АНАЛІЗ СУЧАСНИХ ПІДХОДІВ ДО ПІДВИЩЕННЯ АТМОСФЕРОСТІЙКОСТІ ПОЛІМЕРНИХ КОМПОЗИТІВ ДЕКОРАТИВНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ
DOI:
https://doi.org/10.30857/2786-5371.2026.4.4Ключові слова:
полімерні композити, атмосферне старіння, фотодеструкція, термоокиснювальна деградація, світлостабілізатори, антиоксиданти, полімерні покриття, наномодифікатори, атмосферостійкість, довговічністьАнотація
Мета. Визначення найбільш ефективних підходів до підвищення атмосферостійкості, збереження експлуатаційних властивостей і довговічності композитних матеріалів декоративного призначення.
Методика. Дослідження базується на комплексному аналізі науково-технічної літератури щодо атмосферного старіння полімерних композитів унаслідок їх фотоокиснювальної, термоокиснювальної, гідролітичної та біологічної деградації, а також сучасних способів стабілізації та захисту. Використано методи порівняльного аналізу для оцінювання ефективності світлостабілізаторів, антиоксидантів, полімерних покриттів і нанорозмірних модифікаторів.
Результати. Проаналізовано основні фактори деградації полімерних композитів під впливом різних чинників зовнішнього середовища. Встановлено, що найбільшого поширення для підвищення довговічності полімерних композитів набули світлостабілізатори, антиоксиданти, захисні полімерні покриття та нанорозмірні модифікатори. Визначено, що найкращі результати забезпечують комплексні системи захисту, що дозволяють одночасно протидіяти фотоокиснювальній, термоокиснювальній та вологоіндукованій деградації композитів.
Наукова новизна. Узагальнено та систематизовано сучасні підходи до захисту полімерних композитів від дії зовнішніх факторів з урахуванням механізмів деградації матеріалів. Показано взаємозв'язок між характером деструктивних процесів і ефективністю різних методів стабілізації. Обґрунтовано доцільність застосування комплексних багатокомпонентних систем захисту для підвищення атмосферостійкості полімерних композитів декоративного призначення.
Практична значимість. Отримані результати можуть бути використані під час розроблення атмосферостійких полімерних композитів декоративного призначення, призначених для експлуатації у зовнішньому середовищі.
Завантаження
Посилання
Nzimande M. C., Mtibe A., Tichapondwa S., John M. J. A Review of Weathering Studies in Plastics and Biocomposites: Effects on Mechanical Properties and Emissions of Volatile Organic Compounds (VOCs). Polymers. 2024. Vol. 16, No. 8. Art. 1103. DOI: https://doi.org/10.3390/polym16081103.
Harle S. M., Chitkeshwar A. Durability and Long-Term Performance of Fiber Reinforced Polymer (FRP) Composites: A Review. Structures. 2024. Vol. 60. Art. 105881. DOI: https://doi.org/10.1016/j.istruc.2024.105881.
Mušič B., Sever Škapin A. Degradation and Stabilization of Polymer Materials. Polymers. 2023. Vol. 15, No. 23. Art. 4519. DOI: https://doi.org/10.3390/polym15234519.
Zhang X., Yin Z., Xiang S. et al. Degradation of Polymer Materials in the Environment and Its Impact on the Health of Experimental Animals: A Review. Polymers. 2024. Vol. 16, No. 19. Art. 2807. DOI: https://doi.org/10.3390/polym16192807.
El-Hiti G. A., Ahmed D. S., Yousif E. et al. Modifications of Polymers through the Addition of Ultraviolet Absorbers to Reduce the Aging Effect of Accelerated and Natural Irradiation. Polymers. 2022. Vol. 14, No. 1. Art. 20. DOI: https://doi.org/10.3390/polym14010020.
Gijsman P., Fiorio R. Long Term Thermo-Oxidative Degradation and Stabilization of Polypropylene (PP) and the Implications for Its Recyclability. Polymer Degradation and Stability. 2023. Vol. 208. Art. 110260. DOI: https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2023.110260.
Gijsman P., Hensen G., Mak M. Thermal Initiation of the Oxidation of Thermoplastic Polymers (Polyamides, Polyesters and UHMwPE). Polymer Degradation and Stability. 2021. Vol. 183. Art. 109452. DOI: https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2020.109452.
Xu B., van den Hurk B., Liu T. et al. Effect of UV-Water Weathering on the Mechanical Properties of Flax-Fiber-Reinforced Polymer Composites. Polymer Composites. 2024. DOI: https://doi.org/10.1002/pc.28057.
Gijsman P. A Review on the Mechanism of Action and Applicability of Hindered Amine Stabilizers. Polymer Degradation and Stability. 2017. Vol. 145. P. 2–10. DOI: https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2017.05.012.
Gijsman P. Polymer Stabilization. Applied Plastics Engineering Handbook: Processing, Sustainability, Materials, and Applications. 3rd ed. Elsevier, 2023. P. 499–526. DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-323-88667-3.00027-8.
Younis A. B., Haddad Y., Košarišťanová L., Šmerková K. Titanium Dioxide Nanoparticles: Recent Progress in Antimicrobial Applications. WIREs Nanomedicine and Nanobiotechnology. 2023. Vol. 15, No. 3. Art. e1860. DOI: https://doi.org/10.1002/wnan.1860.
Kovinchuk I., Haiuk N., Lazzara G., Cavallaro G., Sokolsky G. Enhanced Photocatalytic Degradation of PE Film by Anatase/γ-MnO₂. Polymer Degradation and Stability. 2023. Vol. 210. Art. 110295. DOI: https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2023.110295.
Rathore C., Yadav V. K. et al. Microbial Synthesis of Titanium Dioxide Nanoparticles and Their Importance in Wastewater Treatment and Antimicrobial Activities: A Review. Frontiers in Microbiology. 2023. Vol. 14. Art. 1270245. DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2023.1270245.
Tian S. Recent Advances in Functional Polyurethane and Its Application in Leather Manufacture: A Review. Polymers. 2020. Vol. 12, No. 9. Art. 1996. DOI: https://doi.org/10.3390/polym12091996.
Mehravar S., Ballard N., Tomovska R., Asua J. M. Polyurethane/Acrylic Hybrid Waterborne Dispersions: Synthesis, Properties and Applications. Industrial & Engineering Chemistry Research. 2019. Vol. 58, No. 46. P. 20902–20922. DOI: https://doi.org/10.1021/acs.iecr.9b02324.
Wang C., Wu J., Li L., Mu C., Lin W. A Facile Preparation of a Novel Non-Leaching Antimicrobial Waterborne Polyurethane Leather Coating Functionalized by Quaternary Phosphonium Salt. Journal of Leather Science and Engineering. 2020. Vol. 2. Art. 2. DOI: https://doi.org/10.1186/s42825-019-0014-8.
Ouchi M., Katsumata R., Sato E., Tanaka K. Special Issue: Polymer Degradation for a Sustainable Future. Polymer Journal. 2024. Vol. 56, No. 4. P. 221. DOI: https://doi.org/10.1038/s41428-023-00882-6.
Karekar A., Schicktanz C., Tariq M. et al. Effects of Artificial Weathering in NR/SBR Elastomer Blends. Polymer Degradation and Stability. 2023. Vol. 208. Art. 110267.
Real L. E. P. Weathering of Polymers and Plastic Materials. Cham: Springer Nature Switzerland, 2023. 152 p. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-031-33285-2.
Wei L., Cappellazzi J., Manning M., McDonald A. G., Foster S., Morrell J. J. Long-Term Outdoor Weathering Evaluation of Wood Plastic Composites. European Journal of Wood and Wood Products. 2022. Vol. 80, No. 1. P. 23–34. DOI: https://doi.org/10.1007/s00107-021-01762-7.
Widiastuti I., Prananda R., Putra J. A., Ananda D. R., Estriyanto Y. Optimizing the Water Absorption Behaviour and Natural Weathering Resistance of Compatibilized Ironwood-Based Recycled Polypropylene Composites. Composites Part C: Open Access. 2023. Vol. 12. Art. 100423. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jcomc.2023.100423.
Siddiqui M. N., Redhwi H. H., Andrady A. L., Furquan S. A., Hussain S. Effect of Extensive Solar Ultra-Violet Irradiation on the Durability of High-Density Polyethylene- and Polypropylene-Based Wood–Plastic Composites. Polymers. 2025. Vol. 17, No. 1. Art. 74. DOI: https://doi.org/10.3390/polym17010074.
Vasiljevs L. O., Zabarovska R., Gulevska E. et al. Changes in Wood Plastic Composite Properties after Natural Weathering and Potential Microplastic Formation. Forests. 2024. Vol. 15, No. 12. Art. 2102. DOI: https://doi.org/10.3390/f15122102.
Wu Y.-H., Chao W.-C., Yang T.-H. et al. Surface, Physicomechanical, and Chemical Properties of Wood/Polypropylene Composites from Various Formulations after Accelerated Weathering. BioResources. 2023. Vol. 18, No. 3. P. 6348–6363. DOI: https://doi.org/10.15376/biores.18.3.6348-6363.
Yorseng K., Rangappa S. M., Parameswaranpillai J., Siengchin S. Influence of Accelerated Weathering on the Mechanical, Fracture Morphology, Thermal Stability, Contact Angle, and Water Absorption Properties of Natural Fiber Fabric-Based Epoxy Hybrid Composites. Polymers. 2020. Vol. 12, No. 10. Art. 2254. DOI: https://doi.org/10.3390/polym12102254.
Brostow W., Lu X., Gencel O., Osmanson A. T. Effects of UV Stabilizers on Polypropylene Outdoors. Materials. 2020. Vol. 13, No. 7. Art. 1626. DOI: https://doi.org/10.3390/ma13071626.
Mayer J., Steinbrecher R., Metzsch-Zilligen E., Pfaendner R. Antioxidant Activity of Biogenic Cinnamic Acid Derivatives in Polypropylene. Polymers. 2023. Vol. 15, No. 17. Art. 3621. DOI: https://doi.org/10.3390/polym15173621.
Patil R. S., Thomas J., Patil M., John J. To Shed Light on the UV Curable Coating Technology: Current State of the Art and Perspectives. Journal of Composites Science. 2023. Vol. 7, No. 12. Art. 513. DOI: https://doi.org/10.3390/jcs7120513.
Petrova L. et al. Improvement of Textile Materials Processing Techniques by Applying Aqueous Dispersions of Polymers. Coatings. 2023. Vol. 13, No. 2. Art. 462. DOI: https://doi.org/10.3390/coatings13020462.
Engels H.-W. et al. Polyurethanes: Versatile Materials and Sustainable Problem Solvers for Today’s Challenges. Angewandte Chemie International Edition. 2013. Vol. 52, No. 36. P. 9422–9441. DOI: https://doi.org/10.1002/anie.201302766.
Avar G., Meier-Westhues U., Casselmann H., Achten D. Polyurethanes. Polymer Science: A Comprehensive Reference. 2012. Vol. 10. P. 411–441.
Winter C., Schultz M. E. R., Gutterres M. Evaluation of Polymer Resins and Films Formed by Leather Finishing. Latin American Applied Research. 2015. Vol. 45, No. 4. P. 213–217.
Плаван В. П., Іщенко О. В., Тарасенко Н. В., Будаш Ю. О., Колодій А. І. Застосування наповнених дисперсій водорозчинних полімерів для функціоналізації волокнистих матеріалів. Технології та інжиніринг. 2023. № 1(12). С. 73–85. DOI: https://doi.org/10.30857/2786-5371.2023.1.7.
Urban D., Takamura K. Applications in the Leather Industry. Polymer Dispersions and Their Industrial Applications. Weinheim: Wiley-VCH, 2002. DOI: https://doi.org/10.1002/3527600582.ch11.
Kukanja D., Golob J., Zupancic-Valant A., Krajnc M. The Structure and Properties of Acrylic-Polyurethane Hybrid Emulsions and Comparison with Physical Blends. Journal of Applied Polymer Science. 2000. Vol. 78, No. 1. P. 67–80.
Cheaburu C., Yilmaz O. On the Preparation of Polyacrylic Binder via Mini-Emulsion Polymerization for Leather Performance Coatings. Eskişehir Technical University Journal of Science and Technology A: Applied Sciences and Engineering. 2020. DOI: https://doi.org/10.18038/estubtda.675206.
Guo F., Aryana S., Han Y., Jiao Y. A Review of the Synthesis and Applications of Polymer–Nanoclay Composites. Applied Sciences. 2018. Vol. 8, No. 9. Art. 1696. DOI: https://doi.org/10.3390/app8091696.
Kausar A., Ahmad I., Aldaghri O. et al. Cutting-Edge Green Nanoclay Nanocomposites: Fundamentals and Technological Opportunities for Packaging, Dye Removal, and Biomedical Sectors. Nanocomposites. 2024. Vol. 10, No. 1. P. 159–183. DOI: https://doi.org/10.1080/20550324.2024.2336356.
Zhong B., Tang Y. Q., Chen Y. L. et al. Improvement of UV Aging Resistance of PBAT Composites with Silica-Immobilized UV Absorber Prepared by a Facile Method. Polymer Degradation and Stability. 2023. Vol. 211. Art. 110337. DOI: https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2023.110337.
Mendes A. O., Costa V. L. D., Vieira J. C. et al. UV-Accelerated Aging of PLA and PP-Based Biocomposites: A Spectral and Colorimetric Study. Journal of Composites Science. 2025. Vol. 9, No. 7. Art. 317. DOI: https://doi.org/10.3390/jcs9070317.
Krauklis A. E., Karl C. W., Rocha I. B. C. M., Burlakovs J., Ozola-Davidane R., Gagani A. I., Starkova O. Modelling of Environmental Ageing of Polymers and Polymer Composites: Modular and Multiscale Methods. Polymers. 2022. Vol. 14, No. 1. Art. 216. DOI: https://doi.org/10.3390/polym14010216.
