光穩(wěn)定劑(Light stabilizer/photostabilizer)是高分子制品(如塑料、橡膠、涂料、合成纖維)的一種重要添加劑。要功能是防止高分子材料在光照條件下發(fā)生老化,從而延長其使用壽命。
太陽光中的紫外線是對高分子材料產(chǎn)生老化作用的主要原因。雖然紫外線僅占太陽光的5%左右,但其能量巨大,足以引發(fā)高分子材料的自我氧化和降解,破壞化學(xué)鍵,導(dǎo)致材料性能下降。光穩(wěn)定劑通過屏蔽或吸收紫外線,防止紫外線透入高分子內(nèi)部;吸收并轉(zhuǎn)化能量,將紫外線能量轉(zhuǎn)化為安全的熱能或發(fā)光形式;猝滅單線態(tài)氧,接受高分子中發(fā)色團(tuán)所吸收的能量,并將其以熱量等形式發(fā)散出去;捕獲自由基,抑制光氧化過程,阻止高分子鏈的斷裂和交聯(lián)等方式對材料進(jìn)行保護(hù)。
按照如上的作用機理,光穩(wěn)定劑可以分為以下幾類:
1. 光屏蔽劑
- 成分:碳黑、氧化鈦等無機顏料和酞菁藍(lán)、酞菁綠等有機顏料。
- 作用方式:遮蔽或反射紫外線,防止其透入高分子內(nèi)部。
- 特點:碳黑屏蔽效果最好,但具有遮光性和著色性,適用于不透明材料。
2. 紫外線吸收劑
- 成分:鄰羥基二苯甲酮類、苯并三唑類、水楊酸酯類、三嗪類、取代丙烯腈類等。
- 作用方式:吸收波長為290~410nm的紫外線,轉(zhuǎn)化為無害的熱能或發(fā)光形式。
- 特點:適用性廣,但易揮發(fā)、遷移,可能影響環(huán)境。
3. 猝滅劑
- 成分:二價的有機鎳螯合物等。
- 作用方式:接受高分子中發(fā)色團(tuán)所吸收的能量,以熱量、熒光或磷光形式發(fā)散出去。
- 特點:穩(wěn)定效果好,多用于薄膜和纖維,但重金屬離子可能有毒性。
4. *自由基捕獲劑
- 成分:受阻胺光穩(wěn)定劑(HALS)等。
- 作用方式:捕獲高分子中生成的活性自由基,抑制光氧化過程。
- 特點:高效、色淺,能保護(hù)制品表面和薄制品,但屬純有機化合物,可能易揮發(fā)、遷移。
5. 氫過氧化物分解劑
- 成分:受阻胺類光穩(wěn)定劑中的一種。
- 作用方式:分解過氧化物,生成穩(wěn)定的氮-氧自由基,進(jìn)一步捕獲自由基。
- 特點:與自由基捕獲劑協(xié)同作用,提高光穩(wěn)定效果。
在實際應(yīng)用中,光穩(wěn)定劑的選用需要考慮聚合物的最大敏感波長,選用在此波長范圍內(nèi)有盡可能提高吸收系數(shù)的品種;考慮抗氧劑、熱穩(wěn)定劑、潤滑劑、著色劑等對光穩(wěn)定劑效能的影響;對于接觸食品的塑膠原料產(chǎn)品,應(yīng)慎加考慮光穩(wěn)定劑的毒性。