I. คำศัพท์และคำจำกัดความ

แสงแดดมีรังสีอัลตราไวโอเลต (UV) ในปริมาณมาก โดยมีช่วงความยาวคลื่นประมาณ 290-460 นาโนเมตร ซึ่งเป็นอันตรายต่อวัตถุที่มีสี รังสี UV ที่เป็นอันตรายนี้ทำให้โมเลกุลของสีสลายตัวและซีดจางลงผ่านปฏิกิริยาออกซิเดชัน-รีดักชันทางเคมี การใช้สารดูดซับรังสี UV สามารถป้องกันหรือลดผลกระทบที่เป็นอันตรายของรังสี UV ต่อวัตถุที่ได้รับการปกป้องได้อย่างมีประสิทธิภาพ

สารดูดซับรังสียูวีเป็นสารรักษาเสถียรภาพของแสงที่ดูดซับรังสียูวีจากแสงแดดและแหล่งกำเนิดแสงฟลูออเรสเซนต์โดยไม่เปลี่ยนแปลงตัวเอง ภายใต้แสงแดดและแสงฟลูออเรสเซนต์ พลาสติกและพอลิเมอร์อื่นๆ จะเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันเองเนื่องจากรังสียูวี ทำให้พอลิเมอร์เสื่อมสภาพและเสียหาย ส่งผลให้รูปลักษณ์และคุณสมบัติทางกลไม่ดี การเติมสารดูดซับรังสียูวีจะดูดซับรังสียูวีพลังงานสูงนี้อย่างเลือกสรร เปลี่ยนเป็นพลังงานที่ไม่เป็นอันตรายซึ่งจะถูกปล่อยออกมาหรือใช้ไป เนื่องจากพอลิเมอร์แต่ละชนิดมีรังสียูวีที่มีความยาวคลื่นต่างกันซึ่งทำให้เกิดการเสื่อมสภาพ สารดูดซับรังสียูวีจึงดูดซับรังสียูวีที่มีความยาวคลื่นต่างกัน ดังนั้นจึงควรเลือกสารดูดซับรังสียูวีที่เหมาะสมตามชนิดของพอลิเมอร์ที่ใช้

II. การจำแนกประเภทและหน้าที่ของสารดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลต

สารดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลตควรมีคุณสมบัติตามเงื่อนไขดังต่อไปนี้:

① สามารถดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลตได้ดี (โดยเฉพาะรังสีอัลตราไวโอเลตที่มีความยาวคลื่น 290-400 นาโนเมตร); ② มีเสถียรภาพทางความร้อนที่ดีและจะไม่เปลี่ยนแปลงเนื่องจากความร้อนแม้ในระหว่างกระบวนการผลิต มีความผันผวนทางความร้อนต่ำ; ③ มีเสถียรภาพทางเคมีที่ดีและจะไม่ทำปฏิกิริยาที่ไม่พึงประสงค์กับส่วนประกอบของวัสดุในผลิตภัณฑ์; ④ มีความสามารถในการผสมที่ดีและสามารถกระจายตัวได้อย่างสม่ำเสมอในวัสดุโดยไม่เกิดการตกตะกอนหรือซึม; ⑤ สารดูดซับเองมีเสถียรภาพทางเคมีแสงที่ดี ไม่สลายตัว และไม่เปลี่ยนสี; ⑥ ไม่มีสี ปลอดสารพิษ และไม่มีกลิ่น; ⑦ สามารถซักได้; ⑧ มีราคาไม่แพงและหาได้ง่าย

สารดูดซับรังสียูวีประเภทเบนโซไตรอะโซลเป็นประเภทที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในประเทศจีนในปัจจุบัน แต่สารดูดซับรังสียูวีประเภทไตรอะซีนแสดงประสิทธิภาพที่ดีกว่าเบนโซไตรอะโซลอย่างเห็นได้ชัด สารดูดซับไตรอะซีนมีคุณสมบัติการดูดซับรังสียูวีที่ยอดเยี่ยม พร้อมด้วยข้อดีอื่นๆ ทำให้สามารถนำไปใช้ได้อย่างกว้างขวางในโพลิเมอร์ มีเสถียรภาพทางความร้อนที่ดี มีเสถียรภาพในการแปรรูปที่ดี และทนต่อกรด ในการใช้งานจริง สารดูดซับรังสียูวีประเภทไตรอะซีนแสดงผลเสริมฤทธิ์กันอย่างมากกับสารกันแสงประเภทเอมีนที่มีหมู่กีดขวาง เมื่อใช้ร่วมกันจะให้ผลลัพธ์ที่ดีกว่าการใช้แยกกัน

III. สารดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลตทั่วไปหลายชนิด

(1) ผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาของ o-nitroaniline และ p-cresol

สารนี้มีลักษณะเป็นผลึกไม่มีสีหรือสีเหลืองอ่อน ละลายได้ในตัวทำละลายอินทรีย์หลายชนิด เช่น น้ำมันเบนซิน เบนซีน และอะซิโตน ละลายในน้ำได้น้อยมาก และไม่สลายตัวเมื่อทำปฏิกิริยากับด่างหรือกรดเข้มข้น สามารถทำปฏิกิริยากับไอออนของโลหะหนักเพื่อสร้างเกลือได้ สามารถดูดซับแสงอัลตราไวโอเลตที่มีความยาวคลื่น 270-280 นาโนเมตร จุดหลอมเหลวอยู่ที่ 130-131 องศาเซลเซียส

โดยส่วนใหญ่ใช้ในเรซิน เช่น โพลีเอสเตอร์ โพลีเอสเตอร์คลอริเนต เซลลูโลสอะซิเตท โพลีไวนิลคลอไรด์ โพลีสไตรีน เพล็กซิกลาส และโพลีอะคริโลไนไตรล์ มีเสถียรภาพที่ดีกว่าในผลิตภัณฑ์โปร่งใสมากกว่าในผลิตภัณฑ์สี ปริมาณที่ใช้ในผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปคือ ≤0.5%

(2) 2-ไฮดรอกซี-4-เมทอกซีเบนโซฟีโนน (UV-9)

ผงผลึกสีเหลืองอ่อนหรือสีขาว ความหนาแน่น 1.324 กรัม/ซม³ จุดหลอมเหลว 62-66℃ จุดเดือด 150-160℃ (0.67 kPa), 220℃ (2.4 kPa) ละลายได้ในตัวทำละลายอินทรีย์ส่วนใหญ่ เช่น อะซิโตน คีโตน เบนซีน เมทานอล เอทิลอะซิเตต เมทิลเอทิลคีโตน และเอทานอล ไม่ละลายในน้ำ ความสามารถในการละลาย (กรัม/100 กรัม, 25℃) ในตัวทำละลายบางชนิดมีดังนี้: เบนซีน 56.2, n-เฮกเซน 4.3, เอทานอล (95%) 5.8, คาร์บอนเตตระคลอไรด์ 34.5, สไตรีน 51.2, DOP 18.7

สารดูดซับรังสียูวีนี้เหมาะสำหรับพลาสติกหลายชนิด เช่น โพลีไวนิลคลอไรด์ โพลีไวนิลิดีนคลอไรด์ โพลีเมทิลเมทาคริเลต โพลีเอสเตอร์ไม่อิ่มตัว เรซิน ABS และเรซินเซลลูโลส ช่วงความยาวคลื่นการดูดซับสูงสุดคือ 280~340 นาโนเมตร และปริมาณการใช้โดยทั่วไปคือ 0.1%~1.5% มีเสถียรภาพทางความร้อนที่ดีและไม่สลายตัวที่อุณหภูมิ 200℃ ผลิตภัณฑ์นี้ดูดซับแสงที่มองเห็นได้น้อยมาก ทำให้เหมาะสำหรับผลิตภัณฑ์สีอ่อนและโปร่งใส นอกจากนี้ยังสามารถใช้ในสีและยางสังเคราะห์ได้อีกด้วย

(3) 2-ไฮดรอกซี-4-เอ็น-ออกทิลออกซีเบนโซฟีโนน (UV-531)

ผงผลึกสีเหลืองอ่อนหรือสีขาว ความหนาแน่น 1.160 กรัม/ซม³ (25℃) จุดหลอมเหลว 48-49℃ ละลายได้ในอะซิโตน เบนซีน เอทานอล และไอโซโพรพานอล ละลายได้เล็กน้อยในไดคลอโรอีเทน ไม่ละลายในน้ำ ความสามารถในการละลาย (กรัม/100 กรัม, 25℃) ในตัวทำละลายบางชนิดมีดังนี้: อะซิโตน 74, เบนซีน 72, เมทานอล 2, เอทานอล (95%) 2.6, เอ็น-เฮปเทน 40, เอ็น-เฮกเซน 40.1, น้ำ 0.5

สารดูดซับรังสียูวีชนิดนี้สามารถดูดซับรังสียูวีที่มีความยาวคลื่น 270-330 นาโนเมตรได้อย่างมีประสิทธิภาพ สามารถใช้ในพลาสติกหลายชนิด โดยเฉพาะโพลีเอทิลีน โพลีโพรพีลีน โพลีสไตรีน เรซิน ABS โพลีคาร์บอเนต และโพลีไวนิลคลอไรด์ มีความเข้ากันได้ดีกับเรซินและมีความระเหยต่ำ ปริมาณการใช้โดยทั่วไปคือ 0.1% ถึง 1% มีผลเสริมฤทธิ์ที่ดีเมื่อใช้ร่วมกับ 4,4-thiobis(6-tert-butyl-p-cresol) ในปริมาณเล็กน้อย ผลิตภัณฑ์นี้ยังสามารถใช้เป็นสารกันแสงในสารเคลือบต่างๆ ได้อีกด้วย

(4) 2-(2′-ไฮดรอกซี-3′,5′-ได-เทิร์ต-ฟีนิล)-5-คลอโรเบนโซไตรอะโซล (UV-327) เป็นสารดูดซับรังสียูวีที่มีคุณสมบัติและการใช้งานคล้ายกับเบนโซไตรอะโซล UV-326 สามารถดูดซับแสงอัลตราไวโอเลตที่มีความยาวคลื่น 270~380 นาโนเมตรได้ดี มีความเสถียรทางเคมีที่ดี และมีความระเหยต่ำมาก เข้ากันได้ดีกับโพลีโอเลฟิน โดยเฉพาะอย่างยิ่งเหมาะสำหรับโพลีเอทิลีนและโพลีโพรพีลีน นอกจากนี้ยังสามารถใช้ในโพลีไวนิลคลอไรด์ โพลีเมทิลเมทาคริเลต โพลีออกซีเมทิลีน โพลียูรีเทน โพลีเอสเตอร์ไม่อิ่มตัว เรซิน ABS เรซินอีพ็อกซี เรซินเซลลูโลส เป็นต้น ผลิตภัณฑ์นี้มีความทนทานต่อการระเหิดจากความร้อน ความสามารถในการซัก ความทนทานต่อการซีดจางจากก๊าซ และการคงคุณสมบัติทางกลได้ดีเยี่ยม มีผลเสริมฤทธิ์กันอย่างมีนัยสำคัญเมื่อใช้ร่วมกับสารต้านอนุมูลอิสระ ใช้เพื่อปรับปรุงเสถียรภาพทางความร้อนและออกซิเดชันของผลิตภัณฑ์

(5) รีซอร์ซินอลโมโนเบนโซเอตเป็นผงผลึกสีขาว จุดหลอมเหลว 132~135℃ ความหนาแน่น 0.68 กรัม/ซม³ (20%) ละลายได้ในอะซิโตนและเอทานอล ละลายได้เล็กน้อยในเบนซีน น้ำ เอ็น-เฮปเทน เป็นต้น ในฐานะสารป้องกันรังสียูวี ประสิทธิภาพของมันคล้ายกับสารป้องกันรังสียูวีที่ใช้เบนโซฟีโนนเป็นหลัก ส่วนใหญ่ใช้ในโพลีไวนิลคลอไรด์ เรซินเซลลูโลส และโพลีสไตรีน โดยทั่วไปใช้ในปริมาณ 1% ถึง 2%