الف. اصطلاحات و تعاریف

نور خورشید حاوی مقدار زیادی نور فرابنفش (UV) با طول موج تقریباً 290-460 نانومتر است که برای اشیاء رنگی مضر است. این نور مضر فرابنفش باعث می‌شود مولکول‌های رنگ از طریق یک واکنش شیمیایی اکسایش-کاهش تجزیه و محو شوند. استفاده از جاذب‌های فرابنفش می‌تواند به طور مؤثر از اثرات مخرب تابش فرابنفش بر اشیاء محافظت‌شده جلوگیری یا آنها را کاهش دهد.

جاذب UV یک تثبیت‌کننده نور است که بخش UV نور خورشید و منابع نور فلورسنت را بدون هیچ تغییری جذب می‌کند. در زیر نور خورشید و فلورسانس، پلاستیک‌ها و سایر پلیمرها به دلیل تابش اشعه ماوراء بنفش، واکنش‌های خوداکسیداسیون را انجام می‌دهند که منجر به تخریب و زوال پلیمر می‌شود و در نتیجه ظاهر و خواص مکانیکی ضعیفی ایجاد می‌کند. افزودن جاذب‌های UV به صورت انتخابی این تابش UV پرانرژی را جذب می‌کند و آن را به انرژی بی‌ضرری تبدیل می‌کند که آزاد یا مصرف می‌شود. از آنجایی که پلیمرهای مختلف طول موج‌های UV متفاوتی دارند که باعث تخریب می‌شوند، جاذب‌های UV مختلف طول موج‌های مختلفی از تابش UV را جذب می‌کنند. بنابراین، جاذب UV مناسب باید بر اساس نوع پلیمر مورد استفاده انتخاب شود.

دوم. طبقه‌بندی و عملکرد جاذب‌های فرابنفش

جاذب‌های فرابنفش باید شرایط زیر را داشته باشند:

① می‌تواند اشعه ماوراء بنفش (به‌ویژه اشعه ماوراء بنفش با طول موج‌های 290 تا 400 نانومتر) را به شدت جذب کند؛ ② پایداری حرارتی خوبی دارد و حتی در حین پردازش در اثر گرما تغییر نمی‌کند و فراریت حرارتی کمی دارد؛ ③ پایداری شیمیایی خوبی دارد و با اجزای ماده در محصول واکنش منفی نشان نمی‌دهد؛ ④ امتزاج‌پذیری خوبی دارد و می‌تواند به طور یکنواخت در ماده بدون ایجاد حباب یا نشت پراکنده شود؛ ⑤ خود جاذب پایداری فتوشیمیایی خوبی دارد، تجزیه نمی‌شود و تغییر رنگ نمی‌دهد؛ ⑥ بی‌رنگ، غیرسمی و بی‌بو است؛ ⑦ قابل شستشو است؛ ⑧ ارزان و به راحتی در دسترس است.

جاذب‌های فرابنفش بنزوتریازول در حال حاضر پرکاربردترین نوع در چین هستند، اما جاذب‌های فرابنفش تریازین عملکرد به مراتب بهتری نسبت به بنزوتریازول‌ها نشان می‌دهند. جاذب‌های تریازین دارای خواص جذب فرابنفش عالی، همراه با مزایای دیگر هستند که آنها را به طور گسترده در پلیمرها قابل استفاده می‌کند. آنها پایداری حرارتی عالی، پایداری فرآیندی خوب و مقاومت اسیدی را نشان می‌دهند. در کاربردهای عملی، جاذب‌های فرابنفش تریازین اثر هم‌افزایی قوی با پایدارکننده‌های نوری آمین مانع‌دار نشان می‌دهند. هنگامی که با هم استفاده می‌شوند، نتایج بهتری نسبت به زمانی که به صورت جداگانه استفاده می‌شوند، ایجاد می‌کنند.

III. چندین جاذب فرابنفش رایج

(1) محصولات واکنش o-nitroaniline و p-cresol

به صورت بلورهای بی‌رنگ یا زرد کم‌رنگ ظاهر می‌شود. در بسیاری از حلال‌های آلی مانند بنزین، بنزن و استون محلول است. حلالیت بسیار کمی در آب دارد و توسط قلیاها یا اسیدهای غلیظ تجزیه نمی‌شود. می‌تواند با یون‌های فلزات سنگین واکنش داده و نمک تشکیل دهد. می‌تواند نور فرابنفش را با طول موج ۲۷۰-۲۸۰ نانومتر جذب کند. نقطه ذوب آن ۱۳۰-۱۳۱ درجه سانتیگراد است.

این ماده عمدتاً در رزین‌هایی مانند پلی‌استر، پلی‌استر کلرینه‌شده، سلولز استات، پلی‌وینیل کلراید، پلی‌استایرن، پلکسی‌گلاس و پلی‌آکریلونیتریل استفاده می‌شود. در محصولات شفاف نسبت به محصولات رنگی، پایداری بهتری از خود نشان می‌دهد. میزان مصرف در محصولات نهایی ≤0.5٪ است.

(2) 2-هیدروکسی-4-متوکسی بنزوفنون (UV-9)

پودر کریستالی زرد کمرنگ یا سفید. چگالی ۱.۳۲۴ گرم بر سانتی‌متر مکعب. نقطه ذوب ۶۲-۶۶ درجه سانتیگراد. نقطه جوش ۱۵۰-۱۶۰ درجه سانتیگراد (۰.۶۷ کیلوپاسکال)، ۲۲۰ درجه سانتیگراد (۲.۴ کیلوپاسکال). محلول در اکثر حلال‌های آلی مانند استون، کتون‌ها، بنزن، متانول، اتیل استات، متیل اتیل کتون و اتانول؛ نامحلول در آب. حلالیت (گرم در ۱۰۰ گرم، ۲۵ درجه سانتیگراد) در برخی از حلال‌ها به شرح زیر است: بنزن ۵۶.۲، نرمال هگزان ۴.۳، اتانول (۹۵٪) ۵.۸، تتراکلرید کربن ۳۴.۵، استایرن ۵۱.۲، DOP ۱۸.۷.

به عنوان جاذب اشعه ماوراء بنفش، برای پلاستیک‌های مختلف مانند پلی وینیل کلرید، پلی وینیلیدن کلرید، پلی متیل متاکریلات، پلی استر غیراشباع، رزین ABS و رزین سلولز مناسب است. حداکثر محدوده طول موج جذب 280 تا 340 نانومتر است و دوز معمول آن 0.1٪ تا 1.5٪ است. پایداری حرارتی خوبی دارد و در دمای 200 درجه سانتیگراد تجزیه نمی‌شود. این محصول تقریباً هیچ نور مرئی را جذب نمی‌کند و آن را برای محصولات شفاف با رنگ روشن مناسب می‌سازد. همچنین می‌توان از آن در رنگ‌ها و لاستیک مصنوعی استفاده کرد.

(3) 2-هیدروکسی-4-n-اکتیل اکسی بنزوفنون (UV-531)

پودر کریستالی زرد کمرنگ یا سفید. چگالی ۱.۱۶۰ گرم بر سانتی‌متر مکعب (۲۵ درجه سانتیگراد). نقطه ذوب ۴۸ تا ۴۹ درجه سانتیگراد. محلول در استون، بنزن، اتانول و ایزوپروپانول؛ کمی محلول در دی‌کلرواتان؛ نامحلول در آب. حلالیت (گرم در ۱۰۰ گرم، ۲۵ درجه سانتیگراد) در برخی از حلال‌ها: استون ۷۴، بنزن ۷۲، متانول ۲، اتانول (۹۵٪) ۲.۶، نرمال هپتان ۴۰، نرمال هگزان ۴۰.۱، آب ۰.۵.

به عنوان یک جاذب اشعه ماوراء بنفش، نور ماوراء بنفش را با طول موج‌های ۲۷۰ تا ۳۳۰ نانومتر به شدت جذب می‌کند. می‌توان از آن در پلاستیک‌های مختلف، به ویژه پلی‌اتیلن، پلی‌پروپیلن، پلی‌استایرن، رزین ABS، پلی‌کربنات و پلی‌وینیل کلراید استفاده کرد. سازگاری خوبی با رزین‌ها و فراریت کم دارد. دوز معمول آن ۰.۱٪ تا ۱٪ است. در صورت استفاده با مقدار کمی ۴،۴-تیوبیس (۶-ترت-بوتیل-p-کرزول)، اثر هم‌افزایی خوبی دارد. این محصول همچنین می‌تواند به عنوان تثبیت‌کننده نور در پوشش‌های مختلف استفاده شود.

(4) 2-(2′-هیدروکسی-3′،5′-دی-ترت-فنیل)-5-کلروبنزوتریازول (UV-327) یک جاذب UV با خواص و کاربردهای مشابه بنزوتریازول UV-326 است. این ماده نور ماوراء بنفش را با طول موج‌های 270 تا 380 نانومتر به شدت جذب می‌کند، پایداری شیمیایی خوبی دارد و فراریت بسیار کمی دارد. سازگاری خوبی با پلی‌اولفین‌ها دارد. به ویژه برای پلی‌اتیلن و پلی‌پروپیلن مناسب است. علاوه بر این، می‌توان از آن در پلی‌وینیل کلرید، پلی‌متیل متاکریلات، پلی‌اکسی‌متیلن، پلی‌اورتان، پلی‌استر غیراشباع، رزین ABS، رزین اپوکسی، رزین سلولز و غیره نیز استفاده کرد. این محصول دارای مقاومت عالی در برابر تصعید حرارتی، قابلیت شستشو، مقاومت در برابر محو شدن گاز و حفظ خواص مکانیکی است. در صورت استفاده با آنتی‌اکسیدان‌ها، اثر هم‌افزایی قابل توجهی دارد. از آن برای بهبود پایداری حرارتی-اکسیداتیو محصولات استفاده می‌شود.

(5) رزورسینول مونوبنزوات یک پودر کریستالی سفید است. نقطه ذوب 132 تا 135 درجه سانتیگراد. چگالی فله 0.68 گرم بر سانتی‌متر مکعب (20%). محلول در استون و اتانول، کمی محلول در بنزن، آب، نرمال هپتان و غیره. به عنوان یک تثبیت‌کننده نور UV، عملکرد آن مشابه تثبیت‌کننده‌های نوری مبتنی بر بنزوفنون است. این ماده عمدتاً در پلی‌وینیل کلرید، رزین سلولز و پلی‌استایرن، معمولاً با دوز 1% تا 2% استفاده می‌شود.