I. Thuật ngữ và Định nghĩa

Ánh sáng mặt trời chứa một lượng lớn tia cực tím (UV), với bước sóng xấp xỉ 290-460 nm, gây hại cho các vật thể có màu. Tia UV có hại này làm cho các phân tử màu bị phân hủy và phai màu thông qua phản ứng oxy hóa khử hóa học. Sử dụng chất hấp thụ tia UV có thể ngăn ngừa hoặc giảm thiểu hiệu quả tác hại của bức xạ UV đối với các vật thể được bảo vệ.

Chất hấp thụ tia UV là chất ổn định ánh sáng, hấp thụ phần tia UV của ánh sáng mặt trời và nguồn sáng huỳnh quang mà bản thân nó không bị biến đổi. Dưới ánh sáng mặt trời và ánh sáng huỳnh quang, nhựa và các polyme khác trải qua các phản ứng tự oxy hóa do tác động của bức xạ tia UV, dẫn đến sự phân hủy và hư hỏng polyme, gây ra vẻ ngoài và tính chất cơ học kém. Việc thêm chất hấp thụ tia UV sẽ hấp thụ có chọn lọc bức xạ tia UV năng lượng cao này, chuyển đổi nó thành năng lượng vô hại được giải phóng hoặc tiêu thụ. Vì các polyme khác nhau có bước sóng tia UV khác nhau gây ra sự phân hủy, nên các chất hấp thụ tia UV khác nhau sẽ hấp thụ các bước sóng bức xạ tia UV khác nhau. Do đó, cần lựa chọn chất hấp thụ tia UV phù hợp dựa trên loại polyme được sử dụng.

II. Phân loại và chức năng của các chất hấp thụ tia cực tím

Các vật liệu hấp thụ tia cực tím cần đáp ứng các điều kiện sau:

① Có khả năng hấp thụ mạnh tia cực tím (đặc biệt là tia cực tím có bước sóng từ 290~400nm); ② Có độ ổn định nhiệt tốt và không bị biến đổi do nhiệt ngay cả trong quá trình gia công, độ bay hơi nhiệt thấp; ③ Có độ ổn định hóa học tốt và không phản ứng bất lợi với các thành phần vật liệu trong sản phẩm; ④ Có khả năng trộn lẫn tốt và có thể phân tán đều trong vật liệu mà không bị vón cục hoặc rò rỉ; ⑤ Bản thân chất hấp thụ có độ ổn định quang hóa tốt, không bị phân hủy và không đổi màu; ⑥ Không màu, không độc hại và không mùi; ⑦ Có thể giặt được; ⑧ Giá thành rẻ và dễ tìm mua.

Các chất hấp thụ tia UV gốc benzotriazole hiện là loại được sử dụng rộng rãi nhất ở Trung Quốc, nhưng các chất hấp thụ tia UV gốc triazine cho thấy hiệu suất tốt hơn đáng kể so với benzotriazole. Chất hấp thụ triazine sở hữu đặc tính hấp thụ tia UV tuyệt vời, cùng với các ưu điểm khác, khiến chúng được ứng dụng rộng rãi trong polyme. Chúng thể hiện độ ổn định nhiệt tuyệt vời, độ ổn định khi gia công tốt và khả năng chống axit. Trong các ứng dụng thực tế, chất hấp thụ tia UV gốc triazine cho thấy hiệu ứng hiệp đồng mạnh mẽ với các chất ổn định ánh sáng amin cản trở; khi được sử dụng cùng nhau, chúng cho kết quả tốt hơn so với khi sử dụng riêng lẻ.

III. Một số chất hấp thụ tia cực tím phổ biến

(1) Sản phẩm phản ứng của o-nitroaniline và p-cresol

Nó xuất hiện dưới dạng tinh thể không màu hoặc vàng nhạt. Nó tan được trong nhiều dung môi hữu cơ như xăng, benzen và axeton. Nó có độ tan rất thấp trong nước và không bị phân hủy bởi kiềm hoặc axit đậm đặc. Nó có thể phản ứng với các ion kim loại nặng để tạo thành muối. Nó có thể hấp thụ tia cực tím có bước sóng từ 270-280 nm. Điểm nóng chảy của nó là 130-131℃.

Nó chủ yếu được sử dụng trong các loại nhựa như polyester, polyester clo hóa, cellulose axetat, polyvinyl clorua, polystyren, plexiglass và polyacrylonitrile. Nó thể hiện độ ổn định tốt hơn trong các sản phẩm trong suốt so với các sản phẩm có màu. Liều lượng sử dụng trong sản phẩm hoàn thiện là ≤0,5%.

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

Bột tinh thể màu vàng nhạt hoặc trắng. Khối lượng riêng 1,324 g/cm³. Điểm nóng chảy 62-66℃. Điểm sôi 150-160℃ (0,67 kPa), 220℃ (2,4 kPa). Tan trong hầu hết các dung môi hữu cơ như axeton, xeton, benzen, metanol, etyl axetat, metyl etyl xeton và etanol; không tan trong nước. Độ tan (g/100g, 25℃) trong một số dung môi như sau: benzen 56,2, n-hexan 4,3, etanol (95%) 5,8, cacbon tetraclorua 34,5, styren 51,2, DOP 18,7.

Là chất hấp thụ tia UV, sản phẩm này thích hợp cho nhiều loại nhựa khác nhau như polyvinyl clorua, polyvinylidene clorua, polymethyl methacrylate, polyester không bão hòa, nhựa ABS và nhựa xenluloza. Bước sóng hấp thụ tối đa nằm trong khoảng 280~340nm, và liều lượng sử dụng điển hình là 0,1%~1,5%. Sản phẩm có độ ổn định nhiệt tốt và không bị phân hủy ở 200℃. Sản phẩm này hầu như không hấp thụ ánh sáng nhìn thấy, do đó thích hợp cho các sản phẩm có màu sáng và trong suốt. Nó cũng có thể được sử dụng trong sơn và cao su tổng hợp.

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

Bột tinh thể màu vàng nhạt hoặc trắng. Khối lượng riêng 1,160 g/cm³ (25℃). Điểm nóng chảy 48~49℃. Tan trong axeton, benzen, etanol và isopropanol; tan ít trong dicloroetan; không tan trong nước. Độ tan (g/100g, 25℃) trong một số dung môi là: axeton 74, benzen 72, metanol 2, etanol (95%) 2,6, n-heptan 40, n-hexan 40,1, nước 0,5.

Là chất hấp thụ tia cực tím, nó hấp thụ mạnh ánh sáng cực tím có bước sóng từ 270-330 nm. Nó có thể được sử dụng trong nhiều loại nhựa, đặc biệt là polyetylen, polypropylen, polystyren, nhựa ABS, polycacbonat và polyvinyl clorua. Nó có khả năng tương thích tốt với nhựa và độ bay hơi thấp. Liều lượng điển hình là từ 0,1% đến 1%. Nó có tác dụng hiệp đồng tốt khi được sử dụng với một lượng nhỏ 4,4-thiobis(6-tert-butyl-p-cresol). Sản phẩm này cũng có thể được sử dụng như một chất ổn định ánh sáng trong các loại sơn phủ khác nhau.

(4) 2-(2′-hydroxy-3′,5′-di-tert-phenyl)-5-chlorobenzotriazole (UV-327) là chất hấp thụ tia cực tím có tính chất và công dụng tương tự như benzotriazole UV-326. Nó hấp thụ mạnh tia cực tím có bước sóng từ 270~380nm, có độ ổn định hóa học tốt và độ bay hơi rất thấp. Nó có khả năng tương thích tốt với polyolefin. Nó đặc biệt thích hợp cho polyetylen và polypropylen. Ngoài ra, nó cũng có thể được sử dụng trong polyvinyl clorua, polymetyl metacrylat, polyoxymetyl etyl, polyuretan, polyester không bão hòa, nhựa ABS, nhựa epoxy, nhựa xenluloza, v.v. Sản phẩm này có khả năng chống thăng hoa nhiệt, khả năng giặt, khả năng chống phai màu do khí và khả năng duy trì tính chất cơ học tuyệt vời. Nó có tác dụng hiệp đồng đáng kể khi được sử dụng với chất chống oxy hóa. Nó được sử dụng để cải thiện độ ổn định nhiệt oxy hóa của sản phẩm.

(5) Resorcinol monobenzoat là một loại bột tinh thể màu trắng. Điểm nóng chảy 132~135℃. Khối lượng riêng 0,68 g/cm³ (20%). Tan trong axeton và etanol, tan ít trong benzen, nước, n-heptan, v.v. Là một chất ổn định ánh sáng UV, hiệu suất của nó tương tự như các chất ổn định ánh sáng gốc benzophenone. Nó chủ yếu được sử dụng trong polyvinyl clorua, nhựa xenluloza và polystyren, thường ở liều lượng từ 1% đến 2%.