I. Термины и определения

Солнечный свет содержит большое количество ультрафиолетового (УФ) излучения с длиной волны приблизительно 290-460 нм, которое вредно для цветных предметов. Это вредное УФ-излучение вызывает разложение и выцветание молекул цвета в результате химической окислительно-восстановительной реакции. Использование УФ-поглотителей может эффективно предотвратить или уменьшить вредное воздействие УФ-излучения на защищаемые предметы.

УФ-поглотитель — это стабилизатор света, который поглощает ультрафиолетовую составляющую солнечного света и света люминесцентных ламп, не претерпевая при этом никаких изменений. Под воздействием солнечного света и люминесцентных ламп пластмассы и другие полимеры подвергаются реакциям автоокисления под действием УФ-излучения, что приводит к деградации и ухудшению свойств полимеров, их внешнему виду и механическим характеристикам. Добавление УФ-поглотителей избирательно поглощает это высокоэнергетическое УФ-излучение, преобразуя его в безвредную энергию, которая высвобождается или потребляется. Поскольку разные полимеры имеют разные длины волн УФ-излучения, вызывающие деградацию, разные УФ-поглотители поглощают разные длины волн УФ-излучения. Поэтому соответствующий УФ-поглотитель следует выбирать в зависимости от типа используемого полимера.

II. Классификация и функции поглотителей ультрафиолетового излучения

Поглотители ультрафиолетового излучения должны соответствовать следующим условиям:

① Обладает высокой способностью поглощать ультрафиолетовые лучи (особенно ультрафиолетовые лучи с длиной волны 290–400 нм); ② Обладает хорошей термической стабильностью и не изменяется под воздействием тепла даже в процессе обработки, имеет низкую теплолетучесть; ③ Обладает хорошей химической стабильностью и не вступает в неблагоприятные реакции с компонентами материала в изделии; ④ Обладает хорошей смешиваемостью и может равномерно распределяться в материале без образования налета или просачивания; ⑤ Сам абсорбент обладает хорошей фотохимической стабильностью, не разлагается и не меняет цвет; ⑥ Бесцветен, нетоксичен и не имеет запаха; ⑦ Легко смывается; ⑧ Недорог и легкодоступен.

В настоящее время в Китае наиболее широко используются УФ-поглотители на основе бензотриазола, однако УФ-поглотители на основе триазина демонстрируют значительно лучшие характеристики, чем бензотриазолы. Триазиновые поглотители обладают превосходными свойствами поглощения УФ-излучения, а также другими преимуществами, что делает их широко применимыми в полимерной промышленности. Они демонстрируют отличную термическую стабильность, хорошую технологическую стабильность и кислотостойкость. В практических применениях триазиновые УФ-поглотители проявляют сильный синергетический эффект с пространственно затрудненными аминными светостабилизаторами; при совместном использовании они дают лучшие результаты, чем при использовании по отдельности.

III. Несколько распространенных поглотителей ультрафиолетового излучения

(1) Продукты реакции о-нитроанилина и п-крезола

Он представляет собой бесцветные или бледно-желтые кристаллы. Растворим во многих органических растворителях, таких как бензин, бензол и ацетон. Обладает очень низкой растворимостью в воде и не разлагается концентрированными щелочами или кислотами. Может реагировать с ионами тяжелых металлов, образуя соли. Способен поглощать ультрафиолетовое излучение с длиной волны 270-280 нм. Температура плавления составляет 130-131℃.

В основном используется в смолах, таких как полиэфир, хлорированный полиэфир, ацетат целлюлозы, поливинилхлорид, полистирол, плексиглас и полиакрилонитрил. Обладает лучшей стабильностью в прозрачных изделиях, чем в окрашенных. Дозировка в готовых изделиях составляет ≤0,5%.

(2) 2-Гидрокси-4-метоксибензофенон (УФ-9)

Светло-желтый или белый кристаллический порошок. Плотность 1,324 г/см³. Температура плавления 62-66℃. Температура кипения 150-160℃ (0,67 кПа), 220℃ (2,4 кПа). Растворим в большинстве органических растворителей, таких как ацетон, кетоны, бензол, метанол, этилацетат, метилэтилкетон и этанол; нерастворим в воде. Растворимость (г/100 г, 25℃) в некоторых растворителях следующая: бензол 56,2, н-гексан 4,3, этанол (95%) 5,8, четыреххлористый углерод 34,5, стирол 51,2, ДОП 18,7.

В качестве УФ-поглотителя подходит для различных пластмасс, таких как поливинилхлорид, поливинилиденхлорид, полиметилметакрилат, ненасыщенный полиэфир, АБС-пластик и целлюлозная смола. Максимальный диапазон длин волн поглощения составляет 280–340 нм, а типичная дозировка — 0,1–1,5%. Обладает хорошей термической стабильностью и не разлагается при 200℃. Этот продукт практически не поглощает видимый свет, что делает его подходящим для светлых, прозрачных изделий. Также может использоваться в красках и синтетическом каучуке.

(3) 2-Гидрокси-4-н-октилоксибензофенон (УФ-531)

Светло-желтый или белый кристаллический порошок. Плотность 1,160 г/см³ (25℃). Температура плавления 48–49℃. Растворим в ацетоне, бензоле, этаноле и изопропаноле; слабо растворим в дихлорэтане; нерастворим в воде. Растворимость (г/100 г, 25℃) в некоторых растворителях составляет: ацетон 74, бензол 72, метанол 2, этанол (95%) 2,6, н-гептан 40, н-гексан 40,1, вода 0,5.

В качестве УФ-поглотителя он сильно поглощает ультрафиолетовое излучение с длиной волны 270-330 нм. Может использоваться в различных пластмассах, особенно в полиэтилене, полипропилене, полистироле, АБС-пластике, поликарбонате и поливинилхлориде. Обладает хорошей совместимостью со смолами и низкой летучестью. Типичная дозировка составляет от 0,1% до 1%. Обладает хорошим синергетическим эффектом при использовании с небольшим количеством 4,4-тиобис(6-трет-бутил-п-крезола). Этот продукт также может использоваться в качестве светостабилизатора в различных покрытиях.

(4) 2-(2′-гидрокси-3′,5′-ди-трет-фенил)-5-хлорбензотриазол (УФ-327) — это УФ-абсорбент со свойствами и областями применения, аналогичными бензотриазолу УФ-326. Он сильно поглощает ультрафиолетовое излучение с длиной волны 270–380 нм, обладает хорошей химической стабильностью и очень низкой летучестью. Он хорошо совместим с полиолефинами. Особенно подходит для полиэтилена и полипропилена. Кроме того, его можно использовать в поливинилхлориде, полиметилметакрилате, полиоксиметилене, полиуретане, ненасыщенном полиэфире, АБС-смоле, эпоксидной смоле, целлюлозной смоле и т. д. Этот продукт обладает превосходной термосублимационной стойкостью, моющейся способностью, устойчивостью к выцветанию под воздействием газов и сохранением механических свойств. Он оказывает значительный синергетический эффект при использовании с антиоксидантами. Используется для повышения термоокислительной стабильности продуктов.

(5) Монобензоат резорцинола представляет собой белый кристаллический порошок. Температура плавления 132–135 ℃. Насыпная плотность 0,68 г/см³ (20%). Растворим в ацетоне и этаноле, слабо растворим в бензоле, воде, н-гептане и т. д. В качестве УФ-стабилизатора его характеристики аналогичны характеристикам светостабилизаторов на основе бензофенона. В основном используется в поливинилхлориде, целлюлозной смоле и полистироле, обычно в дозировке от 1% до 2%.