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一、術(shù)語和定義

 

光穩(wěn)定劑，是一種能夠提高涂料耐候性的化學(xué)添加劑。在涂料行業(yè)中，耐候性是評估涂料質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。為了提高涂料的耐候性，光穩(wěn)定劑應(yīng)運(yùn)而生。與傳統(tǒng)的紫外線穩(wěn)定劑相比，光穩(wěn)定劑具有更強(qiáng)的耐久性和防護(hù)性，能夠為涂料提供更加全面的保護(hù)。

 

涂層的光老化過程，要求涂層中存在能有效吸收太陽紫外線的組分或結(jié)構(gòu)，光老化過程常伴隨著光氧化反應(yīng)，為了防止有機(jī)涂料老化，涂料中最常采用的方法是添加穩(wěn)定劑，如抗氧劑、光穩(wěn)定劑等各種防老化劑。

 

太陽紫外線照射時的單線態(tài)氧、臭氧以及基態(tài)氧，是該過程發(fā)生的關(guān)鍵。烷基過氧化氫、自由基是光過氧、光降解得以持續(xù)進(jìn)行的重要環(huán)節(jié)。因此針對這些環(huán)節(jié)，通過添加不同功能助劑抑制這些步驟，將可大大緩解聚合物涂層的光老化。這種有助于提高涂層抗光老化性能的助劑稱為光穩(wěn)定劑。

 

二、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

 

HG/T 6008-2022《光穩(wěn)定劑 聚丁二酸(4-羥基-2,2,6,6-四甲基-1-哌啶乙醇)酯》

 

HG/T 6009-2022《光穩(wěn)定劑 雙(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯》

 

HG/T 6010-2022《光穩(wěn)定劑 聚{[6-[(1,1,3,3-四甲基丁基)氨基]-1,3,5-三嗪-2,4-雙[(2,2,6,6,-四甲基-哌啶基)亞氨基]-1,6-己二撐[(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亞氨基]}》

 

這3項標(biāo)準(zhǔn)均于2022年9月30日發(fā)布、2023年4月1日實施，規(guī)定了聚丁二酸(4-羥基-2,2,6,6-四甲基-1-哌啶乙醇)酯（簡稱光穩(wěn)定劑622）、雙(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯（簡稱光穩(wěn)定劑770）、聚{[6-[(1,1,3,3-四甲基丁基)氨基]-1,3,5-三嗪-2,4-雙[(2,2,6,6,-四甲基-哌啶基)亞氨基]-1,6-己二撐[(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亞氨基]}（簡稱光穩(wěn)定劑944）的理化性能等技術(shù)要求，描述了產(chǎn)品的組批規(guī)則、采樣、試驗方法，規(guī)定了標(biāo)志、包裝、運(yùn)輸和貯存等方面的內(nèi)容。

 

三、涂料光穩(wěn)定劑的要求

 

合適的光穩(wěn)定劑應(yīng)當(dāng)滿足下列基本要求：

 

光穩(wěn)定劑應(yīng)具有足夠的效能抑制聚合物材料的光老化，延續(xù)其光老化進(jìn)程。

光穩(wěn)定劑與涂料配方和固化交聯(lián)體系有良好的相容性，已防止相分離。

光穩(wěn)定劑應(yīng)具有較低的揮發(fā)性，否則當(dāng)以很少的濃度存在于涂層中時，容易發(fā)生揮發(fā)性損失。

由于光固化涂料的成膜過程涉及吸光、活性自由基的產(chǎn)生等環(huán)節(jié)，光穩(wěn)定劑不應(yīng)嚴(yán)重干擾這些環(huán)節(jié)的作用，否則，光固化速度和固化膜交聯(lián)度等膜性能較差，達(dá)不到設(shè)計要求。

光穩(wěn)定劑應(yīng)具有長效抑制光老化功能。

 

四、涂料光穩(wěn)定劑的類型

 

光穩(wěn)定劑按其作用機(jī)理可分為4類：

 

（一）光屏蔽劑

這是一類能夠遮蔽或反射紫外線的物質(zhì)，使光不能透入高分子內(nèi)部，從而起到保護(hù)高分子的作用。光屏蔽劑有炭黑、二氧化鈦等無機(jī)顏料和酞菁藍(lán)、酞菁綠等有機(jī)顏料，其中炭黑屏蔽效果最好。

 

（二）紫外線吸收劑（UVA）

它的作用能有效地吸收波長為290~410 nm的紫外線，而很少吸收可見光，它本身具有良好的熱穩(wěn)定性和光穩(wěn)定性。

 

按其化學(xué)結(jié)構(gòu)主要可以分為：鄰羥基二苯甲酮類、苯并三唑類、水楊酸酯類、三嗪類、取代丙烯腈類。作為輔助光穩(wěn)定劑和受阻類光穩(wěn)定劑共同使用，尤其是用在涂料中。

 

紫外線吸收劑它們吸收紫外光而激發(fā)，在回到基態(tài)時，可將光能轉(zhuǎn)換為熱能，或同時放出弱的熒光或磷光，如2-羥基二苯甲酮，其紫外線吸收過程表示如下：

 

 

紫外線吸收劑除2-羥基二苯酮類外，還有鄰羥基三嗪類與苯并三氮唑類，如2-(2-羥基-5-甲基苯基)苯并三氮唑，這是一類無色透明的紫外吸收劑，結(jié)構(gòu)式如下圖：

（三）猝滅劑

主要是二價鎳的有機(jī)螯合物，它們可與受光照而激發(fā)的聚合物分子作用，通過猝滅反應(yīng)，奪取聚合物激發(fā)態(tài)的能量，使其回到基態(tài)，得到的能量可以熱的形式消耗掉。代表性物質(zhì)有硫代雙(4-叔辛基苯酚鎳)（結(jié)構(gòu)式如下圖，其中R代表叔辛基）：

 

 

有機(jī)鎳光穩(wěn)定劑具有良好的性能，但因重金屬離子的毒性問題，可能被其他無毒或低毒猝滅劑取代。

 

（四）自由基捕獲劑

這類光穩(wěn)定劑能捕獲高分子中所生成的活性自由基，從而抑制光氧化過程，達(dá)到光穩(wěn)定目的，主要包括受阻胺光穩(wěn)定劑（HALS）。這是最有前途的新型高效光穩(wěn)定劑之一，在國際上年平均需求增長率為20%~30%。

 

1. 受阻胺類光穩(wěn)定劑（HALS）

其作用包括單線態(tài)氧的猝滅劑、自由基的捕捉劑、過氧化氫的分解劑，因此綜合了抗紫外光穩(wěn)定劑光氧化的各種作用。受阻胺的品種很多，廣泛用于涂料，其一般形式表示為：

 

 

2. 氫過氧化物分解劑

是受阻胺類光穩(wěn)定劑中的一種。聚合物在貯存和加工期間能產(chǎn)生氫過氧化物，導(dǎo)致聚合物的光氧化降解，氫過氧化物分解劑能就能夠分解過氧化物，生成穩(wěn)定的氮-氧自由基，并進(jìn)一步捕獲自由基，從而抑制聚合物降解。

 

 

五、涂料光穩(wěn)定劑的發(fā)展趨勢

 

近年來，隨著環(huán)保意識的日益加強(qiáng)，涂料行業(yè)開始轉(zhuǎn)向環(huán)保型光穩(wěn)定劑的研究和應(yīng)用。環(huán)保型光穩(wěn)定劑主要分為有機(jī)硅類、有機(jī)錫類、有機(jī)硼類等幾種。其中，有機(jī)硅類光穩(wěn)定劑因其無毒、無味、無刺激性等優(yōu)點，成為了市場上的主流產(chǎn)品。此外，環(huán)保型光穩(wěn)定劑還具有更好的生物相容性和可降解性，有利于保護(hù)環(huán)境和人體健康。

 

未來光穩(wěn)定劑的發(fā)展趨勢是向高效、高分子量化、多功能化、無毒化方向發(fā)展。HALS仍是主流，其中部分低分子量的要被高分子量的、多官能團(tuán)的、非堿性的和反應(yīng)型的品種所取代。