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光穩(wěn)定劑的作用及應(yīng)用有哪些?

作者: 小曉    日期: 2024-11-27    點(diǎn)擊量:     文字大?。?nbsp;     
光穩(wěn)定劑的作用及應(yīng)用有哪些?

光穩(wěn)定劑
 
一、光穩(wěn)定劑的定義和分類
我們都知道,塑料在加工和使用過程中,受到光、熱、氧化等內(nèi)外因素的影響,導(dǎo)致它會發(fā)生降解或交聯(lián),使其性能變差、外觀發(fā)黃,最終失去使用價值。但發(fā)生老化最主要的原因是這些材料吸收了光能,特別是紫外線,然后產(chǎn)生光化學(xué)反應(yīng)和自動氧化反應(yīng),導(dǎo)致光降解,使產(chǎn)品外觀和物理機(jī)械性能變差,這一過程被稱為無氧老化或光老化,也稱為光氧化降解或光降解。光穩(wěn)定劑按作用機(jī)理可分為遮光劑、紫外線吸收劑、猝滅劑和自由基捕集基團(tuán)四大類(其中,受阻胺光穩(wěn)定劑是自由基捕集劑中最主要的一種)。若按光穩(wěn)定劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)分類,其市場份額順序?yàn)槭茏璋?、二苯甲酮、水楊酸、氰基丙烯酸酯等?/div>
 
二、優(yōu)秀光穩(wěn)定劑的必要條件
1.能有效吸收或反射290~400nm波長范圍內(nèi)的紫外光,或能平滑猝滅被激發(fā)分子的能量,有足夠的捕捉自由基和分解過氧化氫的能力,即能有效遏制紫外光對材料光降解的影響,對材料的光降解以及材料原有的理化性能和加工性能無不良影響。
2.與目標(biāo)材料相容性好,即加工使用過程中不噴霜、不滲水。
3.自身穩(wěn)定性好,即在加工使用過程中熱穩(wěn)定性高,熱揮發(fā)損失少。
4.可見光吸收率低,不顯色,不變色,光穩(wěn)定性好,長時間曝曬下也不會受到損傷。
5.化學(xué)穩(wěn)定性好,不與材料中其他成分及環(huán)境中其他物質(zhì)發(fā)生不良化學(xué)反應(yīng)。
6.不與其他接觸物發(fā)生遷移,尤其是對食物和藥品。
7.與其他加工助劑有協(xié)同作用,而無反協(xié)同反應(yīng),對材料加工機(jī)械無腐蝕作用。
8.材料加工、制造和使用過程中無毒或低毒,對人體無和動植物無害,對環(huán)境無污染,有良好的生物降解性和自然降解性。
9.無粉塵或低粉塵,使用和測量方便,價格低廉,適用范圍廣。
10.易在物料中溶解和分散。
 
光穩(wěn)定劑作用于許多化合物,但它們可以符合上述要求的商品很少,以上條件只能在選擇光穩(wěn)定劑時考慮,根據(jù)加工材料的種類和型號、其他添加劑品種、產(chǎn)品的用途和要求、加工設(shè)備和工藝,綜合權(quán)衡各種光穩(wěn)定劑的優(yōu)劣,最終選擇一種理想的光穩(wěn)定劑,或者兩個甚至更多小時的光穩(wěn)定劑搭配使用,從而發(fā)揮不同的優(yōu)勢,在材料光氧化的不同階段為產(chǎn)品提供多重保護(hù),使產(chǎn)品的耐光老化壽命成倍的增長,甚至是幾倍或幾十倍。
 
三、光穩(wěn)定劑在聚乙烯中的配方
1.配方一:低密度聚乙烯(100),UV-531(0.25),UV-327(-),GW-540(-),光穩(wěn)定劑-2002(0.25),抗氧劑1010(-)
2.配方二:低密度聚乙烯(100),UV-531(-),UV-327(0.2),GW-540(-),光穩(wěn)定劑-2002(0.2),抗氧劑1010(-)
3.配方三:低密度聚乙烯(100),UV-531(-),UV-327(-),GW-540(0.3),光穩(wěn)定劑-2002(-),抗氧劑1010(0.1)
 
其中按配方一吹塑成型的(0.12+_0.02)mm厚的聚乙烯薄膜,在北京地區(qū)使用,自然曝曬一年,其伸長殘留率為縱向85.1%,橫向89%,按配方二吹塑成型的(0.12+_0.02)mm厚的聚乙烯薄膜,在北京地區(qū)使用,自然曝曬12個月,其伸長殘留率為縱向83%,橫向95%,按配方三吹塑成型的(0.12+_0.02)mm厚的聚乙烯薄膜,在北京地區(qū)使用,自然曝曬12個月,其伸長殘留率為縱向64.1%,橫向?yàn)?8.2%。

四、光穩(wěn)定劑聚乙烯中的應(yīng)用
聚乙烯材料對紫外光的吸收能力較低,理論上不容易產(chǎn)生光化學(xué)反應(yīng),但實(shí)際上在聚合加工過程中,會形成少量的氫過氧化物和結(jié)構(gòu)中含有羰基的雜質(zhì),并且會產(chǎn)生老化,而老化對聚乙烯材料的性能影響還是很大的,因此,提高其耐老化性能至關(guān)重要。聚乙烯樹脂在陽光照射下發(fā)生氧化,屬于自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。為了減緩樹脂的光氧化,需要加入光穩(wěn)定劑來阻斷連續(xù)的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。“純”聚乙烯的飽和結(jié)構(gòu)不易吸收波長大于300nm的紫外線。但由于種種原因,用于聚合、熱加工和戶外使用,使得少量不飽和雙結(jié)構(gòu)、支化點(diǎn)、催化劑殘留等可被氧化的弱點(diǎn)和具有敏化作用的羰基發(fā)色團(tuán)。光吸收紫外光和羰基聲發(fā)色團(tuán)后羰基的氧化衰弱,羰基吸收紫外線后處于電子激發(fā)態(tài),并向基態(tài)氧分子傳遞能量,生成單重態(tài)氧,單重態(tài)氧與聚乙烯分子中的不飽和鍵反應(yīng),形成大分子氫過氧化物,氫過氧化物吸收紫外線后分解,其分解速度遠(yuǎn)快于其形成速度,產(chǎn)生自催化自由基反應(yīng)過程,形成大量羰基聚集,吸收紫外線后再次引起分子裂解斷裂,聚乙烯在光降解過程中也發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)。由于氧在聚合物非晶區(qū)的擴(kuò)散速率比晶區(qū)快,紫外線照射聚合物非晶區(qū)時分子鏈段更容易交聯(lián),因此當(dāng)聚乙烯薄膜的厚度和結(jié)晶度降低時,分子鏈的交聯(lián)增加,也就促進(jìn)了非晶區(qū)凝膠的形成。
 
五、光穩(wěn)定劑在聚丙烯中的應(yīng)用
聚丙烯的光降解是由光和熱的協(xié)同作用引起的,陽光中的紫外線具有破壞聚合物化學(xué)鍵或引發(fā)自動氧化降解反應(yīng)的能量,從而使聚丙烯分子鏈斷裂,生成自由基或激發(fā)分子,形成氫過氧化物或羰基化合物或交聯(lián),隨著羰基含量的增加,聚丙烯更容易發(fā)生光降解。光和氧引起的降解反應(yīng)不僅改變了產(chǎn)品的外觀,還會使其物理機(jī)械性能變差,最終使其失去使用功能。因此,為了抑制光降解,通常在聚丙烯樹脂中加入光穩(wěn)定劑。聚丙烯是發(fā)展最快的合成樹脂品種之一,與其它熱塑性塑料相比,聚丙烯具有良好的物理力學(xué)性能和加工性能,其制品用途更廣,價格相對較低。
 
我們在戶外使用的聚丙烯烯烴材料主要應(yīng)用聚丙烯纖維、聚丙烯裝飾板等工程產(chǎn)品。其中,聚丙烯纖維對光穩(wěn)定劑的要求最高,滿足聚丙烯纖維要求的光穩(wěn)定劑也能滿足聚丙烯裝飾板等工程產(chǎn)品的要求。為了抑制光降解反應(yīng)的問題,我們常在聚丙烯樹脂中加入光穩(wěn)定劑,如遮光劑、紫外吸收劑、自由基捕集劑等。
 
在眾多光穩(wěn)定劑中,受阻胺類光穩(wěn)定劑對聚丙烯的穩(wěn)定化效率最高,尤其是相對分子質(zhì)量較高的受阻胺類光穩(wěn)定劑對薄聚丙烯產(chǎn)品的穩(wěn)定化效果最高。二苯甲酮與聚丙烯具有良好的相容性,廣泛應(yīng)用于聚丙烯產(chǎn)品中。在聚丙烯產(chǎn)品中,尤其是大比表面積體積比的產(chǎn)品,如纖維、薄膜等,有機(jī)鎳配合物表現(xiàn)出優(yōu)異的光穩(wěn)定劑效果。一些吸收性光穩(wěn)定劑的有效性隨著產(chǎn)品厚度變薄而大大降低。新型受阻胺類光穩(wěn)定劑在聚丙烯中也有突出的穩(wěn)定化效果,特別是與吸收式光穩(wěn)定劑聯(lián)用時,效果更佳。在選擇受阻胺光穩(wěn)定劑時,首先要考慮受阻胺類光穩(wěn)定劑的熱穩(wěn)定性能否滿足聚合物的加工溫度要求。
 
因此,受阻胺類光穩(wěn)定劑的高分子量和多功能備受業(yè)界關(guān)注,提高受阻胺類光穩(wěn)定劑的熱穩(wěn)定性、與基體樹脂的相容性、耐遷移性和抗萃取性、降低毒性和揮發(fā)性已成為一個重要的發(fā)展方向和趨勢。對于受阻胺類光穩(wěn)定劑,僅用捕獲自由基的機(jī)理不能完美解釋其作用。它是一種捕集自由基的多功能穩(wěn)定劑,通過氫過氧化物的分解、激發(fā)態(tài)分子的猝滅、金屬離子的鈍化等機(jī)制來達(dá)到聚合物光穩(wěn)定性的目的。
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