紫外线吸收剂概述与应用

紫外线吸收剂概述与应用光稳定剂（英文名称Lightstabilizer；Photostabilizer）是高分子制品（例如塑料、橡胶、涂料、合成纤维）的一种添加剂，它能屏蔽或吸收紫外线的能量，猝灭单线态氧及将氢过氧化物分解成非活性物质等功能，使高分子聚合物在光的辐射下，能排除或减缓光化学反应可能性，阻止或延迟光老化的过程，从而达到延长高分子聚合物制品使用寿命的目的。1、光稳定剂太阳光是一种电磁波，在其通过空间和臭氧层时，290nm以下和3000nm以上的射线几乎都被滤除，实际到达地面的为290nm~3000nm的电磁波，其中波长范围为400~800nm（约占40%）的是可见光，波长约为800~3000nm（约占55%）的是红外线，而波长约为290~400nm（仅占5%）的是紫外线。太阳光中的紫外线是对高分子材料产生老化作用的主要原因。紫外线虽然仅占太阳光的5%左右，但是能量却很大。高分子聚合物制品吸收紫外线后，足以能引发聚合物自我氧化、降解，破坏聚合物的化学键，使其断裂、交联，导致高分子聚合物制品颜色等外观和物理力学性能发生恶变，强度降低、寿命缩短。这一过程称为光氧化还原或光老化作用。紫外线也能穿过人的皮肤表层，破坏皮肤细胞，使皮肤逐渐变硬而失去弹性，出现皱纹和加快衰老。2、紫外线对聚合物的破坏作用光稳定剂因自身结构和品种的不同而有不同的功能。有的可以屏蔽、反射紫外线或吸收紫外线并将其转化为无害的热能；有的可猝灭被紫外线激发的分子或基团的激发态，使其回复到基态，排除或减缓了发生光氧化还原反应的可能性；有的因捕获因光氧化还原产生的自由基，从而阻止了导致制品老化的自由基反应，使制品免遭紫外线破坏。工业上对光老化的有效防止和阻缓，多以两种以上有不同作用机理的光稳定剂复配，对不同波段紫外线进行吸收。可以起到单一光稳定剂所无法达到的最佳效果。防晒化妆品中所加入的紫外线吸收剂，其防晒机理也是基于分散或吸收入射到皮肤表面上的紫外线，从而使皮肤避免或减少受到紫外线伤害。3、光稳定剂的作用机理（1）光屏蔽剂：这是一类能够遮蔽或反射紫外线的物质，使光不能透入高分子内部，从而起到保护高分子的作用。（2）紫外线吸收剂：它的作用能有效地吸收波长为290~410nm的紫外线，而很少吸收可见光，它本身具有良好的热稳定性和光稳定性。（3）猝灭剂：可以接受塑料中发色团所吸收的能量，并将这些能量以热量、荧光或磷光的形式发散出去，从而保护聚合物免受紫外线的破坏。它对聚合物的稳定效果很好，多用于薄膜和纤维。（4）自由基捕获剂：这类光稳定剂能捕获高分子中所生成的活性自由基，从而抑制光氧化过程，达到光稳定目的。（5）氢过氧化物分解剂：是受阻胺类光稳定剂中的一种。聚合物在贮存和加工期间能产生氢过氧化物，导致聚合物的光氧化降解，氢过氧化物分解剂能就能够分解过氧化物，生成稳定的氮-氧自由基，并进一步捕获自由基，从而抑制聚合物降解。4、光稳定剂的分类紫外线吸收剂是应用最广的一类光稳定剂。按其结构可分为水杨酸酯类、二苯甲酮类、苯并三唑类、取代丙烯腈类、三嗪类等，工业上应用最多的为二苯甲酮类和苯并三唑类。猝灭剂主要是金属络合物，如二价镍络合物等，常和紫外线吸收剂并用，起协同作用。5、紫外线吸收剂紫外线吸收剂是一种光稳定剂，能吸收阳光及荧光光源中的紫外线部分，而本身又不发生变化。由于太阳光线中含有大量对有色物体有害的紫外光，其波长约290-460纳米，这些有害的紫外光通过化学上的氧化还原作用（Redoxreaction），使颜色分子最后分解褪色。防止有害的紫外光对于颜色的破坏的方法既有物理的，也有化学的。这里只简单介绍以化学的方法，即使用紫外线吸收剂对受保护的物体实施有效的防止，或削弱其对颜色的破坏。6、紫外线吸收剂作用可强烈地吸收紫外线（尤其是波长为290-400nm）；热稳定性好，即使在加工中也不会因热而变化，热挥发性小；化学稳定性好，不与制品中材料组分发生不利反应；混溶性好，可均匀地分散在材料中，不喷霜，不渗出；吸收剂本身的光化学稳定性好，不分解，不变色；无色、无毒、无臭；耐浸洗；价廉、易得；不溶，或难溶于水。7、紫外线吸收剂应具备的条件8、紫外线吸收剂分类水杨酸酯类苯并三唑类三嗪类苯酮类取代丙烯腈类受阻胺类9、二苯甲酮类-作用原理二苯甲酮类紫外线吸收别是紫外线吸收剂中应用广泛的一类。这类紫外线吸收剂对UVA、UVB、UVC都有较慢的吸收作用。分子中的酮基与羟基能生成内在氢键，构成丁一个螯合环。它在吸收丁紫外线光能量后，发生分子的热振动，内在氢键破坏，螯合环打开，把紫外光的能量变成热能而释放出来另外，分子中的羰基会被吸收的紫外光能所激发，产生互变异构现象，生成烯醇式结构，这也消耗了一部分能量。在这类紫外线吸收剂中，分子内在氢键的强度与其光稳定的效果有关，氧键越强，破坏它所需的能量越大，吸收耗去的紫外光能量越多，效果则好；反之亦然。在二苯甲酮类紫外线吸收剂中，在羰基的邻位必须含有个羟基，否则不能形成内在氢键一就不能作为紫外线吸收剂，具有一个邻位羟基的紫外线吸收剂，可吸收290～380nm的紫外线，而几乎不吸收可见光，对高分子聚合物的相容性也好。若在羰基的邻位具有二个羟基，则可吸收300～400nm的紫外线，也吸收部分可见光，由于吸收了可见光，使其互补光不平衡，使加入此紫外线吸收剂的物品呈现黄色，与高分子聚合物的相容性也差，因此其用途就小。10、水杨酸酯类-作用原理水杨酸酯类紫外线吸收剂是应用早的一类，水杨酸酯在分子中也有内在氢键。这类紫外线吸收剂对紫外线吸收的能力在开始时很低，而且吸收的范围极窄(小于340vm)，但经紫外线照射一定时间后，对其吸收逐渐增大，直到大吸收，这是由于其在紫外线照射下发生分子重排，形成了紫外线吸收能力强的二苯甲酮结构，从而强化其紫外线吸收作用。所以，人们把它称为先驱型紫外线吸收剂。分子重排后生成的双羟基二苯甲酮及其衍生物可吸收部分可见光而呈现黄色，而致加入此紫外线吸收剂的物质泛黄。11、苯并三唑类-作用原理苯并三唑类紫外线吸收剂其作用机理与二苯甲酮类相似。苯并三唑类对紫外线的吸收范围较广，可吸收波长为300～400nm的光。而对400nm以上的可见光几乎不吸收，因此制品不会泛色。12、其他类型的紫外线吸收剂-作用原理此外，取代的丙烯腈、三嗪类紫外线吸收剂，其作用机理据推墁I也是按顺一反异构化，使光的能量转换戒无害的能量而释放出来。丙烯腈取代物类紫外线吸收剂能吸收290～320nm的紫外光，也不吸收可见光，不会使施加物体泛色。三嚎类紫外线吸收剂能吸收300～400nm的紫外光。它们都是连接芳香核上面。有机镍也可作为紫外线吸收剂，但一般把它归类于猝灭剂，其吸收紫外线的能力较上连者低，但能防止聚合物围吸收紫外线而产生的游离。有机镍络台物是通过在紫外线光照射过程中与高分子聚合物被激发成为激发态的分子作用，使激发态回到基态，把紫外线能量转化为低能量的光谱散发，而不致使其破坏，从而达到保护高分子物不被破坏。所以把它称为猝灭荆是因为它与一般紫外线吸收剂的作用机理不同，紫外线吸收剂是通过分子本身结构变化，而猝灭剂则通过分子间的能量转移来消散能量。此外，光屏蔽剂如炭黑、二氧化钛、氧化锌、锌钡等也是一类能吸收或反射紫外线的物，在聚台物与光源之间设置了一道屏障，吸收或反射紫外线，使之在未到达高聚物表面时就被吸收和反射，阻碍了紫外线深入到高聚物内部，其中效率大的是炭黑。13、紫外线吸收剂水杨酸苯酯化学名称：邻羟基苯甲酸苯酯，一种有机化合物，phenylsalicylate。分子式是C13H10O3，分子量是214.23，能吸收紫外光。无色结晶粉末。具有令人愉快的芳香气味（冬青油气味）。密度1.250g/cm3，溶点43，沸点（1.6kPa）173。易溶于乙醚、苯和氯仿，溶于乙醇，几乎不溶于水和甘油，含量99%。用作乙烯基塑料的稳定剂、花露水的定香剂，也用于制药物、增塑剂、防腐剂和配制茉莉型、紫丁香型等香精。该品为一种紫外线吸收剂，用于塑料制品，但吸收波长范围较窄。美国食品药物管理局批准用于接触食品的丙烯酸树脂用品。成分：2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮；性能及用途：该品为浅黄色或白色结晶粉末。密度1.324g/cm3（25℃）。熔点62～66℃。沸点150～160℃（0.67kPa），220℃（2.4kPa）。溶于丙酮、酮、苯、甲醇、醋酸乙酯、甲乙酮和乙醇等大多数有机溶剂，不溶于水。该品在部分溶剂中的溶解度（g/100g溶剂，25），在溶剂苯中56.2、正己烷4.3、乙醇（95%）5.8、四氯化碳34.5、苯乙烯51.2、DOP18.7。该品为紫外线吸收剂，适用于聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、不饱和聚酯、ABS树脂和纤维素树脂等多种塑料，最大吸收波长范围为280~340nm，一般用量为0.1%～1.5%，热稳定性好，在200℃时为分解。该品几乎不吸收可见光，故适用于浅色透明制品。该品还可用于油漆和合成橡胶。14、紫外线吸收剂UV-9成分：2，4-二羟基二苯甲酮性能及用途：该品为淡色针状结晶或白色粉末。水分<0.5%。灰分100ml溶剂，25℃）丙酮50，苯1，乙醇>50，水<0.5，正庚烷<0.5。该品为紫外线吸收剂，适用于聚氯乙烯、聚苯乙烯、环氧树脂、纤维素树脂、不饱和聚酯、涂料和合成橡胶等。最大吸收波长范围280～340nm，一般用量0.1%1%。但该品的光稳定效果并不突出。15、紫外线吸收剂UV-O成分：2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮；性能及用途：该品为浅黄色或白色结晶粉末。密度1.160g/cm3（25℃）。熔点48～49℃。溶于丙酮、苯，乙醇、异丙醇，微溶于二氯乙烷，不溶于水。该品在部分溶剂中的溶解度（g/100溶剂，25℃），在溶剂丙酮中为74、苯72、甲醇2、乙醇（95%）2.6、正庚烷40、正己烷40.1，水0.5。该品为紫外线吸收剂，能够强烈地吸收波长为240~340nm的紫外线，可用于各种塑料，特别是聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、ABS树脂、聚碳酸酯、聚氯乙与树脂的相容性好，挥发性小。一般用量为0.1%～1%。与少量4，4-硫代双（6-叔丁基对甲酚）并用有良好的协同效应。该品还可用作各种涂料的光稳定剂。16、紫外线吸收剂UV-531成分：2-（2ˊ-羟基-5ˊ-甲基苯基）苯并三氮唑；性能及用途：外观为无色或淡黄色结晶。能溶于汽油、苯、丙酮等多种有机溶剂。在水中溶解度极小，不被浓碱、浓酸分解。它可以和重金属离子化合成盐。能吸收270～380nm波长的紫外线。溶点130～131。该品主要用于聚酯、含氯聚酯、醋纤、聚氯乙烯、聚苯乙烯、有机玻璃、聚丙烯腈等树脂中。在透明制品中的稳定性较在着色制品是更好。在制品中的用量为0.%～0.5%。17、紫外线吸收剂UV-P成分：单苯甲酸间苯二酚酯性能及用途：该品为白色结晶粉末。熔点132～135℃，沸点140℃（20Pa）。松密度0.68g/cm3（20%）。溶于丙酮和乙醇，微溶于苯、水、正庚烷等。该品为紫外光稳定剂，其效能与二苯甲酮类光稳定剂类似。主要用于聚氯乙烯、纤维素树脂、聚苯乙烯、一般用量1%～2%。18、紫外线吸收剂RMB19、紫外线吸收剂UVP-327成分：2-（2’-羟基-3’，5’-二叔苯基）-5-氯化苯并三唑；该品为紫外线吸收剂，其特性和用途与UV-326相似，能强烈吸收波长为270～380nm的紫外线，化学稳定性好，挥发性极小。与聚烯烃的相容相好。特别适用于聚乙烯和聚丙烯。此外，还可用于聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲醛、聚氨酯、不饱和聚酯、ABS树脂、环氧树脂和纤维素树脂等。该品具有优良的耐热升华性，耐洗涤性、耐气体褪色性和机械性能保持性。与抗氧化剂并用为显著的协同效应。要改善制品的热氧稳定性。该品在塑料中的一般用量为1%～3%。成分：2，2’-硫代双（4-叔辛基酚氧基）镍；性能及用途：该品为绿色粉末。在紫外线区域的吸收波峰为290nm（氯仿中），适用于聚乙烯、聚丙烯等的聚烯烃塑料，对薄膜和纤维制品的光稳定作用尤佳。而且能改善加工性能。该品与紫外线吸收剂并用有良好的协同效应。或进一步提高光稳定效能。它的主要缺点是颜色较深，使制品着色，同时在高温下与硫代酯类辅助抗氧作用，使制品发灰黑色。20、光稳定剂AM-10121、光稳定剂HPT成分：六甲基磷酰三胺；性能及用途：该品为无色或淡黄色透明液体。微具腥涩味。密度1.0253～1.0257g/cm3（20℃）。凝固点27℃，沸点116～117℃（1.48kPa）。折射率1.4582～1.4589（20℃）。溶于极性和非极性溶剂，与邻苯二甲酸二辛酯、癸二酸二辛酯、亚磷酸三苯酸等常用增塑剂可以任意比例互溶。该品可用为聚氯乙烯光稳定剂。可赋予制品优良的户外防老化性能，故有聚氯乙烯高效耐候剂之称。向聚氯乙烯薄膜中加入2～5份该品，不仅可以显著提高其耐候性和耐寒性，而且可以降加工温度约10℃，此外，该品还可作为聚酰胺、聚氨酯、脲醛树脂，聚苯硫醚等多种高分子材料的优良溶剂。22、光稳定剂744成分：4-苯甲酰氧基-2，2，6，6-四甲基哌啶；性能及用途：该品为白色结晶粉末。熔点95～98℃，分解温度280℃以上。溶于丙酮、乙醇、醋酸乙酯、甲苯，不溶于水。该品为受阻型光稳定剂，其本身几乎没有吸收紫外线的能力，但可有效地捕获高分子材料在紫外线作用下产生的活性自由基，从而发挥光稳定效用。该品适用于聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚氨酯、聚酰胺和聚酯等多种塑料，在聚烯烃中效果尤为突出。该品的耐光性为一般紫外线吸收剂的数倍。不着色，不污染，耐热加工性良好，与抗氧剂和紫外线吸收剂并用，具有优良的协同效应。23、光稳定剂GW-540成分：三（1，2，2，6，6-五甲哌啶基）亚磷酸酯；性能及用途：该品为白色结晶粉末。熔点122～124℃。溶于乙醇、氯仿、丙酮、苯等溶剂，难溶于水。该品为受阻类光稳定剂，它本身没有吸收紫外线的能力，但可捕捉聚合物降解所产生的活性自由基，分解氢过氧化物和传递激发态分子的能量等，光稳定效力为一般紫外线吸收剂的24倍。该品适用于聚乙烯、聚乙烯等塑料，与树脂的兼容性好，加工性能亦佳，除具有光稳定作用外，还兼有良好的抗热氧老化性能。但该品耐热较差，不宜在热水介质中长期使用。此外，该品最好在270℃以下的温度加工和使用，超过此温时失重较为严重。安全注意事项该品毒性低。24、在纺织品上的应用近几年来人们对防紫外线织物的兴趣很大，在日本首先开发了防紫外的纤维和服装，国内也已进行研究并生产出防紫外的运动服、长统袜、帽子和太阳伞等。所使用的基本材料就是上