第五章光稳定剂

道防线，每一道防线都可抑制紫外线的破坏作用。在设计
防护配方时，具体选哪种稳定剂，设置一道还是多道防线， 要视制品的要求和使用环境而定。 2、按化学结构分类，可分为： 水杨酸酯类、苯甲酸酯类、二苯甲酮类、苯并三唑类、三 嗪类、取代丙烯腈类、草酰胺类、有机镍络合物和受阻胺 类。
目前世界上用量最大的两类光稳定剂是紫外线吸收剂和受
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第二节
光稳定剂的作用机理
根据稳定机理的不同，光稳定剂大致分为 四类： 1 、光屏蔽剂; 2 、紫外线吸收剂;
3 、猝灭剂;
4 、自由基捕获剂。
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1. 光屏蔽剂
又称遮光剂，是一类能够吸收或反射紫外光的物
质。它的存在象是在聚合物和光源之间设立了一
道屏障，使光在达到聚合物的表面时就被吸收或
反射，阻碍了紫外线深入聚合物内部，从而有效
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聚合物材料光老化的最终结果是使用寿命缩短。
例如，EVA（乙烯-醋酸乙烯酯共聚物）胶膜作为
太阳能电池的封装材料，面临的最重要问题就是
胶膜由于紫外光和湿热氧引起的室外老化问题。
由于老化引起的生色，脱层等很大程度上降低了
电池使用寿命和效率。目前对EVA胶膜耐紫外老化
性能的研究已成为EVA胶膜改性的主要方向。
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聚合物光降解反应的一般过程如下：
链引发：氢过氧化物．ROOH 羰基化合物， C=0
残留催化剂，Tj⋯ ⋯
电荷转移配合物 结果：产生自由基： R· 、 RO· 、HO·
……
根据光吸收模式的不同．高分子材料光氧化降解 反应的引发可分为两个主要类型：杂质发色团光 吸收引发和主体结构发色团光吸收引发。
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实践中行之有效的聚合物光稳定方法是使用各种
光稳定剂。
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光稳定剂：凡能抑制或减缓光降解过程进行的措 施，称为光稳定。所加入的物质称光稳定剂或紫 外光稳定剂。 光稳定剂对于防止或减缓塑料老化，延长其贮存 和使用寿命是十分有效的。用极少量（0.01%～ 0.5%）就可达到目的。
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四、光稳定剂的分类
链增长： R· ＋ O2 → RO2· RO2· ＋ RH → ROOH ＋ R·
ROOH → RO· ＋ HO·
RO· ＋ RH → ROH ＋ R·
HO· ＋ RH → H2O ＋ R·
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链终止：
R· ＋ R· → R－R
R· ＋ RO· → ROR
RO·
RO2·
＋ RO· → ROOR
＋ RO2· → 非自由基产物
1、按作用机理分类，可分为四类：
(1)光屏蔽剂，包括炭黑、氧化锌和一些无机
颜料；
(2)紫外线吸收剂，包括水杨酸酯类、二苯甲
酮类、苯并三唑类、取代丙烯腈类、三嗪类等
有机化合物；
(3)猝灭剂，主要是镍的有机络合物；
(4)自由基捕获剂，主要是受阻胺类衍生物。
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这四种稳定作用方式构成了光稳定化中层次逐渐深入的四
阻胺光稳定剂。
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五、光稳定剂应具备的条件
1、能强烈吸收290～400nm波长范围的紫外线或能有效地
猝灭激发态分子的能量，或具有足够捕获自由基的能力；
2、与聚合物及其助剂的相容性好，在加工和使用过程中不
喷霜，不渗出；
3、具有光稳定性、热稳定性及化学稳定性，即在长期曝晒
下不遭破坏，在加工和使用时不因受热而变化，热挥发损 失小，不与材料中其他组分发生不利的反应； 4、耐抽出、耐水解、无毒或低毒，不污染制品、价格低廉。
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再如聚丙烯制品，如果不作稳定化处理，其户外 使用寿命只有几个月，大大影响了材料户外使用 的经济性和环保性，限制了其应用范围。 因此，研究弄清聚合物材料发生光老化作用的原 因及其具体物理－化学机理，并在此基础上研究 开发出有效的聚合物材料光稳定方法，对于聚合
物材料工业及相关行业的发展具有重要的意义。
第五章 光稳定剂
第一节 光稳定剂概述
第二节
第三节 第四节
光稳定剂的作用机理
光稳定剂的主要品种及应用 光稳定剂的发展概况和发展趋势
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第一节
光稳定剂概述
一、聚合物光降解现象 聚合物光降解 ：塑料和其它高分子材料，长期 暴露在日光或短期置于强荧光下，由于吸收了紫 外光能量，引发了自动氧化反应，导致了塑料的 主要组分聚合物的降解，会出现外观和物理机械 性能劣化，使得制品变色、发脆、性能下降，以 致无法再用。这一过程称光降解或光老化。
R·
RO2·
＋ HO· → ROH
＋ R· → ROOR
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在大气环境中，聚合物光降解主要是由于发生光
氧化反应所致，是按自由基反应历程进行的。
因为紫外线能量高，其能量能直接传递给化学键
中的电子，因此发生断裂的就并不总是弱键，强
键也可能断裂或被活化。
因此，光氧化反应从一开始速度就较快，而链增
长过程则不像热氧化反应那么长。引发阶段是聚
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在实际到达地面的波谱中:
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; 波长约为290—400nm（仅占5%）的是紫外线。 虽然紫外线仅占约5%左右，但是，这小部分的太 阳光紫外线具有足以打断聚合物中化学键的能量。
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2、发生光氧化降解反应 聚合物分子吸收光能后，即被激发到电子激发态。 电子激发态是不稳定的，它将会通过各种光物理 和光化学过程消散激发能。 激发态分子如果未能及时通过光物理过程消散激 发能，它将可能发生化学反应。 以下是聚合物光降解反应的一般过程：
合物光氧化反应的关键。
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聚合物光降解与热氧化降解比较
光降解
降解机理 链引发 自由基反应 紫外辐射能
热氧化降解
自由基反应 热能
反应情况
反应速度 链增长
强键也能断裂或 被活化 反应速度较快
链增长过程较短
弱键断裂
反应速度较慢 链增长过程较长
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三、聚合物光稳定 根据上述聚合物光降解机理，大多数常用聚合物 光降解是由于含有微量杂质发色团引起的。原理 上，解决这些聚合物耐光性问题的根本方法是改 进合成、加工和储存工艺及条件减少引进杂质发 色团。但是由于这种方法实施难度很大，因此效 果有限。
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二、聚合物光降解机理
1、紫外线吸收
太阳光对高分子材料的老化作用主要起因于其所
含的紫外光。
由太阳辐射出来的电磁波包含从X－射线到远红外
的连续光谱(0.7～10000nm)。但在通过外空间和
高空大气层(特别是臭氧层)后，290nm以下的紫外
光和3000nm以上的红外光几乎全部被滤除，实际
到达地面的太阳波谱为290 ～ 3000nm。