一、什么是光穩(wěn)定劑
太陽光是一種電磁波,在其通過空間和臭氧層時(shí),290nm以下和3000nm以上的射線幾乎都被濾除,實(shí)際到達(dá)地面的為290nm~3000nm的電磁波,其中波長范圍為400~800nm(約占40%)的是可見光,波長約為800~3000nm(約占55%)的是紅外線,而波長約為290~400nm(僅占5%)的是紫外線。
太陽光中的紫外線是對(duì)高分子材料產(chǎn)生老化作用的主要原因。紫外線雖然僅占太陽光的5%左右,但是能量卻很大。高分子聚合物制品吸收紫外線后,足以能引發(fā)聚合物自我氧化、降解,破壞聚合物的化學(xué)鍵,使其斷裂、交聯(lián),導(dǎo)致高分子聚合物制品顏色等外觀和物理力學(xué)性能發(fā)生惡變,強(qiáng)度降低、壽命縮短。這一過程稱為光氧化還原或光老化作用。
紫外線也能穿過人的皮膚表層,破壞皮膚細(xì)胞,使皮膚逐漸變硬而失去彈性,出現(xiàn)皺紋和加快衰老。
光穩(wěn)定劑是高分子制品(例如塑料、橡膠、涂料、合成纖維)的一種添加劑,它能屏蔽或吸收紫外線的能量,猝滅單線態(tài)氧及將氫過氧化物分解成非活性物質(zhì)等功能,使高分子聚合物在光的輻射下,能排除或減緩光化學(xué)反應(yīng)可能性,阻止或延遲光老化的過程,從而達(dá)到延長高分子聚合物制品使用壽命的目的。
二、光穩(wěn)定劑的種類
1、光屏蔽劑:這是一類能夠遮蔽或反射紫外線的物質(zhì),使光不能透入高分子內(nèi)部,從而起到保護(hù)高分子的作用。光屏蔽劑有碳黑、氧化鈦等無機(jī)顏料和酞菁藍(lán)、酞菁綠等有機(jī)顏料,其中碳黑屏蔽效果最好。
2、紫外線吸收劑:它的作用能有效地吸收波長為290~410nm的紫外線,而很少吸收可見光,它本身具有良好的熱穩(wěn)定性和光穩(wěn)定性。按其化學(xué)結(jié)構(gòu)主要可以分為:鄰羥基二苯甲酮類、苯并三唑類、水楊酸酯類、三嗪類、取代丙烯腈類。作為輔助光穩(wěn)定劑和受阻類光穩(wěn)定劑共同使用,尤其是用在聚烯烴或涂料中。
3、猝滅劑:可以接受塑料中發(fā)色團(tuán)所吸收的能量,并將這些能量以熱量、熒光或磷光的形式發(fā)散出去,從而保護(hù)聚合物免受紫外線的破壞。它對(duì)聚合物的穩(wěn)定效果很好,多用于薄膜和纖維。主要是一些二價(jià)的有機(jī)鎳螯合物。有機(jī)鎳光穩(wěn)定劑具有良好的性能,但因重金屬離子的毒性問題,可能被其他無毒或低毒猝滅劑取代。
4、自由基捕獲劑:這類光穩(wěn)定劑能捕獲高分子中所生成的活性自由基,從而抑制光氧化過程,達(dá)到光穩(wěn)定目的。主要是受阻胺光穩(wěn)定劑(HALS)。是最有前途的一類新型高效光穩(wěn)定劑,在國際上年平均需求增長率為20%~30%。
5、氫過氧化物分解劑:是受阻胺類光穩(wěn)定劑中的一種。聚合物在貯存和加工期間能產(chǎn)生氫過氧化物,導(dǎo)致聚合物的光氧化降解,氫過氧化物分解劑能就能夠分解過氧化物,生成穩(wěn)定的氮-氧自由基,并進(jìn)一步捕獲自由基,從而抑制聚合物降解。
三、光穩(wěn)定劑的缺點(diǎn)
1、光屏蔽劑防護(hù)效果好、價(jià)格低,但具有遮光性和著色性,僅適用于不透明材料;
2、紫外線吸收劑具有廣泛的適用性,但由于其防護(hù)效果不能有效地保護(hù)制品表面和薄制品,與此同時(shí),因?qū)偌冇袡C(jī)化合物,還存在易揮發(fā)、噴霜、遷移、被溶劑抽出等缺點(diǎn),這不但影響了其效能發(fā)揮的持久性,同時(shí)也導(dǎo)致污染環(huán)境;
3、激發(fā)態(tài)淬滅劑和氫過氧化物分解劑光穩(wěn)定性能高、揮發(fā)性低、噴霜和遷移小并耐抽出,能有效地保護(hù)制品表面和薄制品。但色深、毒性和環(huán)境污染大、高溫時(shí)會(huì)分解變色,與含硫添加劑存在對(duì)抗作用;
4、自由基捕獲劑色淺、光穩(wěn)定效能突出、也能有效地保護(hù)制品表面和薄制品,但由于具有堿性,與酸性基質(zhì)、添加劑存在對(duì)抗作用、酸性環(huán)境會(huì)使其性能受到影響,與此同時(shí),與紫外線吸收劑一樣,因?qū)偌冇袡C(jī)化合物,也存在易揮發(fā)、噴霜、遷移、抽出等缺點(diǎn)。
四、光穩(wěn)定劑的作用機(jī)理實(shí)例
1、UVA
2、HALS
五、各種塑料的敏感波長
塑料 | 敏感波長(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 |
硝酸纖維素 | 310 |
醋酸丁酸纖維素 | 295~298 |