Pallet nhựa ngoài trời: tia UV, phụ gia chống UV và cách lưu bãi

Pallet nhựa ngoài trời bền hay không phụ thuộc chủ yếu vào việc nhựa có được ổn định chống tia UV hay không. Tia cực tím khởi động phản ứng quang oxy hóa, làm đứt mạch polymer ở lớp bề mặt, khiến pallet bạc màu, nứt rồi giòn gãy khi va đập. Muội than, chất hấp thụ UV và HALS là ba cách làm chậm quá trình này.

Bài ưu nhược điểm của pallet nhựa HDPE trên icdvietnam.com.vn đã lưu ý hạt HDPE chưa ổn định UV sẽ xuống cấp khi phơi nắng lâu. Bài này đi sâu vào cơ chế hư hại, phụ gia, phép thử và cách xếp bãi ở sân cảng, bãi container hay trang trại.

• > 290 nmbước sóng UV của nắng ở mặt đất, trong khi PE, PP tinh khiết chỉ hấp thụ dưới khoảng 250 nm
• 70 lầnmật độ đứt mạch ở bề mặt so với lõi của mẫu PP dày 3 mm sau 6 tuần chiếu UV; với PE chỉ khoảng 3 lần
• 3 tuần / 38 tuầnPP đổi độ giãn dài sau 3 tuần phơi nắng nhiệt đới; HDPE chưa suy giảm sau 38 tuần
• 2-2,5%muội than trong hỗn hợp PE đen làm ống chịu nắng, cỡ hạt sơ cấp khoảng 20 nm

Tia UV phá hủy pallet nhựa như thế nào?

Tia UV không bẻ gãy trực tiếp mạch PE hay PP mà kích hoạt chuỗi phản ứng gốc tự do có oxy tham gia, gọi là quang oxy hóa. PE, PP tinh khiết chỉ hấp thụ tia UV dưới khoảng 250 nm, vùng khí quyển đã chặn; thứ hấp thụ ánh nắng mặt đất (trên 290 nm) là khuyết tật trong nhựa: nhóm hydroperoxide, nhóm carbonyl và cặn xúc tác kim loại còn sót trong nhựa.

Gốc tự do sinh ra kết hợp với oxy thành gốc peroxyl, gốc này giật hydro của mạch bên cạnh để tạo hydroperoxide mới, rồi ánh sáng lại tách hydroperoxide thành hai gốc hoạt động. Với PP, bước cắt mạch chính là beta-scission của gốc alkoxyl; với PE, nhóm ketone sinh ra tiếp tục phân hủy theo phản ứng Norrish loại II.

Nhiệt độ làm vòng phản ứng chạy nhanh hơn: ảnh hưởng của nhiệt thường lớn hơn cả lượng UV theo quy luật Arrhenius, còn chu kỳ nóng lạnh và ứng suất cơ học đẩy nhanh việc nứt vỡ.

Vì sao hư hại tập trung ở lớp bề mặt?

Oxy khuếch tán vào và tia UV bị hấp thụ chủ yếu ở lớp ngoài cùng, nên lớp vỏ lão hóa trước trong khi lõi gần như còn nguyên. Shyichuk và cộng sự (Polymer Degradation and Stability, 2005) đo mật độ đứt mạch theo độ sâu trên thanh mẫu dày 3 mm: sau 6 tuần chiếu UV, ở PP bề mặt gấp khoảng 70 lần lõi, ở PE chỉ khoảng 3 lần. Với PP, hư hại bề mặt từ tuần 3 đến tuần 6 tăng vọt so với 3 tuần đầu.

Vì vậy pallet lão hóa trông vẫn nguyên khối, cân vẫn đủ nặng, nhưng lớp vỏ giòn là nơi khởi phát vết nứt. Khi càng xe nâng thúc vào chân hoặc pallet rơi, vết nứt nhỏ lan sâu vào lõi. Pallet ngoài trời thường hỏng theo kiểu gãy đột ngột ở góc và chân, không võng dần như khi quá tải.

HDPE và PP, loại nào chịu nắng kém hơn?

Khi cùng không có phụ gia ổn định, PP nhạy với tia UV hơn HDPE rõ rệt. Mỗi mắt xích PP có một nguyên tử cacbon bậc ba mang nhóm methyl, và quá trình oxy hóa thường bắt đầu chính ở vị trí này rồi dẫn tới đứt mạch. Mạch HDPE gần như chỉ có cacbon bậc hai nên bền hơn trước cùng một liều UV.

Luận văn của Fechine (Đại học Liên bang Campina Grande, 1998) phơi PP, HDPE và LDPE ở một thành phố nhiệt đới đông bắc Brazil tới 38 tuần: độ giãn dài cực đại của PP đổi sau 3 tuần, HDPE chưa suy giảm hóa học sau 38 tuần, LDPE ở mức trung gian. Shyichuk cũng ghi nhận copolymer ethylene-propylene lúc đầu hành xử giống LDPE nhưng sau 6 tuần lại giống PP.

Bảng trên so sánh nhựa nền chưa được bảo vệ: pallet PP có gói phụ gia tốt vẫn có thể bền nắng hơn pallet HDPE không phụ gia.

Chất chống UV cho nhựa gồm những nhóm nào?

Phụ gia chống UV cho nhựa chia thành ba nhóm, mỗi nhóm cắt chuỗi quang oxy hóa ở một khâu khác nhau. Muội than và chất hấp thụ UV ngăn photon tới được tạp chất, còn HALS không hấp thụ UV mà dập tắt gốc tự do đã sinh ra.

Muội than là cách chống UV rẻ và hiệu quả nhất cho PE, theo hiệp hội PE100+: hỗn hợp PE80 và PE100 màu đen chứa 2-2,5% muội than phân tán đều, cỡ hạt sơ cấp khoảng 20 nm. Theo nhà sản xuất muội than Cabot, hiệu quả còn phụ thuộc cỡ hạt, cấu trúc cụm hạt và độ phân tán.

Chất hấp thụ UV họ benzophenone, benzotriazole và hydroxyphenyl-triazine nhận năng lượng tia UV rồi tỏa ra thành nhiệt qua cơ chế chuyển proton nội phân tử thuận nghịch, thường dùng 0,05-2% khối lượng. Nhóm này hữu ích cho pallet màu sáng, nơi không dùng được muội than.

HALS (chất ổn định ánh sáng amin cản trở) liên tục bắt gốc alkyl và peroxyl, chuyển thành gốc nitroxyl rồi trở lại dạng amin, nên không bị tiêu thụ. BASF xếp HALS là phụ gia ổn định ánh sáng hiệu quả nhất cho polyolefin, có tác dụng ở nồng độ tương đối thấp. Ở nhiệt độ ép phun, HALS lại kém chất chống oxy hóa phenol, nên công thức pallet vẫn cần chất chống oxy hóa.

Pallet nhựa đen có bền ngoài trời hơn pallet màu không?

Pallet đen chỉ bền nắng hơn khi màu đen đến từ muội than loại chống UV, đủ hàm lượng và phân tán đều. Nhiều pallet đen có màu đen vì được làm từ nhựa tái sinh lẫn màu, như bài ý nghĩa màu sắc pallet nhựa đã giải thích. Bột màu pha để che tạp màu không phải gói muội than thiết kế để chắn tia cực tím.

• Mã Cvật liệu ống PE đen theo ASTM D2513, chứa 2-3% muội than phân tán tốt
• Mã Evật liệu ống PE màu, được ổn định UV bằng phụ gia, thời hạn yêu cầu ngắn hơn

Ngành ống nhựa đã lượng hóa khác biệt này. ASTM D2513 cho ống khí đốt PE xem vật liệu mã C là ổn định trước UV khi để ngoài trời không che chắn ít nhất 10 năm; vật liệu màu mã E chỉ yêu cầu ít nhất 3 năm. Con số này dành cho ống, không phải cam kết cho pallet, nhưng cho thấy cách ổn định UV tạo khoảng chênh nhiều năm.

Mặt trái là màu đen hấp thụ nhiều bức xạ nên nóng hơn pallet màu sáng, làm oxy hóa nhanh hơn và nhựa dễ chảy dão khi chịu tải nặng giữa trưa.

Phép thử lão hóa nhân tạo đo được gì và không đo được gì?

Phép thử lão hóa nhân tạo dùng đèn, nhiệt và ẩm để so sánh các công thức nhựa nhanh hơn phơi ngoài trời, nhưng không quy đổi trực tiếp sang số năm sử dụng. ASTM D5894 khuyến cáo không tính “hệ số gia tốc” kiểu x giờ trong buồng bằng y tháng ngoài trời, vì hệ số này khác nhau giữa vật liệu và giữa các công thức. Fechine, Santos và Rabello (2006) cũng không tìm thấy hệ số gia tốc chung cho PP và LDPE.

Cách đọc báo cáo hữu ích nhất là so sánh xếp hạng: mẫu A giữ được bao nhiêu phần trăm độ giãn khi đứt hoặc độ bền va đập so với mẫu B sau cùng số giờ chiếu. Báo cáo chỉ ghi “đạt 1.000 giờ UV” mà thiếu loại đèn và tiêu chí đạt thì gần như vô dụng.

Cần hỏi gì khi đặt pallet nhựa dùng ngoài trời?

Câu trả lời “có chống UV” chưa đủ. Bạn nên yêu cầu nhà cung cấp trả lời bằng văn bản các điểm sau:

1. Nhựa nền: HDPE, PP homopolymer hay PP copolymer; nguyên sinh hay pha tái sinh, tỷ lệ bao nhiêu.
2. Gói ổn định UV: muội than (hàm lượng), chất hấp thụ UV, HALS hay kết hợp; tên masterbatch nếu có.
3. Với pallet đen: màu đen đến từ muội than chống UV hay chỉ là bột màu che tạp màu.
4. Kết quả thử lão hóa: phương pháp, số giờ chiếu, tiêu chí giữ lại bao nhiêu phần trăm tính chất.
5. Bảo hành có loại trừ hư hỏng do phơi nắng hay không.

Khi tìm pallet qua bộ tìm pallet nhựa của ICD Việt Nam, hãy ghi rõ điều kiện để ngoài trời và thời gian phơi dự kiến để được tư vấn đúng loại nhựa.

Lưu bãi pallet nhựa ngoài trời dưới cường độ UV tại Việt Nam

Pallet đặt ngoài trời ở Việt Nam thường chịu chỉ số UV cao đến rất cao. Trưa 18/5/2022, Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Quốc gia ghi nhận chỉ số UV 9,1 tại Hà Nội, 9,0 tại Quảng Nam, 8,1 tại Đà Nẵng và Cần Thơ, 6,6 tại TP.HCM; theo thang của trung tâm, 8-10 là rất cao, trên 10,5 là cực cao. Tổ chức Y tế Thế giới lưu ý UV cao hơn khi gần xích đạo, lên cao và gần bề mặt phản xạ như mặt nước hay cát.

Vì hư hại tập trung ở mặt hứng nắng, cách xếp bãi có tác động lớn:

• Che bằng mái hoặc bạt mờ đục, chừa khe thoáng để chặn UV trực tiếp mà không giữ nhiệt.
• Xếp chồng và xoay vòng: chỉ tấm trên cùng và mặt bên hứng nắng, định kỳ đảo tấm trên xuống dưới để chia đều liều UV.
• Thu gom pallet rỗng vào khu có mái ngay sau khi dỡ hàng.
• Tránh vị trí phản xạ mạnh như mép nước, nền cát.
• Ghi ngày bắt đầu dùng ngoài trời theo lô để so sánh tuổi phơi thật giữa các lô.
• Kiểm tra sau mỗi mùa nắng: tìm lớp bột, soi vết nứt ở góc và chân, loại pallet gãy giòn trước khi đưa lên kệ.

Nhận biết pallet nhựa giòn do phơi nắng qua dấu hiệu nào?

Nhựa để lâu bị giòn vì các mạch polymer dài, vốn giúp vật liệu dẻo dai, đã bị cắt ngắn ở lớp ngoài. Phép thử kéo vật liệu quang oxy hóa cho thấy độ giãn khi đứt và độ dai giảm trong khi mô đun tăng: nhựa cứng hơn nhưng dễ vỡ hơn.

Checklist dùng pallet nhựa ngoài trời

Bảy bước dưới đây gom các mốc kỹ thuật ở trên thành trình tự làm việc từ lúc đặt hàng đến lúc vận hành bãi.

1. Ghi rõ điều kiện sử dụng khi đặt hàng: thời gian phơi dự kiến, vị trí bãi (mép nước, nền cát) và có để hàng nặng dưới nắng giữa trưa hay không.
2. Chọn nhựa nền phù hợp: HDPE bền nắng hơn PP khi chưa có phụ gia; nếu dùng PP, bắt buộc có gói ổn định UV và kết quả thử.
3. Yêu cầu văn bản ghi rõ gói ổn định UV (muội than và hàm lượng, chất hấp thụ UV, HALS) và nguồn gốc màu đen của pallet.
4. Đọc báo cáo lão hóa theo loại đèn, số giờ chiếu và phần trăm độ giãn khi đứt hoặc độ bền va đập giữ lại; không chấp nhận dòng “đạt 1.000 giờ UV” thiếu điều kiện.
5. Kiểm tra điều khoản bảo hành có loại trừ hư hỏng do phơi nắng hay không.
6. Bố trí bãi: che mái hoặc bạt mờ đục có khe thoáng, đảo tấm trên xuống dưới định kỳ, thu gom pallet rỗng vào khu có mái ngay sau khi dỡ hàng.
7. Ghi ngày bắt đầu dùng ngoài trời theo lô, kiểm tra sau mỗi mùa nắng và loại pallet gãy giòn khỏi kệ rack, hàng nặng.

Câu hỏi thường gặp

Pallet nhựa để ngoài trời được bao lâu?

Không có con số chung, vì thời gian dùng phụ thuộc loại nhựa, gói ổn định UV, màu, cường độ nắng và cách xếp bãi. Hãy yêu cầu kết quả thử lão hóa có tiêu chí rõ và theo dõi lô pallet của chính bạn.

Nhựa để lâu bị giòn có khôi phục được không?

Không. Mạch polymer ở lớp ngoài đã bị cắt ngắn, thay đổi hóa học này không đảo ngược được bằng lau rửa hay sơn phủ.

Tia UV có xuyên qua pallet nhựa không?

Với pallet đục và dày, phần lớn UV bị hấp thụ ở lớp ngoài nên hư hại tập trung ở bề mặt; trên thanh PP dày 3 mm, mật độ đứt mạch ở bề mặt gấp khoảng 70 lần lõi sau 6 tuần chiếu UV.

Chất chống UV cho nhựa gồm những loại nào?

Có ba nhóm chính: muội than chắn UV, chất hấp thụ UV như benzophenone và benzotriazole chuyển UV thành nhiệt, và HALS bắt gốc tự do rồi tự tái sinh.

Pallet nhựa đen có bền ngoài trời hơn pallet màu không?

Chỉ khi màu đen đến từ muội than chống UV đủ hàm lượng và phân tán đều. Pallet đen làm từ nhựa tái sinh pha bột màu không có bảo đảm đó.

Che bạt có đủ bảo vệ pallet nhựa ngoài trời không?

Bạt mờ đục chặn phần lớn tia UV trực tiếp và là biện pháp hiệu quả nhất khi không có mái che. Cần chừa khe thoáng để pallet không tích nhiệt.

Nguồn tham khảo

1. Shyichuk A.V. và cộng sự (2005). Comparison of UV-degradation depth-profiles in polyethylene, polypropylene and an ethylene-propylene copolymer. Polymer Degradation and Stability, 88(3), 415-419
2. Fechine G.J.M. (1998). Fotodegradação de termoplásticos semicristalinos. Luận văn thạc sĩ, Đại học Liên bang Campina Grande
3. Photo-oxidation of polymers, Wikipedia
4. PE100+ Association: Does exposure to ultraviolet rays affect the PE pipe?
5. ASTM D5894-21, mục 5.3-5.4 về tương quan và hệ số gia tốc
6. Tuoi Tre News (18/5/2022). UV index reaches very harmful levels in Hanoi, Ho Chi Minh City (số liệu Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Quốc gia)