HALS - Chất kháng tia cực tím cho nhựa

1.. HALS là gì
Chất kháng tia cực tím HALS (Hindered Amine Light Stabilizer) là thành phần chất giúp phần lớn các polymer kháng được tốt hơn tác động có hại của tia cực tím và cả ô-zôn (ozone). HALS không phải là chất hấp thu tia cực tím, nhưng nó được tính năng đó là nhờ vào việc ngăn chặn kịp thời các gốc tự do (chủ yếu ra alkyl radical-R* và Alkyl peroxide radical-ROO*)
Về mặt công thức cấu tạo thì HALS là tên gọi chung cho các dẫn suất từ các hợp chất có chứa nhóm  tetramethylpiperidine.

Theo thời gian phát triển người ta thay thế nguyên tử H đính trên N bằng những nhóm khác nhau (như alkyl,-OR,...) để tìm kiếm những công dụng phù hợp cho những ứng dụng mới, nên ta ký hiệu HALS như hình đại diện sau:

2.. Cơ chế hoạt động và vòng chuyển hoá Denisov
Có thể mô tả ngắn ngọn về cơ chế dập gốc tự do của HALS như sơ đồ vòng chuyển hoá Denisov sau:

Bước đầu, dưới tác dụng của ánh sáng HALS tương tác với oxy sẽ chuyển sang cấu trúc có chứa gốc tự do Nitroxyl {=N-O*}. Gốc tự do Nitroxyl được gọi là gốc hoạt động trung tâm, hợp chấn này có khả năng phản ứng với gốc tự do R* và hình thành hợp chất Aminoether (=N-O-R). Hợp chất Aminoether lại có khả năng phản ứng với gốc tự do Alkyl peroxide (ROO*), để tạo trở lại gốc hoạt động trung tâm (gốc tự do Nitroxyl). 

Vòng tròn khép kín của sự chuyển hoá giữa gốc tự do Nitroxyl với Aminoether khi tương tác với các gốc tự do, ta gọi là vòng tròn Denisov ( do Evguenii T. Denisov đã trình bày về cơ chế của phức hệ trên).

Việc chuyển hoá khép kín trên cho thấy HALS có khả năng dập dược nhiều gốc tự do mà không hề bị mất mát, đó chính là lý do HALS trở nên có tác dụng bền bỉ trong thời gian dài sử dụng.

Từ vòng chuyển hoá Denisov, ngày nay người ta bổ sung một cách đầy đủ hơn về hoạt động của HALS như hình bên dưới

Và một số công trình còn đưa ra những minh chứng về khả năng phản ứng của HALS với cả cá Alkylperoxide (ROOH, ROOR')

Như vậy có thể nói HALS có khả năng vô hiệu hoá được các gốc: R*; ROO*; ROOR. Từ đó người ta cũng thấy nó có nguyên lý hoạt động trùng lắp 1 phần với cả chất chống oxy hoá sơ cấp (Primary Antioxidant) và thứ cấp (secondary Antioxidant).

3.. Một số lưu ý khi sử dụng HALS
a.. Suy giảm cho đến mất hiệu quả hoạt động khi môi trường có tính a-xít.

Trong môi trường có tính a-xít thì HALS khó phản ứng với oxy hay các peroxide để hình thành gốc hoạt động trung tâm, nên mất khả năng dập gốc tự do. 

b.. Suy giảm cho đến mất hiệu quả hoạt động khi môi trường có nhiều lưu huỳnh (sulfure) 

Nhưng sau này người ta thấy rằng HALS dòng NOR (tức N đính với -OR) thì ít ảnh hưởng bởi cả a-xít và lưu huỳnh, nên HALS-NOR được khuyến cáo dùng cho màng phủ nông nghiệp (nơi thường có H+ và S)

c.. Một số nghiên cứu cũng cho thấy rằng mức độ bão hoà của các hợp chất HALS trong nhựa nằm ngưỡng dưới 4000ppm (parts per million - phần triệu). Nên khi sử dụng quá cũng sẽ bị di hành và dễ bị trôi rửa trên bề mặt.
d.. Khi sử dụng HALS với cả chất chống oxy hoá sơ cấp (Primary) và thứ cấp (secondary) thì sẽ tăng hiệu quả chống thoái hoá cho nhựa và cả chống tác hại của tia cực tím lên nhiều lần, đây gọi là hiệu ứng "tác dụng hiệp đồng" (Synergy effects)