2019-08-07 光稳定剂在pp/PE中的应用-上海纳塑合金科技有限公司

一、光稳定剂的定义和分类

我们都知道因为塑料在加工和使用的过程中，受到了光、热、氧等内外因素的协同作用，造成降解或着是交联，使它的性能变坏，外观变黄，直至最后丧失了使用价值。但引起老化的最主要的原因是这些材料吸收了光能，尤其是紫外线，产生了光化反应以及自动氧化反应，导致发生光降解，使得制品的外观和物理机械性能变坏，这一过程被称为无氧老化或光老化，也称为光氧化降解或光降解。按照作用机理分为光屏蔽剂、紫外线吸收剂、猝灭剂、自由基捕获基四类（其中，在自由基捕获剂中最主要的受阻胺光稳定剂），如果按照光稳定剂的化学结构分类，其所占市场份额顺序为：受阻胺类、二苯甲酮类、水杨酸类、氰基丙烯酸酯类等等。

二、光稳定剂的基本要求

优秀光稳定剂的必备条件：

1. 能有效吸收或反射290~400nm波长范围的紫外光，或者能够平稳地猝灭激发态分子的能量，以及具有足够的捕获自由基的能力，分解过氧化氢化物的能力，即能有效遏制紫外光对材料的光降解的影响，而且对于材料的光降解作用以材料原有物理化学性能和加工性能没有不良的影响；

2. 与目标材料的相容性好，即在加工和使用过程中不喷霜，不渗出；

3. 自身稳定性好，即在加工和使用的过程中耐热稳定性高，热挥发损失少；

4.对可见光吸收率低，不显色，不变色，具有良好的光稳定性，在长期曝晒下不遭破坏；

5.化学稳定性好，不与材料中其他组分和环境中其他物质产生不利的化学反应，例如水解；

6.不向其他接触材料迁移，尤其不向食品以及药品迁移；

7.和其他加工助剂有协同效应而无反协同反应，对材料加工机械没腐蚀反应；

8.无毒或低毒，材料加工制造和使用过程中对人体无毒，对动植物无危害，对环境无污染。生物降解性、自然降解性好；

9.无粉尘或低尘，使用加料计量方便，价格低廉，适用范围广；

10.在材料中易溶解，易分散。

   光稳定剂作用的化合物很多，但能全面满足上述要求的商品几乎没有。上述条件只能作为选择光稳定剂时的考虑，应当根据加工材料种类和型号，其他添加剂品种，制品用途和要求，加工设备及工艺，综合权衡各种光稳定剂的利弊，最终选择一种较为理想的光稳定剂，或两种甚至多钟光稳定剂配合使用，以发挥不同的优势，在材料的光氧化的不同阶段进程，对制品设有多重保护，以使制品耐光耐老化寿命成倍，甚至几倍几十倍。

三、聚乙烯的光降解

聚乙烯材料对紫外光的吸收能力很低，理论上不易产生光化学反应，但实际在聚合以及加工过程中，它在结构上可以形成少量的氢过氧化物及含羰基的杂质，而且以产生老化，所以老化对聚乙烯材料性能影响仍比较大，提高其耐老化性能是十分重要的。聚乙烯树脂在日光照射下发生氧化，属自由基链式反应。要减缓树脂的光氧化作用，就需要加入光稳定剂以阻断链式反应的持续进行。“纯”聚乙烯的饱和结构不易吸收波长大于300nm的紫外线，可是因各种原因入聚合、热加工、户外使用，使聚乙烯分子中存在的少量不饱和双建、支化点、残留催化剂等可供氧化的弱点和具有敏化作用的羰基生色团。羰基在吸收紫外光后供氧化的弱点和具有光敏化作用的羰基声色团。羰基在吸收紫外线后处于电子激发态，并将能量传递给基态氧分子，生成了单线态氧，单线态氧与聚乙烯分子中的不饱和键反应，生成了大分子氢过氧化物，在吸收了紫外线后又发生分解，且其分解速度远远大于她的生成速率，产生了自动催化的自由基反应过程，形成了大量羰基聚集，吸收紫外线后又再次引发分子裂解断裂而破坏。在聚乙烯光降解同时还发生了交联反应。因为氧在聚合物非晶区的扩散速率比在晶区快，当紫外线照射聚合物的非晶区时，分子链段更易交联。所以当聚乙烯膜的厚度和结晶度降低时，分子链的交联增加，也就是说促进了它在非晶区凝胶的生成。

四、光稳定剂在聚乙烯中的配方

11.配方一：低密度聚乙烯（100），UV-531（0.25），UV-327（-），GW-540（-），光稳定剂-2002（0.25），抗氧剂1010（-）

2.配方二：低密度聚乙烯（100），UV-531（-），UV-327（0.2），GW-540（-），光稳定剂-2002（0.2），抗氧剂1010（-）

3.配方三：低密度聚乙烯（100），UV-531（-），UV-327（-），GW-540（0.3），光稳定剂-2002（-），抗氧剂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，在北京地区使用，自然曝晒一年，其伸长残留率为纵向85.1％，横向89％，按配方二吹塑成型的（0.12+_0.02）mm厚的聚乙烯薄膜，在北京地区使用，自然曝晒12个月，其伸长残留率为纵向83％，横向95％，按配方三吹塑成型的（0.12+_0.02）mm厚的聚乙烯薄膜，在北京地区使用，自然曝晒12个月，其伸长残留率为纵向64.1％，横向78.2％.同时，紫外线吸收剂应特别注意在配方设计时应留有足够的损耗余量以及它们与HALS的协同作用。

五、聚丙烯的光降解

聚丙烯的光降解是由于光和热的协同作用引发的，阳光中的紫外线拥有可以破坏聚合物的化学键或引发自动氧化降解反应的能量，从而使聚丙烯的分子链断裂，产生自由基或者激发态分子，生成氢过氧化物或羰基化合物或发生交联。羰基含量的提高从而使聚丙烯更容易发生光降解反应。光和氧所引起的降解反应，不仅迫使制品的外观得到了改变，而且还会恶化它本身具有的物理力学性能，以致丧失使用功能，为了抑制光降解，通常在聚丙烯树脂中添加光稳定剂。聚丙烯是合成树脂中发展最为迅速的品种之一，与其他热塑性塑料相比，聚丙烯具有良好的物理力学性和加工性能，产品用途广泛，价格相对低廉。但是由于聚丙烯叔碳原子上的α氢对氧化反应较为敏感，分子链容易发生β开裂而导致制品老化，使其应用受到限制。

六、光稳定剂在聚丙烯中的应用

我们在户外使用的聚丙烯材料中主要有聚丙烯纤维，聚丙烯装饰板和其他工程制品等。其中聚丙烯纤维对光稳定剂的要求最高，符合聚丙烯纤维要求的光稳定剂也可以满足聚丙烯装饰板和其他工程制品的要求，为了抑制光降解反应的难题，我们经常在聚丙烯树脂中添加光稳定剂，如光屏蔽剂、紫外线吸收剂、自由基捕获剂等。在众多光稳定剂中，对聚丙烯起稳定效率最高的当属受阻胺类光稳定剂，尤其是高相对分子质量受阻胺类光稳定剂对于聚丙烯薄制品稳定的效果。与聚丙烯相容性比较好的紫外线吸收剂有二苯甲酮类，广泛应用于聚丙烯制品中。在聚丙烯制品中，特别是纤维和薄膜等表面积与体积之比很大的的制品中，有机镍配合物彰显出非常优秀的光稳定剂效果。某些吸收性的光稳定剂随着制品厚度变薄，效力则大大地降低。新型受阻胺类光稳定剂在聚丙烯中也有突出的稳定作用，特别是和吸收型光稳定剂并用，效果更佳。选择受阻胺类光稳定剂时，首先应考虑受阻胺类光稳定剂的热稳定性能否满足高聚物的加工温度要求。因此，受阻胺类光稳定剂的高相对分子质量化，多功能化备受行业的关注，提高受阻胺类光稳定剂的热稳定性及其与基材树脂的相容性、耐迁移性和耐抽提性，降低毒性和挥发性已经称为一个重要的发展趋势。对受阻胺类光稳定剂，仅仅用捕捉自由基的机理不能完美地解释作用，它是多功能的稳定剂，通过捕捉自由基。分解氢过氧化物猝灭激发态分子，钝化金属离子等多种机理老实现聚合物得到光稳定目标。

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