紫外线吸收剂在高分子材料光老化防护中的应用

牛 宏

(甘肃省化工研究院有限责任公司，甘肃 兰州 730020)

摘 要：随着科技的发展和材料科学的进步,高分子材料已广泛应用于建筑、汽车、包装和医疗等众多领城。然而,材料暴露在户外环境中时,会受到紫外线的照射,导致光老化现象,如颜色变黄,强度下降和寿命缩短。紫外线吸收剂能有效吸收太阳光中的紫外线部分,将其转化为较低能量的形式,从而保护材料免受光老化的损害。详细探讨了紫外线吸收剂的工作原理,包括其基本概念、吸收光谱与波长范围,并与其他光稳定剂进行了比较。阐述了紫外线吸收剂在不同高分子材料中的应用情况，如聚烯烃、聚酯和聚氨酯材料以及工程塑料,并讨论了在选择紫外线吸收剂和优化其性能时应考虑的因素,如性能评估标准和吸收剂的浓度与分布。

关键词：紫外线吸收剂；高分子材料；光老化防护

引言

在材料科学领域,高分子材料因其优异的性能和广泛的应用前景而受到极大关注。高分子材料在诸多行业中均有应用,如航空、建筑、汽车及医疗等，但同时也面临着严峻的光老化问题。光老化是指高分子材料长期暴露于紫外线辐射下,引起的分子链断裂、交联或其他化学变化,最终导致材料性能的衰退。为了延长材料的使用寿命并维持其结构和功能的完整开发，有效的防护策略显得尤为重要。紫外线吸收剂的应用提供了一种有效途径,通过吸收紫外线,减少或阻断光引起的化学反应,从而抑制光老化过程。

1 紫外线吸收剂的工作原理

1.1 紫外线吸收剂的基本概念

紫外线吸收剂是一类能够有效吸收紫外线并将其能量转换为无害形式的化合物,广泛应用于高分子材料的光老化防护中,以防止由紫外线引起的分子结构破坏。吸收剂的基本功能是通过其特定的化学结构吸收特定波长的紫外辐射,阻止辐射达到高分子链,从而减少光引发的自由基的生成和连锁反应。紫外线吸收剂类型主要包括苯酮类、苯并三唑类和酯类化合物它们在高分子基体中的分散性和光化学稳定性决定了其防护效果的优劣。化合物的分子设计通常包含能够强烈吸收紫外光的共轭系统,使其能在吸收紫外线后，迅速而有效地将吸收的能量以热或其他形式释放,减少能量积聚导致的高分子材料降解。优化紫外线吸收剂的分子结构不仅需要关注其光物理性能,还需考虑其在目标高分子材料中的兼容性和稳定性,以确保在实际应用中能够提供长效的光保护功能叫。因此,紫外线吸收剂的研究和开发是连接材料科学与有机化学的跨学科领域,要求深人理解材料的光物理行为和化学稳定性,以及吸收剂的光稳定机制和应用效果。

1.2 紫外线吸收剂的吸收光谱与吸收波长范围

紫外线吸收剂的工作原理依赖于其能够特定地吸收一定波长范围内的紫外光,该能力是通过化合物的分子结构中的共轭系统来实现的。共轭系统的长度和形态直接影响吸收剂的吸收光谱,从而定义了吸收剂对不同紫外光波长的吸收能力。

在高分子材料的光老化防护应用中,理想的紫外线吸收剂应当覆盖从紫外线C区(UVC,100~280nm)至紫外线A区(UVA,315~400nm)的广泛波长范围。通常,高分子材料暴露在太阳辐射下主要受到UVB(280~315nm)和UVA的影响。因此,紫外线吸收剂的选择需考虑其最大吸收峰位于这一区域,以确保最有效的光防护效果,表1是3种常用紫外线吸收剂及其对应的吸收光谱与吸收波长范围的数据。

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