 등의 냉매로 사용되는 유기 불소화합물(프레온가스 등)로부터 성층권의 오존층이 파괴되어 가고 있는 점에 심각한 우려를 하고 있는 것도 UVC가 오존층에 흡수되지 못하고 지표면에 도달하는 양이 점점 많아지는데 기인한다.
한편 UVA와UVB는 지표면에 도달하여 기미, 주근깨 생성, 피부염 유발, 일광화상 등을 일으키는 주요인이 되는가 하면, 플라스틱, 고무 등 고분자화합물에는 변색, 표면 갈라짐 기계적 물성 저하 등을 초래하는등 우리들의 일상 생활에 여러 가지 피해를 주고 있다.
대부분의 고분자화합물은 분자구조내 분해하기쉬운 불포화탄소-탄소,탄소-산소결합 또는 3차 탄소원자를 가지고 있다.
이러한 부분은 반응성이 커서 자외선에 노출이될 때 쉽게 분해되어 자유라디칼을 생성하며 이것은 즉시 고분자내 다른분자를 연쇄적으로 공격, 이른바 연쇄반응을 진행시키므로서 고분자 고유물성을 크게 약화 시킨다.
각종 플라스틱에 대한 광분해 파장영역은 서로 다르며 프라스틱종류별 광분해영역을 다음표에 정리하였다.
플라스틱 종류              광분해 파장(nm)
폴리에스테르              325
폴리스티렌(PS)            301 - 325
폴리에틸렌(PE)            300 - 310, 340
폴리프로피렌(PP)          290 - 300, 330, 370
폴리비닐크로라이드(PVC)  320, 330, 370
폴리아마이드(PA)          360 - 370
폴리카보네이트(PC)        280 - 310, 330 - 360
폴리우레탄(PU)            350 - 415
ABS                      300 -310, 370 - 385
자외선으로부터 플라스틱의 광분해를 방지하기위해 플라스틱에 자외선안정제를 첨가하므로서 이문제를 해결하고 있다.
자외선안정제는 플라스틱표면에 도달하는 자외선을 먼저 흡수 하므로서 자외선을 차단하는예방적기능과 광분해로 이미형성된자유라디칼이 연쇄반응을 일으키지않도록 자유라디칼의 반응성을 소멸시키는 치료적기능등 두가지의 기능을 수행한다.
예방적기능의 첨가제를 자외선흡수제 또는 자외선차단제 라고도 하며 치료적기능의 첨가제를 자외전안정제 또는 광안정제라 지칭하기도하지만 일반적으로 기능을 구분하지않고 자외선 안정제로 총칭하고있다.