橡塑材料光老化因素图及作用机理分类分析！

空气中的氧气和阳光中的紫外线使塑料材料发生热氧化和光氧化，使塑料制品的外观和物理机械性能变差，提前失去原有的功能和使用价值。主要原因是光致自由基反应、化学键变化、链式反应、自催化等过程，使分子链断裂、交联等，特别是在非晶区，以断链、老化和退化。 ，一旦这个效果被激活，如果不停止，它会几何加速，表面是最明显的，但也会逐渐涉及到内部。使产品不能再使用。

一、橡塑材料光老化因素

图1塑料光老化的原因

当太阳辐射的电磁波穿过太空和臭氧层时，290nm以下和3000nm以上的射线几乎都被过滤掉了，290nm-3000nm的电磁波实际上到达了地面，其波长范围为400-800nm（约40%）为可见光，约800-3000nm（约55%）波长为红外线，约290-400nm（仅5%）波长为紫外线。

影响塑料光老化的主要因素有：氧气、污染物、热量、紫外线、可见光、湿度和水分。因此，为有效抑制或降低塑料大分子的热氧化和光氧化反应速度，显着提高塑料材料的耐热性和耐光性，延缓塑料材料的降解和老化过程，延长塑料制品的使用寿命。 , 是加工抗氧剂、光稳定剂等助剂所必需的。

二、光稳定剂的作用机理

光稳定剂的主要作用：遮光、吸收和传递光能、淬灭或捕获自由基。按作用机理一般可分为遮光剂、紫外光吸收剂、猝灭剂和组胺光稳定剂四大类。

图。 2 光稳定剂的作用机理

2.1.受阻胺光稳定剂（HALS）

如果塑料分子最终被紫外光激发产生自由基，自由基清除剂可以捕获不同的自由基，从而阻止或延缓光降解过程。最重要的自由基清除剂是受阻胺光稳定剂。

受阻胺的作用机制有三种，捕获自由基、分解过氧化物和猝灭单线态氧。它们本身不吸收任何大于 260 nm 的光，也不能猝灭激发态分子，但在氧气存在下，受阻胺可以被氧化成相应的氮氧自由基。这种化合物非常稳定，可以非常有效地捕获聚合物的光氧化降解产生的活性自由基，在稳定过程中具有再生功能。这种再生功能是它们区别于其他稳定剂的最大特点。

受阻胺类光稳定剂的主要成分是具有空间位阻结构的2,2,6,6-四甲基哌啶衍生物。受阻胺官能团是脂环胺结构。吸收光能后，可转化为氮氧自由基NO•。这些氮氧自由基不仅可以捕获高分子材料光氧化降解过程中产生的烷基活性自由基，而且在光稳定过程中具有再生功能。从而抑制连锁反应抗紫外线助剂用法，达到保护的目的。

受阻胺光稳定剂颜色浅，光稳定性能突出。它们还可以有效保护产品和薄产品的表面。但由于其碱性，与酸性底物和添加剂有拮抗作用，其性能会受到酸性环境的影响。同时，与紫外线吸收剂一样，由于是纯有机化合物，也存在易挥发、起霜、迁移、萃取等缺点。

目前，受阻胺类光稳定剂是光稳定剂市场的发展热点。针对受阻胺光稳定剂的不足，开发新的化学结构或与其他光稳定剂复配的就是受阻胺光稳定剂。光稳定剂的重要研发方向。

机制

a) 氧化产生的自由基NO捕获高分子材料产生的破坏性活性基团，如：R、RO、ROO等自由基；它还使其化合物相对稳定，从而中断反应过程。

b) HALS还具有猝灭单线态氧的作用，使其从激发态跃迁到基态，在光老化链启动前干预光化学反应。

图3 受阻胺类光稳定剂的作用机理

作用部位：全范围，不依赖于厚度，尤其是表面保护效果非常好。

保护作用：对塑料制品的光泽、粉化、颜色和机械性能有很好的保护作用，提高<100℃条件下的长期热稳定性。

影响HALS效果的主要因素：分子量/迁移率、树脂体系的相容性、自由基捕获效率和树脂中氧化区域的亲和力。

适用范围：

①聚烯烃类：PP纤维、PP薄膜、PP成型、PP/HDPE胶带、HEPE管材、PE电线电缆、LDPE/EVA薄膜、LLDPE薄膜、PP管材

②苯乙烯：ABS复合、PC/ABS、IPS、GPPS

③弹性体：SBS/SRS、TPE

④聚氨酯：硬质PVC、软质泡沫

⑤聚氨酯：弹性泡沫、RIM、TPU

⑥工程塑料：POM、PA、PC、PBT/PET、PMMA、UP、PVB

2.2.紫外线吸收剂

紫外线吸收剂强烈吸收紫外线，并将其能量转化为无害的热能等形式，避免塑料分子被紫外线激发。紫外线吸收剂能有效吸收波长为290~410nm的紫外线，但很少吸收可见光。具有良好的热稳定性和光稳定性。

紫外线吸收剂目前用于广泛的应用。工业上最常用的是水杨酸盐、二苯甲酮和苯并三唑。苯并三唑类几乎不吸收400nm以上的可见光，因此对产品的颜色基本没有影响。

紫外线吸收剂适用范围广，但由于其保护作用，不能有效保护产品表面和薄型产品。同时，由于是纯有机化合物，还存在挥发、起霜、迁移、溶剂萃取等问题。这不仅影响其性能的持久性，而且容易污染环境。

图4紫外线吸收剂的作用过程

动作位置：一定深度内

朗伯-比尔吸收定律：A = c × d × ε = logI0 / I

图5光强与厚度的关系

保护作用

优点：一般来说，对颜色的保护效果较好，可以对颜料起到一定的保护作用。成品的力学性能得到更好的保护；

缺点：对树脂表面的保护不够，对光泽保护的贡献有限，对薄型产品的保护有限。

申请

①聚烯烃类：PP薄膜、PP成型、HDPE管材、PE电线电缆、LDPE/EVA薄膜、LLDPE薄膜、PP管材

②苯乙烯：ABS、PC/ABS、IPS、GPPS

③弹性体：SBS/SRS、TPE

④聚氨酯：硬质PVC、软质泡沫

⑤聚氨酯：弹性泡沫、RIM、TPU

⑥工程塑料：POM、PA、PC、PBT/PET、PMMA、UP、PVB淬火剂。

2.3.遮光剂

遮光剂又称遮光剂，是一种能反射或吸收紫外线的物质。它们具有很高的分散性和遮盖力，能将吸收的光能转化为热能，反射有害光波，从而起到保护聚合物和延缓材料老化的作用。通常，一些无机颜料和填料用作遮光剂。常见的遮光剂主要有炭黑、氧化锌、二氧化钛和锌钡。一些有机颜料如酞菁蓝、酞菁绿等也可用作遮光剂。其中炭黑的屏蔽效果最好，对光有高效的吸收作用，但只适用于黑色或深色的产品，而二氧化钛和氧化锌对光有反射作用，适用于白色产品。

图6遮光剂的工作原理

2.4.淬火剂

猝灭剂都通过转移光能来实现光稳定性。紫外光吸收剂在自身分子直接吸收光能时传递能量，猝灭剂与塑料材料中由光产生的高能量和高化学反应性的激发态官能团相互作用，传递激发态官能团的能量。如果塑料分子已经通过吸收紫外光而被激发产生激发态能量，猝灭剂可以消除被激发分子上的激发态能量，使其恢复到低能状态，防止塑料分子链产生自由基。

猝灭剂主要通过分子间能量的转移消除激发态能量，对聚合物有很好的稳定作用。很好的协同作用。

淬灭剂主要是金属配合物，如镍钴的有机配合物。其中以有机镍螯合物猝灭剂占比最大，其有机部分为取代苯酚、硫代双酚等。主要种类有：二硫代氨基甲酸镍，如BC；硫代双酚型，如AM-101；膦酸单脂镍型，如光稳定剂2002。

有机镍和有机钴光稳定剂在聚烯烃农用薄膜中有很好的应用，具有挥发性低、不变色、热稳定性和熔融性能好、使用寿命长等优点。在纤维中使用时，可起到助染的作用，提高颜色的耐光牢度和亮度，添加量也低于吸收光稳定剂。

猝灭剂光稳定性高，挥发性低，起霜和迁移小，耐萃取。能有效保护产品和薄型产品的表面。但色深、毒性（如有机镍光稳定剂中重金属离子的毒性）和环境污染，在高温下会分解变色，与含硫添加剂有抵消作用。

另外，光稳定剂按化学结构可分为：

1）水杨酸盐、2）二苯甲酮、3）苯并三唑、4)三嗪、5）取代丙烯腈、6）草酰胺、7）@ >有机镍化合物，8）受阻胺（HAL）等

三、光稳定器选择原则

3.1.兼容性

塑料和光稳定剂的分子具有不同程度的极性，两者的相容性较差。通常两者在高温下融合。因此，为了使光稳定剂起作用，选择光稳定剂的熔点或熔点。熔融范围上限不应低于塑料聚合物的加工温度。

3.2.迁移

特别是对表面积和体积比小的制品，氧化主要发生在制品表面，这就需要光稳定剂不断地从塑料制品内部迁移到制品表面才能发挥作用。如果向产品表面的迁移速度过快，迁移量过大，光稳定剂就会挥发，造成损失。所以在选择的时候可以选择分子量比较大、熔点比较高的品种。

3.3.稳定性

添加剂应在材料中稳定，在使用环境中和高温加工过程中挥发流失，不变色或发色，不分解，不与其他添加剂发生不良化学反应。

3.4.可加工性

在塑料制品加工过程中，光稳定剂的加入可能会改变树脂熔体粘度和螺杆扭矩。如果它与树脂的熔融范围相差很大，光稳定剂会偏斜或拧紧。因此，当光稳定剂的熔点比加工温度低100℃以上时，应将光稳定剂制成一定浓度的母粒，再与树脂混合加工产品，避免不均匀。由于偏流，产品中广泛的稳定剂的分布和加工。产量下降。

3.5.环境卫生

光稳定剂应无毒或低毒，无尘或低尘抗紫外线助剂用法，在产品制造过程和使用过程中对人体无有害影响。

文章来源：北京天罡助剂有限公司——爱邦高分子编辑赵丽，仁科团队组合。

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