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光稳定剂的种类与作用机理
2017.06.23   点击114次

    一、什么是光稳定剂

    太阳光是一种电磁波,在其通过空间和臭氧层时,290nm以下和3000nm以上的射线几乎都被滤除,实际到达地面的为290nm~3000nm的电磁波,其中波长范围为400~800nm(约占40%)的是可见光,波长约为800~3000nm(约占55%)的是红外线,而波长约为290~400nm(仅占5%)的是紫外线。

    太阳光中的紫外线是对高分子材料产生老化作用的主要原因。紫外线虽然仅占太阳光的5%左右,但是能量却很大。高分子聚合物制品吸收紫外线后,足以能引发聚合物自我氧化、降解,破坏聚合物的化学键,使其断裂、交联,导致高分子聚合物制品颜色等外观和物理力学性能发生恶变,强度降低、寿命缩短。这一过程称为光氧化还原或光老化作用。
紫外线也能穿过人的皮肤表层,破坏皮肤细胞,使皮肤逐渐变硬而失去弹性,出现皱纹和加快衰老。

    光稳定剂是高分子制品(例如塑料、橡胶、涂料、合成纤维)的一种添加剂,它能屏蔽或吸收紫外线的能量,猝灭单线态氧及将氢过氧化物分解成非活性物质等功能,使高分子聚合物在光的辐射下,能排除或减缓光化学反应可能性,阻止或延迟光老化的过程,从而达到延长高分子聚合物制品使用寿命的目的。

    二、光稳定剂的种类

    1、光屏蔽剂:这是一类能够遮蔽或反射紫外线的物质,使光不能透入高分子内部,从而起到保护高分子的作用。光屏蔽剂有碳黑、氧化钛等无机颜料和酞菁蓝、酞菁绿等有机颜料,其中碳黑屏蔽效果最好。

    2、紫外线吸收剂:它的作用能有效地吸收波长为290~410nm的紫外线,而很少吸收可见光,它本身具有良好的热稳定性和光稳定性。按其化学结构主要可以分为:邻羟基二苯甲酮类、苯并三唑类、水杨酸酯类、三嗪类、取代丙烯腈类。作为辅助光稳定剂和受阻类光稳定剂共同使用,尤其是用在聚烯烃或涂料中。

    3、猝灭剂:可以接受塑料中发色团所吸收的能量,并将这些能量以热量、荧光或磷光的形式发散出去,从而保护聚合物免受紫外线的破坏。它对聚合物的稳定效果很好,多用于薄膜和纤维。主要是一些二价的有机镍螯合物。有机镍光稳定剂具有良好的性能,但因重金属离子的毒性问题,可能被其他无毒或低毒猝灭剂取代。

    4、自由基捕获剂:这类光稳定剂能捕获高分子中所生成的活性自由基,从而抑制光氧化过程,达到光稳定目的。主要是受阻胺光稳定剂(HALS)。是最有前途的一类新型高效光稳定剂,在国际上年平均需求增长率为20%~30%。

    5、氢过氧化物分解剂:是受阻胺类光稳定剂中的一种。聚合物在贮存和加工期间能产生氢过氧化物,导致聚合物的光氧化降解,氢过氧化物分解剂能就能够分解过氧化物,生成稳定的氮-氧自由基,并进一步捕获自由基,从而抑制聚合物降解。

    三、光稳定剂的缺点

    1、光屏蔽剂防护效果好、价格低,但具有遮光性和着色性,仅适用于不透明材料;

    2、紫外线吸收剂具有广泛的适用性,但由于其防护效果不能有效地保护制品表面和薄制品,与此同时,因属纯有机化合物,还存在易挥发、喷霜、迁移、被溶剂抽出等缺点,这不但影响了其效能发挥的持久性,同时也导致污染环境;

    3、激发态淬灭剂和氢过氧化物分解剂光稳定性能高、挥发性低、喷霜和迁移小并耐抽出,能有效地保护制品表面和薄制品。但色深、毒性和环境污染大、高温时会分解变色,与含硫添加剂存在对抗作用;

    4、自由基捕获剂色浅、光稳定效能突出、也能有效地保护制品表面和薄制品,但由于具有碱性,与酸性基质、添加剂存在对抗作用、酸性环境会使其性能受到影响,与此同时,与紫外线吸收剂一样,因属纯有机化合物,也存在易挥发、喷霜、迁移、抽出等缺点。

    四、光稳定剂的作用机理实例

    1、UVA

    2、HALS

    五、各种塑料的敏感波长

 塑料 敏感波长(nm)
 聚乙烯 300
 聚丙烯 310
 聚氯乙烯 310
 聚苯乙烯 318
 聚酯 325
 氯乙烯/醋酸乙烯共聚物 322~364
 聚醋酸乙烯酯 280
 聚甲醛 300~320
 聚碳酸酯 295
 聚甲基丙烯酸甲酯 290~315
 硝酸纤维素 310
 醋酸丁酸纤维素 295~298

 本文图片来源:志一化工

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