紫外线吸收剂介绍及其应用


一、什么是紫外线吸收剂

1、紫外线吸收剂是一类可防止太阳光或其他人造紫外光引起聚合物降解的物质,是一种光稳定剂。

2、由于太阳光线中含有大量对有色物体有害的紫外光,其波长约290-460nm,这些有害的紫外光通过化学上的氧化还原作用,使颜色分子最后分解褪色,而使用紫外线吸收剂对受保护的物体可以实施有效的防止或削弱其对颜色的破坏。

3、加入紫外线吸收剂后可选择性地吸收这种高能量的紫外线,使之变成无害的能量而释放或消耗。由于聚合物的种类不同,使其劣化的紫外线波长也不相同,不同的紫外线吸收剂可吸收不同波长的紫外线,使用时,应根据聚合物的种类选择紫外线吸收剂。

二、紫外线吸收剂的机理

1、紫外线吸收剂之所以能吸收紫外光是由于该类化合物分子中含有共轭π电子体系的结构与能够进行氢原子移动的结构两部分所致。也有的只有前一部分。

2、紫外线吸收剂其结构分子中至少含有一个邻位羟基苯基取代基,这类化合物中由邻位羟基与氮原子或氧原子形成一螯合环,在吸收紫外线后,氢键断裂发生分子异构,分子内结构发生热振动,氢键破坏,螯合环打开,分子内结构发生变化,这样就将有害的紫外光变为无害的热能放出,从而保护了材料。

3、在这个过程中,分子内所形成的螯合环是其具有吸收紫外线功能的关键,打开此环的能量敏感范围正好为290-400nm波长的紫外线能量范围。

4、另外,作为紫外线吸收剂,还必须能在紫外光或可见光的作用下不进行光化学反应;对化学药品及水稳定性好,对热的稳定性好;挥发性小;对高分子材料的相容性好及不被溶剂萃取等。

三、紫外线吸收剂应该具备的条件

1、可强烈地吸收紫外线(尤其是波长为290-400nm);

2、热稳定性好,即使在加工中也不会因热而变化,热挥发性小;

3、化学稳定性好,不与制品中材料组分发生不利反应;

4、混溶性好,可均匀地分散在材料中,不喷霜,不渗出;

5、吸收剂本身的光化学稳定性好,不分解,不变色;

6、无色、无毒、无臭;

7、耐浸洗;

8、价廉、易得;

9、不溶,或难溶于水。

四、紫外线吸收剂的分类

按化学结构划分,紫外线吸收剂可分为水杨酸酯类、苯酮类、苯并三唑类、取代丙烯腈类、三嗪类和受阻胺类。

1、苯并三唑类

该类化合物是紫外线吸收剂中产量最大,品种最多的一类产品,国内外的研究也很活跃。苯并三唑类紫外线吸收剂的合成一般是使芳香胺重氮化生成重氮盐,重氮盐与酚类化合物进行偶合反应生成中间体偶氮颜料,再经还原闭环而成。

2、二苯甲酮类

该类紫外线吸收剂产量和品种仅次于苯并三唑。

其合成路线基本上为两步反应,即2,4-二羟基二苯酮的合成和烷氧基二苯酮的合成。

五、紫外线吸收剂研究方向

1、高分子质量化

降低助剂挥发性,减少反应过程中的损失。

2、多功能化

使一个稳定剂分子中同时具有不同功能的基团,起到多种稳定作用(热稳定剂,抗氧剂……)

3、反应性化

将反应性基团引入光稳定剂分子中,使其在加工时与基础聚合物键合,从而永久存在于高分子材料中

六、紫外线吸收剂的应用实例

1、由于聚合物的种类不同,使其劣化的紫外线波长也不相同,不同的紫外线吸收剂可吸收不同波长的紫外线,使用时,应根据聚合物的种类选择紫外线吸收剂。

2、化妆品中使用的紫外线吸收剂,能够减少或者完全吸收紫外线,保护皮肤。但如果过量使用或者使用禁用的紫外线吸收剂,则以对皮肤形成刺激,引起皮肤过敏。

3、水杨酸苯酯

成分:邻羟基苯甲酸苯酯

性能及用途:无色结晶粉末。具有令人愉快的芳香气味(冬青油气味)。密度1.250g/cm3,溶点43,沸点(1.6kPa)173。易溶于乙醚、苯和氯仿,溶于乙醇,几乎不溶于水和甘油。含量99%。

该品为一种紫外线吸收剂,用于塑料制品,但吸收波长范围较窄。美国食品药物管理局批准用于接触食品的丙烯酸树脂用品。

4、汽巴Chimassorb 81

Chimassorb 81是二苯酮类紫外线吸收剂,与受阻胺类光稳定剂联合使用,可提供良好的光稳定化保护。与聚烯烃和软PVC相容性好。

化学名称:2-羟基-4-辛氧基二苯甲酮

化学结构:

应用:Chimassorb 81与受阻胺复配使用,主要应用于农膜中低密度,线性低密度聚乙烯以及EVA共聚物。也可作为紫外线屏蔽剂,保护工业用/民用包装中的内容物。另外,与受阻胺光稳定剂复合使用,可用于高密度聚乙烯模塑制品,如周转箱。Chimassorb 81也可为其它聚合物提供光稳定化保护,如软PVC和橡胶;Chimassorb 81可与抗氧剂,亚磷酸酯,其它光稳定剂复配使用。

功能:Chimassorb 81尤其适合用于较厚的薄膜(>100µm)和厚制件。它饱和蒸汽压低,加工过程中损失小。迁移率低,不易喷霜。

5、紫外线吸收剂 UV-P

化学名称:2-(2′-羟基-5′-甲基苯基)苯并三唑

分子式:C13H11N3O

分子量:225.3

化学结构式:

用途:作为紫外线吸收剂,本品主要适用于聚酯,环氧醋酸纤维素,聚氯乙烯,聚苯乙烯,有机玻璃,聚丙烯腈树脂等。最大吸收波长范围270-380nm。一般用量:薄制品0.1-0.5%、厚制品0.05-0.2%。

紫外线吸收剂 BP-2

化学名称:2,2',4,4'-四羟基二苯甲酮

分子式:C13H10O5

用途:吸收波长范围320-400nm,有对称的苯环和两边都有羟基,其热光化学性能稳定,均优越于BP-1,是一种油性化妆品的抗紫外线添加剂,目前广泛应用于聚酯、涂料和化妆品等之中,近几年在织物上的应用受到纺织行业的重视,范围越来越广。

七、总结

1、紫外线吸收剂是塑料添加剂中的重要的一大类产品,为适应工业发展的需要,该领域发展的趋势 是向着高分子质量化、反应型化、多功能化发展,其结果是环保化、高效能化。这是高分子材料添加剂行业可持续发展的必然结果。

2、国内添加剂行业与国外相比差距较大,主要问题是品种少、产量低、成本高、原材料供应不配套,与塑料加工行业配合不密切,缺少技术沟通。建议加强技术改造,提高产品质量,提高经济效益。

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