I. Terminy i definicje

Światło słoneczne zawiera dużą ilość promieniowania ultrafioletowego (UV) o długości fali około 290–460 nm, które jest szkodliwe dla kolorowych obiektów. To szkodliwe promieniowanie UV powoduje rozkład i blaknięcie cząsteczek koloru w wyniku chemicznej reakcji redoks. Stosowanie absorberów UV może skutecznie zapobiegać lub ograniczać szkodliwe działanie promieniowania UV na chronione obiekty.

Absorber UV to stabilizator światła, który pochłania promieniowanie UV pochodzące ze światła słonecznego i fluorescencyjnych źródeł światła, nie ulegając przy tym żadnym zmianom. Pod wpływem światła słonecznego i fluorescencji tworzywa sztuczne i inne polimery ulegają reakcjom autooksydacji pod wpływem promieniowania UV, co prowadzi do degradacji i pogorszenia jakości polimerów, a w konsekwencji do pogorszenia ich wyglądu i właściwości mechanicznych. Dodanie absorberów UV selektywnie absorbuje to wysokoenergetyczne promieniowanie UV, przekształcając je w nieszkodliwą energię, która jest uwalniana lub zużywana. Ponieważ różne polimery charakteryzują się różną długością fali UV, która powoduje degradację, różne absorbery UV absorbują promieniowanie UV o różnej długości fali. Dlatego odpowiedni absorber UV należy dobrać w oparciu o rodzaj zastosowanego polimeru.

II. Klasyfikacja i funkcje absorberów promieniowania ultrafioletowego

Absorbery promieniowania ultrafioletowego powinny spełniać następujące warunki:

① Może silnie absorbować promienie ultrafioletowe (szczególnie promienie ultrafioletowe o długości fali 290~400 nm); ② Ma dobrą stabilność termiczną i nie zmienia się pod wpływem ciepła nawet podczas przetwarzania, przy niskiej lotności cieplnej; ③ Ma dobrą stabilność chemiczną i nie reaguje niekorzystnie ze składnikami materiału w produkcie; ④ Ma dobrą mieszalność i można go równomiernie rozprowadzić w materiale bez wykwitów lub przesiąkania; ⑤ Sam absorbent ma dobrą stabilność fotochemiczną, nie rozkłada się i nie zmienia koloru; ⑥ Jest bezbarwny, nietoksyczny i bezwonny; ⑦ Jest zmywalny; ⑧ Jest niedrogi i łatwo dostępny.

Absorbery UV na bazie benzotriazolu są obecnie najszerzej stosowanym typem absorberów w Chinach, ale absorbery UV na bazie triazyny wykazują znacznie lepszą wydajność niż benzotriazole. Absorbery triazyny posiadają doskonałe właściwości absorpcji promieniowania UV, a także inne zalety, co czyni je szeroko stosowanymi w polimerach. Charakteryzują się doskonałą stabilnością termiczną, dobrą stabilnością w procesie przetwarzania i odpornością na kwasy. W zastosowaniach praktycznych absorbery UV na bazie triazyny wykazują silne działanie synergistyczne ze stabilizatorami światła na bazie amin z zawadą przestrzenną; stosowane razem dają lepsze rezultaty niż stosowane osobno.

III. Kilka powszechnych absorberów promieniowania ultrafioletowego

(1) Produkty reakcji o-nitroaniliny i p-krezolu

Występuje w postaci bezbarwnych lub jasnożółtych kryształów. Jest rozpuszczalny w wielu rozpuszczalnikach organicznych, takich jak benzyna, benzen i aceton. Ma bardzo niską rozpuszczalność w wodzie i nie rozkłada się pod wpływem stężonych zasad ani kwasów. Może reagować z jonami metali ciężkich, tworząc sole. Może absorbować promieniowanie ultrafioletowe o długości fali 270-280 nm. Jego temperatura topnienia wynosi 130-131°C.

Stosowany jest głównie w żywicach takich jak poliester, chlorowany poliester, octan celulozy, polichlorek winylu, polistyren, pleksiglas i poliakrylonitryl. Wykazuje lepszą stabilność w produktach przezroczystych niż w produktach kolorowych. Dozowanie w produktach gotowych wynosi ≤0,5%.

(2) 2-hydroksy-4-metoksybenzofenon (UV-9)

Jasnożółty lub biały, krystaliczny proszek. Gęstość 1,324 g/cm³. Temperatura topnienia 62–66°C. Temperatura wrzenia 150–160°C (0,67 kPa), 220°C (2,4 kPa). Rozpuszczalny w większości rozpuszczalników organicznych, takich jak aceton, ketony, benzen, metanol, octan etylu, metyloetyloketon i etanol; nierozpuszczalny w wodzie. Rozpuszczalność (g/100 g, 25°C) w niektórych rozpuszczalnikach jest następująca: benzen 56,2, n-heksan 4,3, etanol (95%) 5,8, czterochlorek węgla 34,5, styren 51,2, DOP 18,7.

Jako absorber promieniowania UV, nadaje się do różnych tworzyw sztucznych, takich jak polichlorek winylu, polichlorek winylidenu, polimetakrylan metylu, nienasycony poliester, żywica ABS i żywica celulozowa. Maksymalny zakres absorpcji długości fali wynosi 280–340 nm, a typowe dawkowanie to 0,1–1,5%. Produkt charakteryzuje się dobrą stabilnością termiczną i nie ulega rozkładowi w temperaturze 200°C. Produkt ten praktycznie nie absorbuje światła widzialnego, dzięki czemu nadaje się do jasnych, przezroczystych produktów. Może być również stosowany w farbach i kauczuku syntetycznym.

(3) 2-hydroksy-4-n-oktyloksybenzofenon (UV-531)

Jasnożółty lub biały, krystaliczny proszek. Gęstość 1,160 g/cm³ (25℃). Temperatura topnienia 48–49℃. Rozpuszczalny w acetonie, benzenie, etanolu i izopropanolu; słabo rozpuszczalny w dichloroetanie; nierozpuszczalny w wodzie. Rozpuszczalność (g/100 g, 25℃) w niektórych rozpuszczalnikach wynosi: aceton 74, benzen 72, metanol 2, etanol (95%) 2,6, n-heptan 40, n-heksan 40,1, woda 0,5.

Jako absorber promieniowania UV, silnie absorbuje promieniowanie ultrafioletowe o długości fali 270–330 nm. Może być stosowany w różnych tworzywach sztucznych, zwłaszcza w polietylenie, polipropylenie, polistyrenie, żywicy ABS, poliwęglanie i polichlorku winylu. Charakteryzuje się dobrą kompatybilnością z żywicami i niską lotnością. Typowe dawkowanie wynosi od 0,1% do 1%. Wykazuje dobry efekt synergistyczny w połączeniu z niewielką ilością 4,4-tiobis(6-tert-butylo-p-krezolu). Produkt ten może być również stosowany jako stabilizator światła w różnych powłokach.

(4) 2-(2′-hydroksy-3′,5′-di-tert-fenylo)-5-chlorobenzotriazol (UV-327) to absorber promieniowania UV o podobnych właściwościach i zastosowaniach jak benzotriazol UV-326. Silnie absorbuje promieniowanie ultrafioletowe o długości fali 270–380 nm, charakteryzuje się dobrą stabilnością chemiczną i bardzo niską lotnością. Wykazuje dobrą kompatybilność z poliolefinami. Szczególnie nadaje się do polietylenu i polipropylenu. Ponadto może być stosowany w polichlorku winylu, polimetakrylanie metylu, polioksymetylenie, poliuretanie, nienasyconym poliestrze, żywicy ABS, żywicy epoksydowej, żywicy celulozowej itp. Produkt ten charakteryzuje się doskonałą odpornością na sublimację cieplną, zmywalnością, odpornością na blaknięcie pod wpływem gazów oraz zachowaniem właściwości mechanicznych. Wykazuje znaczący efekt synergistyczny w połączeniu z przeciwutleniaczami. Służy do poprawy stabilności termooksydacyjnej produktów.

(5) Monobenzoesan rezorcyny to biały, krystaliczny proszek. Temperatura topnienia 132–135°C. Gęstość nasypowa 0,68 g/cm³ (20%). Rozpuszczalny w acetonie i etanolu, słabo rozpuszczalny w benzenie, wodzie, n-heptanie itp. Jako stabilizator światła UV, jego działanie jest podobne do działania stabilizatorów światła na bazie benzofenonu. Jest stosowany głównie w polichlorku winylu, żywicy celulozowej i polistyrenie, zazwyczaj w stężeniu od 1% do 2%.