I. Begriffe und Definitionen

Sonnenlicht enthält einen hohen Anteil an ultraviolettem Licht (UV-Strahlung) mit Wellenlängen von etwa 290–460 nm, das farbige Objekte schädigt. Dieses schädliche UV-Licht führt durch eine chemische Redoxreaktion zur Zersetzung und zum Ausbleichen der Farbmoleküle. Der Einsatz von UV-Absorbern kann die schädliche Wirkung der UV-Strahlung auf geschützte Objekte wirksam verhindern oder reduzieren.

Ein UV-Absorber ist ein Lichtstabilisator, der den UV-Anteil des Sonnenlichts und von Leuchtstofflampen absorbiert, ohne sich dabei selbst zu verändern. Unter Sonneneinstrahlung und Leuchtstofflampen unterliegen Kunststoffe und andere Polymere aufgrund der UV-Strahlung Autooxidationsreaktionen, die zu Polymerabbau und -zerstörung führen und somit Aussehen und mechanische Eigenschaften beeinträchtigen. Durch die Zugabe von UV-Absorbern wird diese energiereiche UV-Strahlung selektiv absorbiert und in unschädliche Energie umgewandelt, die freigesetzt oder verbraucht wird. Da verschiedene Polymere unterschiedliche UV-Wellenlängen aufweisen, die zu Abbauprozessen führen, absorbieren verschiedene UV-Absorber unterschiedliche Wellenlängen der UV-Strahlung. Daher sollte der geeignete UV-Absorber anhand der Art des verwendeten Polymers ausgewählt werden.

II. Klassifizierung und Funktionen von Ultraviolettabsorbern

UV-Absorber sollten folgende Bedingungen erfüllen:

① Es absorbiert ultraviolette Strahlen stark (insbesondere solche mit Wellenlängen von 290–400 nm); ② Es ist thermisch stabil und verändert sich auch während der Verarbeitung nicht durch Hitze; es weist eine geringe thermische Flüchtigkeit auf; ③ Es ist chemisch stabil und reagiert nicht mit den Materialkomponenten des Produkts; ④ Es ist gut mischbar und lässt sich gleichmäßig im Material verteilen, ohne auszublühen oder auszulaufen; ⑤ Das Absorptionsmittel selbst ist photochemisch stabil, zersetzt sich nicht und behält seine Farbe; ⑥ Es ist farblos, ungiftig und geruchlos; ⑦ Es ist waschbar; ⑧ Es ist kostengünstig und leicht erhältlich.

Benzotriazol-UV-Absorber sind derzeit in China am weitesten verbreitet, Triazin-UV-Absorber weisen jedoch eine deutlich bessere Leistung auf. Triazin-Absorber besitzen neben anderen Vorteilen hervorragende UV-Absorptionseigenschaften und sind daher in Polymeren vielseitig einsetzbar. Sie zeichnen sich durch ausgezeichnete thermische Stabilität, gute Verarbeitungsstabilität und Säurebeständigkeit aus. In der Praxis zeigen Triazin-UV-Absorber einen starken Synergieeffekt mit gehinderten Amin-Lichtstabilisatoren; in Kombination erzielen sie bessere Ergebnisse als einzeln.

III. Einige gebräuchliche UV-Absorber

(1) Die Reaktionsprodukte von o-Nitroanilin und p-Kresol

Es erscheint als farblose oder blassgelbe Kristalle. Es ist in vielen organischen Lösungsmitteln wie Benzin, Benzol und Aceton löslich. In Wasser ist es sehr schwer löslich und wird durch konzentrierte Laugen oder Säuren nicht zersetzt. Es kann mit Schwermetallionen unter Bildung von Salzen reagieren. Es absorbiert ultraviolettes Licht mit Wellenlängen von 270–280 nm. Sein Schmelzpunkt liegt bei 130–131 °C.

Es wird hauptsächlich in Harzen wie Polyester, chloriertem Polyester, Celluloseacetat, Polyvinylchlorid, Polystyrol, Plexiglas und Polyacrylnitril verwendet. In transparenten Produkten weist es eine höhere Stabilität auf als in farbigen Produkten. Die Dosierung in Fertigprodukten beträgt ≤ 0,5 %.

(2) 2-Hydroxy-4-methoxybenzophenon (UV-9)

Ein blassgelbes oder weißes, kristallines Pulver. Dichte: 1,324 g/cm³. Schmelzpunkt: 62–66 °C. Siedepunkt: 150–160 °C (0,67 kPa), 220 °C (2,4 kPa). Löslich in den meisten organischen Lösungsmitteln wie Aceton, Ketonen, Benzol, Methanol, Ethylacetat, Methylethylketon und Ethanol; unlöslich in Wasser. Löslichkeit (g/100 g, 25 °C) in einigen Lösungsmitteln: Benzol 56,2, n-Hexan 4,3, Ethanol (95 %) 5,8, Tetrachlorkohlenstoff 34,5, Styrol 51,2, DOP 18,7.

Als UV-Absorber eignet es sich für verschiedene Kunststoffe wie Polyvinylchlorid (PVC), Polyvinylidenchlorid (PVDC), Polymethylmethacrylat (PMMA), ungesättigtes Polyester, ABS-Harz und Celluloseharz. Der maximale Absorptionsbereich liegt zwischen 280 und 340 nm, die typische Dosierung zwischen 0,1 % und 1,5 %. Es ist thermisch stabil und zersetzt sich nicht bei 200 °C. Da dieses Produkt nahezu kein sichtbares Licht absorbiert, eignet es sich für helle, transparente Produkte. Es kann auch in Farben und synthetischem Kautschuk eingesetzt werden.

(3) 2-Hydroxy-4-n-octyloxybenzophenon (UV-531)

Blassgelbes oder weißes, kristallines Pulver. Dichte 1,160 g/cm³ (25 °C). Schmelzpunkt 48–49 °C. Löslich in Aceton, Benzol, Ethanol und Isopropanol; schwerlöslich in Dichlorethan; unlöslich in Wasser. Löslichkeit (g/100 g, 25 °C) in einigen Lösungsmitteln: Aceton 74, Benzol 72, Methanol 2, Ethanol (95 %) 2,6, n-Heptan 40, n-Hexan 40,1, Wasser 0,5.

Als UV-Absorber absorbiert es ultraviolettes Licht mit Wellenlängen von 270–330 nm stark. Es kann in verschiedenen Kunststoffen, insbesondere Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol, ABS-Harz, Polycarbonat und Polyvinylchlorid, eingesetzt werden. Es zeichnet sich durch gute Harzverträglichkeit und geringe Flüchtigkeit aus. Die übliche Dosierung liegt zwischen 0,1 % und 1 %. In Kombination mit einer geringen Menge 4,4-Thiobis(6-tert-butyl-p-kresol) zeigt es einen guten Synergieeffekt. Dieses Produkt kann auch als Lichtstabilisator in verschiedenen Beschichtungen verwendet werden.

(4) 2-(2′-Hydroxy-3′,5′-di-tert-phenyl)-5-chlorbenzotriazol (UV-327) ist ein UV-Absorber mit ähnlichen Eigenschaften und Anwendungsgebieten wie Benzotriazol UV-326. Er absorbiert ultraviolettes Licht mit Wellenlängen von 270–380 nm stark, ist chemisch stabil und sehr flüchtig. Er ist gut mit Polyolefinen verträglich und eignet sich besonders für Polyethylen und Polypropylen. Darüber hinaus kann er auch in Polyvinylchlorid, Polymethylmethacrylat, Polyoxymethylen, Polyurethan, ungesättigten Polyestern, ABS-Harz, Epoxidharz, Celluloseharz usw. eingesetzt werden. Dieses Produkt zeichnet sich durch hervorragende Beständigkeit gegen Sublimation, Waschbarkeit, Ausbleichen durch Gase und den Erhalt der mechanischen Eigenschaften aus. In Kombination mit Antioxidantien zeigt es einen signifikanten Synergieeffekt und wird zur Verbesserung der thermooxidativen Stabilität von Produkten eingesetzt.

(5) Resorcinmonobenzoat ist ein weißes, kristallines Pulver. Schmelzpunkt: 132–135 °C. Schüttdichte: 0,68 g/cm³ (20 %). Es ist löslich in Aceton und Ethanol, schwerlöslich in Benzol, Wasser, n-Heptan usw. Als UV-Stabilisator weist es eine ähnliche Wirkung wie Benzophenon-basierte Lichtstabilisatoren auf. Es wird hauptsächlich in Polyvinylchlorid, Celluloseharz und Polystyrol eingesetzt, typischerweise in einer Dosierung von 1–2 %.