聚合物被光照時(shí)，吸收光能被激化而產(chǎn)生自由基，產(chǎn)生光氧化。受到紫外線的激發(fā)引起降解后，材料的損傷是多種多樣的，包括褪色、光澤度降低、粉化、開裂、起霧、脆化和物理強(qiáng)度下降。所以，我們需要光穩(wěn)定劑和紫外線吸收劑。

根據(jù)作用的不同，巴斯夫光穩(wěn)定劑可以分為

1）  紫外線吸收劑：吸收紫外光。

2）  光穩(wěn)定劑：捕獲自由基。

紫外線吸收劑本身具有很高的吸收能力外，紫外線吸收劑還必須對(duì)光有非常穩(wěn)定性，否則它自己會(huì)很快被消耗掉。

根據(jù)分子結(jié)構(gòu)的不同，紫外線吸收劑可以分為：

1)二苯甲酮類：常見的產(chǎn)品有巴斯夫C81等。

2)苯并三唑類：巴斯夫326，巴斯夫329，巴斯夫328等屬于此類。

3)三嗪類：比經(jīng)典的二苯甲酮類和苯并三唑類具有更高的吸收效率。

光穩(wěn)定劑完全不吸收紫外線，但是對(duì)光有穩(wěn)定性作用。

光穩(wěn)定劑的分類：

根據(jù)分子量高低

a)      低分子量：典型的產(chǎn)品如巴斯夫770。

b)      高分子量：典型的產(chǎn)品如巴斯夫944。

按活性基團(tuán)結(jié)構(gòu)

a)      仲胺：N-H型

b)      叔胺：N-R型

c)       N-O-R 型

光穩(wěn)定劑的光穩(wěn)定效率為一般紫外線吸收劑的數(shù)倍，且同時(shí)適合薄厚制品。高分子量的光穩(wěn)定劑，除能提供光穩(wěn)定性外，還能提供長(zhǎng)效熱穩(wěn)定性。

測(cè)定光穩(wěn)定劑的效率，需采用實(shí)驗(yàn)室或者室外曝光的方法。這個(gè)過程稱為材料的老化測(cè)試。

1. 自然暴曬
要了解材料的耐老化能力，相當(dāng)直接的方式是自然暴曬。非常明顯，如果材料的設(shè)計(jì)壽命是十年，我們不可能用一個(gè)十年的自然暴曬測(cè)試來確定新的配方是否可行，這也是采用人工光源模擬陽光且進(jìn)行加速測(cè)試的原因。但是自然暴曬仍然有它的市場(chǎng)，一方面，它是積累基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的重要途徑；另一方面，有些配方的確定，在人工測(cè)試完成后，需要用自然暴曬來驗(yàn)證。

自然暴曬不是簡(jiǎn)單地把材料防置于野外，而是有程序可遵循的。樣品的大小，背墊的材質(zhì)，面對(duì)陽光的方向和角度，樣品架下是反光的水泥地還是不反光的草坪，暴曬開始的季節(jié)等等，都是需要考慮的因素。在專業(yè)的曝曬場(chǎng)，還會(huì)配置樣品輔助移動(dòng)設(shè)備，讓樣品可以像向日葵一樣，隨著日光旋轉(zhuǎn)，并用鏡面將入射光聚集，以保證相當(dāng)大限度照射到陽光。

全世界有名的曝曬場(chǎng)如

邁阿密（美國）：高溫高濕的熱帶氣候

亞利桑那（美國）：高溫干燥的沙漠氣候

Bandol（法國）：夏季炎熱干燥，冬季溫和多雨的地中海氣候

在中國，各個(gè)典型氣候地區(qū)也都有自然暴曬場(chǎng)，如敦煌、海南、重慶、漠河、西藏，分別模擬了沙漠，熱帶雨林，酸雨，極地和高原。

2. 人工光源老化

a. 氙燈

氙燈是目前的人工光源中，模擬光降解相當(dāng)好的一種。在紫外區(qū)間，氙燈光譜和太陽光非常接近。由于氙燈在可見光區(qū)間有發(fā)射，有顏色的樣品，氙燈測(cè)試效果比紫外燈測(cè)試效果明顯更接近真實(shí)情況。

氙燈老化裝置有轉(zhuǎn)鼓式和平板式。轉(zhuǎn)鼓式氙燈的**是Atlas公司的Weather-O-Meter。實(shí)驗(yàn)箱的中心有垂直光源，氙燈燈管外有冷卻純水，會(huì)過濾掉一部分紅外線，同時(shí)起到循環(huán)冷卻的作用。試樣置于旋轉(zhuǎn)架上，與光源保持一定距離。Q-Lab公司的Q-Sun系列氙燈老化儀則是平板式，樣品置于光源下方。兩種形式的氙燈輻照強(qiáng)度均可通過電壓高低控制。實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)的溫度、濕度也都是可控的。通過程序控制，可以用燈的亮、暗來模擬白天黑夜，用噴淋來模擬下雨和冷凝。常見的用于塑料的氙燈老化標(biāo)準(zhǔn)如

塑料行業(yè)：ASTM G155-1，ISO 4892-2a

汽車行業(yè)：SAE J2412，SAE J2527， VW PV 1303

紡織行業(yè)：ISO105-B02

氙燈設(shè)備價(jià)格高，燈管等耗材昂貴。其他的附加費(fèi)用，如附帶的純水機(jī)的維護(hù)，標(biāo)準(zhǔn)燈管的校準(zhǔn)，均需要較大投入。此外，氙燈安裝所需硬件條件高，維護(hù)復(fù)雜，除了要處理日常的機(jī)械故障，還要求深刻理解測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，合理安排樣品出入箱時(shí)間，這就需要專門的技術(shù)人員。以上原因都造成氙燈測(cè)試的成本很高。

 b. 紫外熒光燈

紫外熒光燈也是使用歷史較長(zhǎng)的一種人工光源。雖然對(duì)紫外區(qū)間的模擬不如氙燈好，但是其造價(jià)低，易維護(hù)，特別是它加速較快。如果數(shù)據(jù)*用于對(duì)比而無需壽命預(yù)測(cè)，紫外熒光燈是一個(gè)很經(jīng)濟(jì)的選擇。Q-Lab公司的QUV測(cè)試儀可謂紫外熒光燈測(cè)試設(shè)備的經(jīng)典。測(cè)試箱呈梯形，樣品置于鋁制背板上，面對(duì)8根燈管，輻照度、溫度也都可調(diào)，但濕度一般不予控制。

紫外熒光燈管相當(dāng)常見的是UVA-340、UVB-313兩種，UVA-340燈的峰值出現(xiàn)在340nm處，UVB-313燈的峰值出現(xiàn)在313nm處。UVA-340燈在295nm- 365 nm區(qū)間對(duì)太陽光的模擬很好，只在大于365nm以后，偏離日光光譜較遠(yuǎn)。UVB-313燈則模擬性相對(duì)較差，但是其強(qiáng)度較高，對(duì)老化的加速快。

常見的紫外熒光燈老化標(biāo)準(zhǔn)是ASTM G154，它附有多個(gè)推薦實(shí)驗(yàn)條件，分別適合不同的材料和行業(yè)。

c. 其他人工光源

早期的人工光源還包括碳弧燈。由于光譜對(duì)太陽光的模擬性較差，在氙燈得到發(fā)展后，碳弧燈已經(jīng)基本不再使用。只有在美國和日本一些企業(yè)，因過去有大量碳弧燈的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，為進(jìn)行對(duì)比，還保留了一部分碳弧燈的實(shí)驗(yàn)。

其他人工光源還包括汞燈，高壓汞燈等，多因模擬性差較少使用。金屬鹵素?zé)魪?qiáng)度較高，但隨意調(diào)整強(qiáng)度會(huì)影響光譜分布，在特定的場(chǎng)合，如整車暴曬時(shí)會(huì)采用。

在某個(gè)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)下，在儀器里暴曬多久，相當(dāng)于在某個(gè)特定地理區(qū)域里暴曬1年的輻照量，請(qǐng)注意這**是輻照量。相同的輻照量下，人工老化縮短了暴曬時(shí)間，提高了輻照度。高的輻照度可能意味著更多的降解反應(yīng)，而在低輻照度下，這樣的反應(yīng)可能完全不會(huì)發(fā)生。

人工光源老化和自然暴曬的相關(guān)性，與光源和太陽光的模擬精確度、測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)和條件等有關(guān)。即使是完全相同的樣品，在不同的方法下加速，得到的結(jié)果都有可能千差萬別。要獲得一個(gè)可靠的人工老化方法，必須通過大量的實(shí)驗(yàn)。

經(jīng)過光老化后，樣品要進(jìn)行各種性能測(cè)試，以判斷其光老化的嚴(yán)重程度。

物理性能：包括拉伸強(qiáng)度，伸長(zhǎng)率，沖擊強(qiáng)度，彎曲強(qiáng)度等。

顏色：包括黃度，灰度，色差等。

表面性能：包括光澤度，粗糙度等。

老化實(shí)驗(yàn)一般周期較長(zhǎng)，一個(gè)實(shí)驗(yàn)往往要分成多個(gè)段，每段照射結(jié)束后拿出樣品進(jìn)行測(cè)試，再將樣品放回箱內(nèi)繼續(xù)照射。如果是破壞性實(shí)驗(yàn)，則需要多準(zhǔn)備樣品以滿足多次實(shí)驗(yàn)需要。

本文的***部分曾提到，受阻胺類光穩(wěn)定劑，從仲胺到叔胺再到N-O-R型，經(jīng)歷了從髙堿性到低堿性的歷程，這其實(shí)是實(shí)際應(yīng)用的需要。在很多場(chǎng)合，樹脂、配方或者加工工藝都出現(xiàn)酸性環(huán)境。一個(gè)典型的例子是農(nóng)膜，如果采用硫磺熏蒸的方式殺蟲，則添加堿性光穩(wěn)定劑的大棚膜的壽命將受到嚴(yán)重影響。再如一些樹脂，如PC，PET等，如在堿性條件下水解會(huì)加速。HALS必須低堿性化以適應(yīng)酸性環(huán)境的需求。N-R、N-O-R結(jié)構(gòu)的低堿性HALS應(yīng)運(yùn)而生。如德國巴斯夫的NOR371等等。

在汽車行業(yè)，內(nèi)飾部件需要良好的光穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。如果涉及噴漆工藝或特殊使用環(huán)境（如酸雨地區(qū)），又要求HALS具有低堿性。在汽車部件常用的注塑工藝中，模具結(jié)垢是非常令人頭疼的問題。相對(duì)聚合物來說，配方中分子量較小的各種助劑都會(huì)增加模具沉積的風(fēng)險(xiǎn)。此外，助劑帶來的表面粘性增加，也會(huì)影響消費(fèi)者的主觀感受，甚至無法通過行業(yè)規(guī)定的發(fā)粘性能標(biāo)準(zhǔn)。這樣的現(xiàn)狀決定了光穩(wěn)定劑必須同時(shí)具備多項(xiàng)優(yōu)良素質(zhì)，巴斯夫的開發(fā)也就傾向于多功能化。

人造草皮和工業(yè)紡織品必須能經(jīng)受住長(zhǎng)時(shí)間暴露于紫外光、高溫和環(huán)境污染物中。然而，除了滿足這些要求之外，光穩(wěn)定劑在纖維和編織帶的加工過程中面臨的挑戰(zhàn)更大。以PE單絲為例，添加劑和著色劑通常作為濃縮的母粒加入，并且通過水浴處理長(zhǎng)絲，如果添加劑的加入造成單絲帶水嚴(yán)重，會(huì)影響生產(chǎn)過程的連續(xù)性，降低產(chǎn)量和效率。在這種加工情況下，光穩(wěn)定劑是否會(huì)對(duì)帶水性造成負(fù)面影響就顯得尤為重要。全新的、綠色的光穩(wěn)定劑成為行業(yè)發(fā)展的新要求。

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