光稳定剂在PVC中的应用_王海鹰(5)

光稳定剂在PVC中的应用

2.3.1 炭黑

炭黑粒子是一种聚合型的多晶体材料，主要是由其独特的共轭芳烃结构组成的，同时粒子表面还富集了蒽醌、芳酮等化合物。一般认为，炭黑粒子的光屏蔽性能与其在树脂基体中的分散情况和粒径大小有关。炭黑粒子的光稳定机理十分复杂，主要包括屏蔽吸收紫外光区的有害能量、捕捉由紫外光激发的活性自由基、猝灭激发态分子、分解紫外由于炭黑粒子表面光产生的氢过氧化物[21]。此外，

富含极性基团，易于吸附其他各类光稳定剂，对材料产生抗紫外光老化协同效应或反协同效应[22]。

炭黑是最有效的光屏蔽剂，能吸收整个紫外光和可见辐射光，并能将光能变成破坏性小的热能，同时具有内滤光剂、自由基清除剂以及聚合物单线态和三线态的猝灭剂的作用，通过能量在其多核芳烃结构中的水平转移，起到紫外光吸收剂的功能。炭黑按照制造工艺可以分为成槽法炭黑、炉法炭黑和热裂法炭黑3类，炭黑的光稳定效率取决于其类型、粒度大小以及其在聚合物中的分散度。作为光稳定剂使用的炭黑的粒度以15~25nm为佳，品种以槽法炭黑为上品，炭黑的用量一般为1%~2%[23]。

衰减全反石巍等[24]采用黏均分子质量测定、射-傅里叶转换红外光谱和力学性能测试等方法研究了半补强炭黑（SRF）对增塑PVC的紫外光稳定和降解性能的影响。研究表明：SRF的加入能有效提高增塑PVC的抗紫外光性能，当添加2份时，PVC体系就有明显的抗紫外光效果。2.3.2 二氧化钛

另一种常用于PVC材料抗紫外老化的无机粒子是TiO2。需要注意的是不同晶型的TiO2粒子有着不同的光敏性，锐钛型TiO2粒子由于其独特的光催化活性，通常会加速材料的降解，而金红石型的TiO2才常被用于PVC材料的光稳定研究[25-26]。但即

也存在一些光催化缺陷，使是金红石型TiO2粒子，

因此，金红石型TiO2粒子作为紫外光解蔽剂一般需用以屏蔽其要包覆一层SiO2、Al2O3之类的无机膜，晶体结构中的光催化活性点。

关于TiO2对PVC的光稳定作用，C. Anton-Prinet

材料在老化过程中的颜色变化主要等[27]研究认为：

是由于近表层所产生的多烯烃结构所致。因此，如

果屏蔽剂能够集中在材料的近表层吸收有害紫外光，就可以很好地抑制这种多烯烃结构的生成。如图1TiO2粒子的紫外光解蔽闽值为390nm，

小于390nm的紫外所示。当TiO2粒子加入PVC后，

而波长在390~420nm的紫外光均能被TiO2所吸收，

光才可能引发PVC分子链段的降解。

图1 含5%TiO2的PVC的紫外吸收光谱

Fig.1 The ultraviolet absorption spectrum of PVC filled with 5% TiO2

由于钛为稀有金属，非常昂贵，所以在保证材料的抗紫外老化性能前提下，尽量减少TiO2粒子在PVC材料中的用量也是人们十分关注的问题。Fethi Kamisli等[28]通过TiO2和MgO复合粒子对PVC

异型材门窗的老化研究发现:MgO粒子的加入可以减缓PVC材料老化后的颜色变化程度，当TiO2与MgO粒子配比达到1:3时，材料的老化性能有显著改善。Conroy and Wursthorn[29]通过添加一种自可以降低制复合物与TiO2共同作用于PVC材料中，TiO2粒子50%的用量而达到相同的稳定效果。

光屏蔽剂的最大弊端是使制品着色，直接限制了它在透明制品中的应用。因此，在品种开发方面总体进展不大。新品种主要是超细粒径并经表面处理的易分散无机物，如超细TiO2 (代表性实例是微细化ZnO。前者具Tioxide America公司的产品)，有非活性、非迁移性、低可见光散射性和高紫外光散射性，在维持塑料透明性的同时赋予紫外光吸收功能，后者在透明性和紫外光吸收效率方面比超细将大幅度提高TiO2更好。纳米技术的工业化应用，

光屏蔽剂在PVC材料中的耐光和耐候性能。

3 结语

虽然人们做了许多工作，但在PVC的紫外光稳定方面仍然存在着许多问题。在光稳定剂应用的过程中，目前还存在与PVC的相容性、耐迁移性、耐