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光稳定剂的作用及应用有哪些?
作者: 小晓    日期: 2021-07-15 09:27    点击量:     文字大小:      
光稳定剂的作用及应用有哪些?

光稳定剂
 
一、光稳定剂的定义和分类
我们都知道,塑料在加工和使用过程中,受到光、热、氧化等内外因素的影响,导致它会发生降解或交联,使其性能变差、外观发黄,最终失去使用价值。但发生老化最主要的原因是这些材料吸收了光能,特别是紫外线,然后产生光化学反应和自动氧化反应,导致光降解,使产品外观和物理机械性能变差,这一过程被称为无氧老化或光老化,也称为光氧化降解或光降解。光稳定剂按作用机理可分为遮光剂、紫外线吸收剂、猝灭剂和自由基捕集基团四大类(其中,受阻胺光稳定剂是自由基捕集剂中最主要的一种)。若按光稳定剂的化学结构分类,其市场份额顺序为受阻胺、二苯甲酮、水杨酸、氰基丙烯酸酯等。
 
二、优秀光稳定剂的必要条件
1.能有效吸收或反射290~400nm波长范围内的紫外光,或能平滑猝灭被激发分子的能量,有足够的捕捉自由基和分解过氧化氢的能力,即能有效遏制紫外光对材料光降解的影响,对材料的光降解以及材料原有的理化性能和加工性能无不良影响。
2.与目标材料相容性好,即加工使用过程中不喷霜、不渗水。
3.自身稳定性好,即在加工使用过程中热稳定性高,热挥发损失少。
4.可见光吸收率低,不显色,不变色,光稳定性好,长时间曝晒下也不会受到损伤。
5.化学稳定性好,不与材料中其他成分及环境中其他物质发生不良化学反应。
6.不与其他接触物发生迁移,尤其是对食物和药品。
7.与其他加工助剂有协同作用,而无反协同反应,对材料加工机械无腐蚀作用。
8.材料加工、制造和使用过程中无毒或低毒,对人体无和动植物无害,对环境无污染,有良好的生物降解性和自然降解性。
9.无粉尘或低粉尘,使用和测量方便,价格低廉,适用范围广。
10.易在物料中溶解和分散。
 
光稳定剂作用于许多化合物,但它们可以符合上述要求的商品很少,以上条件只能在选择光稳定剂时考虑,根据加工材料的种类和型号、其他添加剂品种、产品的用途和要求、加工设备和工艺,综合权衡各种光稳定剂的优劣,最终选择一种理想的光稳定剂,或者两个甚至更多小时的光稳定剂搭配使用,从而发挥不同的优势,在材料光氧化的不同阶段为产品提供多重保护,使产品的耐光老化寿命成倍的增长,甚至是几倍或几十倍。
 
三、光稳定剂在聚乙烯中的配方
1.配方一:低密度聚乙烯(100),UV-531(0.25),UV-327(-),GW-540(-),光稳定剂-2002(0.25),抗氧剂1010(-)
2.配方二:低密度聚乙烯(100),UV-531(-),UV-327(0.2),GW-540(-),光稳定剂-2002(0.2),抗氧剂1010(-)
3.配方三:低密度聚乙烯(100),UV-531(-),UV-327(-),GW-540(0.3),光稳定剂-2002(-),抗氧剂1010(0.1)
 
其中按配方一吹塑成型的(0.12+_0.02)mm厚的聚乙烯薄膜,在北京地区使用,自然曝晒一年,其伸长残留率为纵向85.1%,横向89%,按配方二吹塑成型的(0.12+_0.02)mm厚的聚乙烯薄膜,在北京地区使用,自然曝晒12个月,其伸长残留率为纵向83%,横向95%,按配方三吹塑成型的(0.12+_0.02)mm厚的聚乙烯薄膜,在北京地区使用,自然曝晒12个月,其伸长残留率为纵向64.1%,横向为78.2%。

四、光稳定剂聚乙烯中的应用
聚乙烯材料对紫外光的吸收能力较低,理论上不容易产生光化学反应,但实际上在聚合加工过程中,会形成少量的氢过氧化物和结构中含有羰基的杂质,并且会产生老化,而老化对聚乙烯材料的性能影响还是很大的,因此,提高其耐老化性能至关重要。聚乙烯树脂在阳光照射下发生氧化,属于自由基链式反应。为了减缓树脂的光氧化,需要加入光稳定剂来阻断连续的链式反应。“纯”聚乙烯的饱和结构不易吸收波长大于300nm的紫外线。但由于种种原因,用于聚合、热加工和户外使用,使得少量不饱和双结构、支化点、催化剂残留等可被氧化的弱点和具有敏化作用的羰基发色团。光吸收紫外光和羰基声发色团后羰基的氧化衰弱,羰基吸收紫外线后处于电子激发态,并向基态氧分子传递能量,生成单重态氧,单重态氧与聚乙烯分子中的不饱和键反应,形成大分子氢过氧化物,氢过氧化物吸收紫外线后分解,其分解速度远快于其形成速度,产生自催化自由基反应过程,形成大量羰基聚集,吸收紫外线后再次引起分子裂解断裂,聚乙烯在光降解过程中也发生交联反应。由于氧在聚合物非晶区的扩散速率比晶区快,紫外线照射聚合物非晶区时分子链段更容易交联,因此当聚乙烯薄膜的厚度和结晶度降低时,分子链的交联增加,也就促进了非晶区凝胶的形成。
 
五、光稳定剂在聚丙烯中的应用
聚丙烯的光降解是由光和热的协同作用引起的,阳光中的紫外线具有破坏聚合物化学键或引发自动氧化降解反应的能量,从而使聚丙烯分子链断裂,生成自由基或激发分子,形成氢过氧化物或羰基化合物或交联,随着羰基含量的增加,聚丙烯更容易发生光降解。光和氧引起的降解反应不仅改变了产品的外观,还会使其物理机械性能变差,最终使其失去使用功能。因此,为了抑制光降解,通常在聚丙烯树脂中加入光稳定剂。聚丙烯是发展最快的合成树脂品种之一,与其它热塑性塑料相比,聚丙烯具有良好的物理力学性能和加工性能,其制品用途更广,价格相对较低。
 
我们在户外使用的聚丙烯烯烃材料主要应用聚丙烯纤维、聚丙烯装饰板等工程产品。其中,聚丙烯纤维对光稳定剂的要求最高,满足聚丙烯纤维要求的光稳定剂也能满足聚丙烯装饰板等工程产品的要求。为了抑制光降解反应的问题,我们常在聚丙烯树脂中加入光稳定剂,如遮光剂、紫外吸收剂、自由基捕集剂等。
 
在众多光稳定剂中,受阻胺类光稳定剂对聚丙烯的稳定化效率最高,尤其是相对分子质量较高的受阻胺类光稳定剂对薄聚丙烯产品的稳定化效果最高。二苯甲酮与聚丙烯具有良好的相容性,广泛应用于聚丙烯产品中。在聚丙烯产品中,尤其是大比表面积体积比的产品,如纤维、薄膜等,有机镍配合物表现出优异的光稳定剂效果。一些吸收性光稳定剂的有效性随着产品厚度变薄而大大降低。新型受阻胺类光稳定剂在聚丙烯中也有突出的稳定化效果,特别是与吸收式光稳定剂联用时,效果更佳。在选择受阻胺光稳定剂时,首先要考虑受阻胺类光稳定剂的热稳定性能否满足聚合物的加工温度要求。
 
因此,受阻胺类光稳定剂的高分子量和多功能备受业界关注,提高受阻胺类光稳定剂的热稳定性、与基体树脂的相容性、耐迁移性和抗萃取性、降低毒性和挥发性已成为一个重要的发展方向和趋势。对于受阻胺类光稳定剂,仅用捕获自由基的机理不能完美解释其作用。它是一种捕集自由基的多功能稳定剂,通过氢过氧化物的分解、激发态分子的猝灭、金属离子的钝化等机制来达到聚合物光稳定性的目的。
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