光稳定剂


波长较短的紫外线的辐射作用是导致高聚物产外老化的极为重要的原因,光稳定剂能够阻缓光氧化反应,延长高聚物的户外使用寿命.
加入到塑料配方中,能够改善塑料的耐日光性.防止或降低紫外线对塑料破坏作用的助剂,称为光稳定剂,又称抗紫外线剂.光稳定剂的添加量极少,一般为0.05~0.5份.
光稳定剂不仅早就在橡胶、涂料、化纤工业中被应用,而且在塑料工业中光稳定剂的应用也有四五十年的历史,特别是对ABS树脂、聚甲醛更为重要。其他如聚酰胺、聚碳酸酯,丙烯酸酯树脂、纤维素树脂等有时也应用光稳定剂.
光稳定剂的使用不仅可以保护材料自身,而且对于易被紫外线作用的被包装物,如药物.食品等也有良好的防护效果.因此,不论现在还是将来,光稳定剂在塑料工业中都将有着广阔的发展前景。
1.2.3.1 光对塑料的破坏
日光的波长范围很宽,约在200~10000nm的范围内。日光通过大气层(主要是臭氧层)到达地面时,许多波长的光波被滤掉所保留下来的主要是290~3000nm范围的波长.在这些到达地面的光波中,波长在400~800nm范围的可见光约占40%,红外线约占55%,紫外线仅占不足6%,但就是这不足6%的紫外线对塑料破坏最大,因为它所具有的能量足以引起几乎所有塑料内树脂的自动氧化反应和大部分树脂大分子链的断裂.光波的能量可表示为:
E=11.96×104/λ
式中 E------------每摩尔光量子所具有的能量,kJ/mol
λ--------光波波长,nm.
波长最短的紫外线的波长范围为290~400nm,其能量为299~412.4kJ/mol,而大部分聚合物发生自动氧化反应的活化能约在16.74~41.8kJ/mol之间,分子链中化学键的解离能约在167.4~418kJ/mol之间,因此,紫外线对塑料会产生严重的破坏作用.
1.2.3.2 理想光稳定剂应具备的条件
①能强烈地吸收290~400nm波长范围内的紫外线或能有效地猝灭激发态高分子的能量或具有足够的捕获自由基的能力;
②与聚合物有很好的相容性,在加工和使用过程中不喷霜、不渗出,
③热稳定性良好,在加工和使用过程中不会因受热而变化,热挥发损失小
④具有良好的耐候性,化学稳定性
⑤不污染制品,无色或浅色,天臭味
⑥无毒或低毒
⑦耐抽出、耐水解性优良
⑧价格低廉,
1 .2.3. 3 光稳定剂的种类及其作用:
按照作用机理;可以把光稳定剂分为光屏蔽剂;紫外线吸收剂、紫外线猝灭剂。
(1)光屏蔽剂
光屏蔽剂也称遮光剂,是材料抗紫外线的首道防线。光屏蔽剂本身具有反射扣/或吸收紫外线的能力,就如同在光源与聚合物之间插入的一张盾,它能使紫外线在入射到聚合物内部之前被吸收或反射出去.阻止紫外线向聚合物内部的穿进,从而使材料免受或减小紫外线的损害。某些光屏蔽剂同时也具有抗热氧化作用。
可以屏蔽紫外线的物质很多.但不一定都适宜作为光屏蔽剂,因为许多无机颜料等无机物含有对聚合物的氧化有促进作用的金属。光屏蔽剂主要品种有:TiO2,ZnO等无机颜料、无机填料和炭黑等。光屏蔽剂主要用于厚制品及不透明制品,其作用随颜料颜色的加深而增大。
(2)紫外线吸收剂
这类光稳定剂且光稳定剂的主体,它在聚合物中的作用犹如滤波器,能选择性地强烈吸收紫外线,通过光互变异构方式将qR收到的辐射能以对聚合物无害的热能放出,从而能阻缓聚合物的光氧老化。这是抗紫外线的第二道防线。这类光稳定剂的主要品种具体如下.
①二苯甲酮类 这类紫外线吸收剂是开发较早且目前仍广泛应用的一类。主要品种有:
2,4—二羟基二苯甲酮
2—羟基—4—甲氧基二苯甲酮
它们与许多工程树脂的相容性好,成本不高,可广泛应用于ABS、聚酯等.
②苯并三唑类
这类光稳定剂的基本结构是,其中R为芳基。例如,2-(2’—羟基—5’ —甲苯基)苯并三唑:
这是一类性能优良的紫外线吸收剂,光稳定效能比二苯甲酮类好.可强烈吸收波长范围在280~380nm的紫外线。几乎不吸收可见光.故改类产品效能高且色浅,不污染制品。可广泛用于聚酯、ABS、聚氨酯等塑料。
③水杨酸酯类 常用品种有:
水杨酸苯酯
水杨酸对辛基苯酯
(3)紫外线猝灭剂
紫外线猝灭剂是一类较新型高效的光稳定剂,它并不像紫外线吸收剂那样强烈吸收紫外线,而是能迅速有效地将激发态分子“猝灭”·使其回到基态。当射向塑料制品的紫外线尚未被第一、第二道防线的光稳定剂全部反射和吸收,剩余部分被材料吸收,使材料中的树脂分子激发为“受激态”时,配方中的这类光稳定剂就可以从受激的树脂分子中迅速吸收能量,使之回到低能的稳定态,从而保护塑料,使其免受紫外线的破坏。紫外线猝灭剂主要是一些二价镍的有机鳌合物。镍络合物的品种繁多,有硫代双酚、受阻酚取代磷酸、双(烷基硫代酮肟)、苯并三唑、硫酰双酚、甘氨酸、氨基羟酸等的镍络合物,但目前已实现商品化的品种不多,主要是UVl084、光稳定剂2002(UV-2002)和AM-101。它们主要用于要求有高度光

稳定性的树脂中,与其他紫外线吸收剂并用效果更佳。