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    紫外線吸收劑的原理、分類和應用

    城南二哥 防輻射面料 2022-07-26 11:13:30 521 0 防紫外線防曬

    導讀

    紫外線吸收劑能強烈地、選擇性地吸收高能量的紫外線,并以能量轉換形式,將吸收的能量以熱能或無害的低能輻射釋放出來耗掉,從而避免損害皮膚和防止高分子聚合物因吸收紫外線能量而發生激發并進而發生光物理及光化學分解。

    (文末有現在市場上效果較好的紫外線吸收劑品種推薦)

    一、紫外線吸收劑的原理:

    紫外線吸收劑的光能吸收與轉化機理隨種類不同而異,茲分別敘述如下;

      1.二苯甲酮類

      二苯甲酮類紫外線吸收別是紫外線吸收劑中應用廣泛的一類。這類紫外線吸收劑對uV—A、uV—B、uV—C都有較慢的吸收作用。分子中的酮基與羥基能生成內在氫鍵,構成丁一個螯合環。它在吸收丁紫外線光能量后,發生分子的熱振動,內在氫鍵破壞,螯合環打開.把紫外光的能量變成熱能而釋放出來另外,分子中的羰基會被吸收的紫外光能所激發,產生互變異構現象.生成烯醇式結構.這也消耗了一部分能量。在這類紫外線吸收劑中,分子內在氫鍵的強度與其光穩定的效果有關.氧鍵越強,破壞它所需的能量越大,吸收耗去的紫外光能量越多,效果則好;反之亦然。穩定效果還與苯環上烷氧基鏈的長短有關 如果長·與聚合物相容性好.穩定效果剛好。在二苯甲酮類紫外線吸收劑中.在羰基的鄰位必須含有個羥基,否則不能形成內在氫鍵一就不能作為紫外線吸收劑 具有一個鄰位羥基的紫外線吸收劑.可吸收290~380~m 的紫外線,而幾乎不吸收可見光,也不會著色,對高分子聚合物的相容性也好。若在羰基的鄰位具有二個羥基,則可吸收300~400fzm 的紫外線,也吸收部分可見光.由于吸收了可見光,使其互補光不平衡.使加入此紫外線吸收劑的物品呈現黃色.與高分子聚合物的相容性也差.因此其用途就小。雖然不具有鄰羥的二苯甲酮也有吸收紫外線的能力.但它受光照后會引起自身分解,故不宜用作紫外線吸收劑。

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      2.水楊酸酯類

      水楊酸酯類紫外線吸收劑是應用早的一類,水楊酸酯在分子中也有內在氫鍵。這類紫外線吸收劑對紫外線吸收的能力在開始時很低,而且吸收的范圍極窄(小于340vm),但經紫外線照射一定時間后,對其吸收逐漸 增大,直到大吸收,這是由于其在紫外線照射下發生分子重排,形成了紫外線吸收能力強的二苯甲酮結構,從而強化其紫外線吸收 作用。所以,人們把它稱為先驅型紫外線吸收劑。分子重排后生成的雙羥基二苯甲酮 及其衍生物可吸收部分可見光而呈現黃色.而致加入此紫外線吸收劑的物質泛黃。

      3,苯并三唑類

      苯并三唑類紫外線吸收劑其作用機理與二苯甲酮類相似。苯并三唑類對紫外線的吸收范圍較廣,可吸收波長為300~400~m 的光。而對400~m 以上的可見光幾乎不吸收,因此制品不會泛色。

        4,其他類型的紫外線吸收劑

    此外,取代的丙烯腈、三嗪類 紫外線吸收劑,其作用機理據推墁I也是按順一反異構化,使光的能量轉換戒無害的能量而釋放出來。丙烯腈取代物類紫外線 吸收劑能吸收290~ 320Fm的紫外光,也不吸收可見光,不會使施加物體泛色。三嚎類紫外線吸收劑能吸收300~400~m的紫外光。紫外線吸收劑能吸收波長在400~m以下的助色基因(如一NH、一OH、一SO H、一cOOH 等)和發色基團(如C:N,N:N,N:O,C:O等)。它們都是連接芳香核上面。有機鎳也可作為紫外線吸 收劑,但一般把它歸類于猝滅劑(又稱減活劑或消光劑,或稱激光態猝滅 0、能量猝滅劑),其吸收紫外線的能力較上連者低,但能防止聚合物圍吸收紫外線而產生的游離 。

    有機鎳絡臺物是通過在紫外線光照射過程中與高分子聚合物被激發成為激發態的分子作用,使激發態回到基態,把紫外線能量轉化為低能量的光譜散發,而不致使其破壞,從而達到保護高分子物不被破壞。所以把它稱為猝滅荊是因為它與一般紫外線吸收劑的作用機理不同,紫外線吸 收劑是通過分子本身結構變化,而猝滅劑則通過分子間的能量轉移來消散能量 。

    此外,光屏蔽劑如炭黑、二氧化鈦、氧化鋅、鋅 鋇等也是一類能吸收或反射紫外線的物 ,在聚臺物與光源之間設置了一道屏障,吸收或反射紫外線,使之在未到達高聚 物表面時就被吸收和反射,阻礙了紫外線 深入到高聚物內部,其中效率大的是炭黑。

    自由基捕獲劑也是一類能產生光穩定作用的物質,是具有空間位阻效應的哌啶衍生物,稱為受阻胺類光穩定劑。

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    二、紫外線吸收劑的分類:

      1.二苯甲酮類 

    二苯甲酮類紫外線吸收劑都是鄰羥基 二苯甲酮的衍生物,有單羥基、雙羥基、三羥基、四羥基等衍生物,此類紫外線吸收劑被廣泛用于聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、ABS、聚苯乙烯、聚 酰胺等高聚物以及紡織材料的后整理,這類紫外線吸收劑與大多數高聚物的相容性好。對光、熱穩定性良好。在2D0℃時不分 解,但升華性強,可用于油漆、塑料,加入量為0.1~0.5 。

      2.水楊酸酯類 

    水楊酸酯類紫外線吸劑的紫外線吸收率比二苯甲酮類小,吸收波段較窄(能吸收 3409m 以下),而且其本身對紫外光不甚穩定,叉能吸收可見光而使被施加物呈黃色,但其價格便宜.又與高聚物相容性好,用于纖維索、聚酯、PVC、PE、聚偏乙烯、 聚苯乙烯等高聚物。

      3.苯并三唑類 

    苯并三唑類紫外線吸收劑的性能比二苯甲酮類優良,能強烈地吸收310~385pm 的紫外光,幾乎不吸收可見光。其穩定性也好,但價格較貴。

      uv—P能吸收波長270~ 380nm 的紫外光,幾乎不吸收可見光,初期著色性小。主要用于聚氯乙烯、聚苯乙烯、不飽和聚 酯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯、ABS等制品,特別適用于無色透明和淺色 制品。但不耐皂洗,因為它能溶于堿性肥皂中,使纖維顏色變黃。uV一326能有效地吸收波長為270~380nm 的紫外光,主要用于聚烯烴、聚氯乙烯、不飽和聚酯、聚酰胺、 環氧樹脂、ABS、聚氨酯等制品。它的穩定效果很好。對金屬離子不敏感、揮發性小,有抗氧作用,初期易著色。uV一327能強烈 吸收波長為270~300nm 的紫外光,適用于聚乙烯、聚丙烯,也適用于聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯,聚甲醛聚氨酯、ABS、環氧樹脂等。其化學穩定好,揮發性小、毒性小、與聚烯烴相容性好。uV一54l1吸收紫外線光范圍較廣,大吸收峰為345nm 在乙醇中)廣泛用于聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、不飽和聚酯、硬聚氯乙烯、聚碳酸酯、ABS等中。其揮發性小,初期著色性不大。

      4.三嗪類 

    三嗪類紫外線吸收劑,對280~ 380nm 的紫外光有較高的吸收能力。較苯并三唑類穩定劑吸收能力,是一類高效的吸收型光穩定劑,它是2一羥基苯基三嗪衍生物,在鄰位上含有羥基。這類化合物吸收紫外線效果與鄰羥基的個數有關,鄰羥基個數越多,吸收紫外線的能力越強。引入不同取代基.能降低均三嗪環的堿性,但提高了化合物的耐光堅牢性及與樹脂的相容性 其敬果優于常用的紫外線吸收劑uV一9 uV一531、uV一327。其缺點是與高聚物的相容性差,而且還會使施加物著色。

      5.取代丙烯腈類 

    此類紫外線吸收劑能吸收310~ 320~m 的紫外線,但吸收率較低。具有良好的化學穩定性和與高聚物的相窖性N一53強烈吸收波長為270~ 350nm的紫外線,它適用于聚氯乙烯、縮醛樹脂、 聚烯烴、環氧樹脂、聚酰胺、丙烯酸樹脂、聚氨酯、脲醛樹脂和硝酸纖維素等.尤其適用于聚氯乙烯制品。耐堿性好.溶于甲苯、甲乙酮、醋酸乙酯等,微溶于乙醇、甲醇,不溶 于水。用量一般為0、1% ~0、5 。N一539為淺黃色液體,可溶于常用的有機溶劑.不溶于水 可賦予制品優良的光熱穩定性,它與樹脂的相容性好.不著色??捎糜诟鞣N合成材料。

    三、紫外線吸收劑在紡織品上的應用:

      近幾年來人們對防紫外線織物的興趣很大.在日本首先開發了防紫外的纖維和服裝,國內也已進行研究并生產出防紫外的運動服 長統襪、帽子和太陽傘等。所使用的基本材料就是上述的紫外線吸收劑其中使用多的還數二苯甲酮類。

      1 防紫外線纖維的制造

      使用紫外線吸收劑與屏蔽劑(如ZnO、TiO2等)摻入到纖維中進行紡絲,制成防紫外線的纖維,織成的織物在風格、耐洗性等方面都比使用后整理施加法好。這種纖維能遮陽光中60% 的紫外線.在陽光直射下,使服裝內溫度下降4℃ ,現在已經商品化。

      2.后整理法施加紫外線吸收劑

    將紫外線吸收劑施加于服裝或織物上的方法因紫外線吸收劑的品種而異。一是將能與纖維素的羥基、聚酰胺的酰胺基、羊毛和絲綢上的氨基形成氫鍵的紫外線吸收劑施加于染色或柔軟整理浴中同時上染纖維.可用浸染法、軋染法或印花法或柔軟整理施加。

      3 制成微膠囊再施于織物上的方法

    將紫外線吸收劑用微膠囊技術制成微膠囊,其囊衣以高分子聚合物,如苯乙烯、丙烯酸酯為佳,采用邊聚合邊微膠囊的方法制成微膠囊。將紫外線吸收劑包于囊芯,然后用粘合劑及交聯劑將微膠囊固著在織物上,可制成紫外線屏蔽率達85 以上的紡織品,微膠囊可以緩釋紫外線吸收劑.從而達到長效防紫外的目的。

      4.采用涂層施加法

    將紫外線吸收劑添加在涂層劑中.進行涂層、烘干、焙烘,在涂層液中還可添加其它功能性整理劑。用此法制成的帳蓬、帽子。方法簡便,但耐候性、耐洗性尚持改進。

    四、效果較好的紫外線吸收劑推薦:

    1、SERA FAST P-UVR  (DYSTAR)

    2、RUCO-UV UVL/UVS  (RUDOLF)

    3、UV-SUN CLE  (HUNTSMAN)

    4、TANUVAL UVP  (TANATEX)

    5、FADEX ECS (ARCHROMA)

    6、SUNLIFE UV-200 (NICCA)



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