أولاً: المصطلحات والتعاريف

يحتوي ضوء الشمس على كمية كبيرة من الأشعة فوق البنفسجية، بأطوال موجية تتراوح بين 290 و460 نانومتر تقريبًا، وهي ضارة بالأجسام الملونة. تتسبب هذه الأشعة فوق البنفسجية الضارة في تحلل جزيئات اللون وتلاشيها من خلال تفاعل كيميائي للأكسدة والاختزال. يمكن استخدام مواد ماصة للأشعة فوق البنفسجية لمنع أو تقليل الآثار الضارة لهذه الأشعة على الأجسام المحمية بشكل فعال.

مادة امتصاص الأشعة فوق البنفسجية هي مُثبِّت ضوئي يمتص الأشعة فوق البنفسجية من ضوء الشمس ومصادر الضوء الفلورية دون أن يتغير. تحت تأثير ضوء الشمس والفلورة، تتعرض المواد البلاستيكية والبوليمرات الأخرى لتفاعلات أكسدة ذاتية بفعل الأشعة فوق البنفسجية، مما يؤدي إلى تدهورها وتلفها، وبالتالي ضعف مظهرها وخواصها الميكانيكية. تعمل إضافة مواد امتصاص الأشعة فوق البنفسجية على امتصاص هذه الأشعة عالية الطاقة بشكل انتقائي، وتحويلها إلى طاقة غير ضارة تُطلق أو تُستهلك. ولأن لكل بوليمر أطوال موجية مختلفة للأشعة فوق البنفسجية التي تُسبب التلف، فإن مواد امتصاص الأشعة فوق البنفسجية المختلفة تمتص أطوالًا موجية مختلفة من الأشعة فوق البنفسجية. لذلك، يجب اختيار مادة امتصاص الأشعة فوق البنفسجية المناسبة بناءً على نوع البوليمر المستخدم.

ثانيًا: تصنيف ووظائف المواد الماصة للأشعة فوق البنفسجية

يجب أن تستوفي المواد الماصة للأشعة فوق البنفسجية الشروط التالية:

① يتميز بقدرة عالية على امتصاص الأشعة فوق البنفسجية (خاصةً الأشعة فوق البنفسجية ذات الأطوال الموجية من 290 إلى 400 نانومتر)؛ ② يتمتع بثبات حراري جيد، فلا يتغير بفعل الحرارة حتى أثناء التصنيع، مع تقلب حراري منخفض؛ ③ يتمتع بثبات كيميائي جيد، فلا يتفاعل سلبًا مع مكونات المنتج؛ ④ يتميز بقابلية امتزاج جيدة، ويمكن توزيعه بالتساوي في المادة دون تكتل أو تسرب؛ ⑤ يتمتع الماص نفسه بثبات كيميائي ضوئي جيد، فلا يتحلل ولا يتغير لونه؛ ⑥ عديم اللون، وغير سام، وعديم الرائحة؛ ⑦ قابل للغسل؛ ⑧ رخيص الثمن ومتوفر بسهولة.

تُعدّ مُمتصّات الأشعة فوق البنفسجية من نوع البنزوتريازول الأكثر استخدامًا في الصين حاليًا، إلا أن مُمتصّات الأشعة فوق البنفسجية من نوع التريازين تُظهر أداءً أفضل بكثير من البنزوتريازول. تتميز مُمتصّات التريازين بخصائص امتصاص ممتازة للأشعة فوق البنفسجية، إلى جانب مزايا أخرى، مما يجعلها قابلة للتطبيق على نطاق واسع في البوليمرات. كما أنها تُظهر ثباتًا حراريًا ممتازًا، وثباتًا جيدًا أثناء التصنيع، ومقاومة للأحماض. في التطبيقات العملية، تُظهر مُمتصّات الأشعة فوق البنفسجية من نوع التريازين تأثيرًا تآزريًا قويًا مع مُثبّتات الضوء من نوع الأمين المُعاق؛ فعند استخدامها معًا، تُحقق نتائج أفضل من استخدامها بشكل منفرد.

ثالثًا: العديد من المواد الشائعة الماصة للأشعة فوق البنفسجية

(1) نواتج تفاعل أورثو-نيتروأنيلين وبارا-كريسول

يظهر على شكل بلورات عديمة اللون أو صفراء باهتة. يذوب في العديد من المذيبات العضوية مثل البنزين والبنزين والأسيتون. ذوبانه في الماء ضعيف جدًا، ولا يتحلل بفعل القلويات أو الأحماض المركزة. يتفاعل مع أيونات المعادن الثقيلة لتكوين أملاح. يمتص الأشعة فوق البنفسجية ذات أطوال موجية تتراوح بين 270 و280 نانومتر. درجة انصهاره تتراوح بين 130 و131 درجة مئوية.

يُستخدم بشكل أساسي في أنواع الراتنجات مثل البوليستر، والبوليستر المكلور، وأسيتات السليلوز، وكلوريد البولي فينيل، والبوليسترين، والبلكسي جلاس، والبولي أكريلونيتريل. يتميز بثبات أفضل في المنتجات الشفافة مقارنةً بالمنتجات الملونة. تبلغ نسبته في المنتجات النهائية 0.5% أو أقل.

(2) 2-هيدروكسي-4-ميثوكسي بنزوفينون (UV-9)

مسحوق بلوري أصفر باهت أو أبيض. الكثافة 1.324 غ/سم³. درجة الانصهار 62-66 درجة مئوية. درجة الغليان 150-160 درجة مئوية (0.67 كيلو باسكال)، 220 درجة مئوية (2.4 كيلو باسكال). يذوب في معظم المذيبات العضوية مثل الأسيتون، والكيتونات، والبنزين، والميثانول، وأسيتات الإيثيل، وميثيل إيثيل كيتون، والإيثانول؛ غير قابل للذوبان في الماء. الذوبانية (غ/100 غ، 25 درجة مئوية) في بعض المذيبات كما يلي: البنزين 56.2، ن-هكسان 4.3، الإيثانول (95%) 5.8، رابع كلوريد الكربون 34.5، الستايرين 51.2، DOP 18.7.

باعتباره مادة ماصة للأشعة فوق البنفسجية، فهو مناسب لأنواع مختلفة من البلاستيك مثل كلوريد البولي فينيل، وكلوريد البولي فينيليدين، وبولي ميثيل ميثاكريلات، والبوليستر غير المشبع، وراتنج ABS، وراتنج السليلوز. يتراوح أقصى طول موجي للامتصاص بين 280 و340 نانومتر، والجرعة النموذجية تتراوح بين 0.1% و1.5%. يتميز بثبات حراري جيد ولا يتحلل عند درجة حرارة 200 درجة مئوية. يكاد هذا المنتج لا يمتص الضوء المرئي، مما يجعله مناسبًا للمنتجات الشفافة ذات الألوان الفاتحة. كما يمكن استخدامه في الدهانات والمطاط الصناعي.

(3) 2-هيدروكسي-4-ن-أوكتيلوكسي بنزوفينون (UV-531)

مسحوق بلوري أصفر باهت أو أبيض. الكثافة 1.160 غ/سم³ (عند 25 درجة مئوية). درجة الانصهار 48-49 درجة مئوية. يذوب في الأسيتون والبنزين والإيثانول والإيزوبروبانول؛ قليل الذوبان في ثنائي كلورو الإيثان؛ غير قابل للذوبان في الماء. الذوبانية (غ/100 غ، عند 25 درجة مئوية) في بعض المذيبات هي: الأسيتون 74، البنزين 72، الميثانول 2، الإيثانول (95%) 2.6، الهيبتان العادي 40، الهكسان العادي 40.1، الماء 0.5.

باعتباره مادة ماصة للأشعة فوق البنفسجية، يمتص هذا المنتج الأشعة فوق البنفسجية ذات الأطوال الموجية من 270 إلى 330 نانومتر بكفاءة عالية. ويمكن استخدامه في أنواع مختلفة من البلاستيك، وخاصة البولي إيثيلين، والبولي بروبيلين، والبوليسترين، وراتنج ABS، والبولي كربونات، وبولي فينيل كلوريد. يتميز بتوافقه الجيد مع الراتنجات وانخفاض تطايره. تتراوح الجرعة النموذجية بين 0.1% و1%. ويُظهر تأثيرًا تآزريًا جيدًا عند استخدامه مع كمية صغيرة من 4،4-ثيوبيس(6-ثالثي بوتيل-بارا-كريسول). كما يمكن استخدام هذا المنتج كمثبت للضوء في مختلف أنواع الطلاء.

(4) يُعدّ 2-(2′-هيدروكسي-3′،5′-ثنائي-ثالثي-فينيل)-5-كلوروبنزوتريازول (UV-327) مادة ماصة للأشعة فوق البنفسجية، وله خصائص واستخدامات مشابهة لمادة بنزوتريازول UV-326. يمتص هذا المركب الأشعة فوق البنفسجية بقوة ضمن نطاق أطوال موجية يتراوح بين 270 و380 نانومتر، ويتميز بثبات كيميائي عالٍ، وانخفاض شديد في التطاير. كما أنه متوافق بشكل جيد مع البولي أوليفينات، ومناسب بشكل خاص للبولي إيثيلين والبولي بروبيلين. بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدامه في البولي فينيل كلوريد، والبولي ميثيل ميثاكريلات، والبولي أوكسي ميثيلين، والبولي يوريثان، والبوليستر غير المشبع، وراتنج ABS، وراتنج الإيبوكسي، وراتنج السليلوز، وغيرها. يتميز هذا المنتج بمقاومة ممتازة للتسامي الحراري، وقابلية عالية للغسل، ومقاومة لتلاشي الغازات، واحتفاظ جيد بالخواص الميكانيكية. كما أنه يُظهر تأثيرًا تآزريًا ملحوظًا عند استخدامه مع مضادات الأكسدة، ويُستخدم لتحسين الثبات الحراري التأكسدي للمنتجات.

(5) ريزورسينول مونوبنزوات مسحوق بلوري أبيض. درجة انصهاره 132-135 درجة مئوية. كثافته الظاهرية 0.68 غ/سم³ (20%). يذوب في الأسيتون والإيثانول، ويذوب جزئيًا في البنزين والماء والهيبتان العادي، وغيرها. كمثبت للأشعة فوق البنفسجية، يُشابه أداؤه أداء مثبتات الضوء القائمة على البنزوفينون. يُستخدم بشكل أساسي في كلوريد البولي فينيل وراتنج السليلوز والبوليسترين، عادةً بجرعة تتراوح بين 1% و2%.