1801年,德国物理学家约翰-威廉-里特发现了紫外线,他通过实验发现在可见光谱的紫光端之外存在不可见光,这种光线能使某些化学物质变黑,从而揭示了紫外线的存在。至此新的一扇大门被打开,UVA,UVB闪亮登场。
1877年,科学家首次报道了太阳光辐射可以杀灭细菌,这标志着紫外线杀菌功能的发现。紫外线能够穿透微生物细胞,破坏DNA结构,从而实现杀菌消毒。
除了杀菌消毒以外,紫外线的能量还足以破坏塑料分子中的化学键,尤其是含有不饱和键的聚合物,化学键的断裂会导致材料的机械强度降低,颜色变化,物理性能下降,使用寿命缩短。
当然户外环境中的温度变化,湿度,大气污染等也与紫外线共同作用,加速塑料的老化。
随着对紫外线(UV)特性的逐渐了解,人们开始研究并开发出能够吸收或反射紫外线的材料,以保护聚合物材料免受UV辐射引起的降解。
紫外线吸收剂,这个名字也正式登上历史舞台。
紫外线吸收剂按结构可分为水杨酸酯类、二苯甲酮类、苯并三唑类、取代丙烯腈类、三嗪类等。其中,二苯甲酮类和苯并三唑类是工业上应用最多的类型。
那这些紫外线吸收剂的工作原理又是怎样的呢。
紫外线吸收剂的分子结构中含有能够吸收紫外线的化学基团,这些基团对特定波长范围内的紫外线具有较强的吸收能力。它们可以吸收波长在280~400nm的紫外线,尤其是UV-A和UV-B波段。
当紫外线吸收剂吸收了紫外线的能量后,这些高能量的光子激发分子进入高能状态。紫外线吸收剂通过分子内部的振动、转动或化学键的异构化等过程,将吸收的紫外线能量转化为较低能量的形式,通常是热能。
通俗点说,就是紫外线吸收剂的分子结构天赋异禀,能把高能量的紫外线转化为热能排出,从而保护聚合物不受损害。
理想的紫外线吸收剂在吸收紫外线并释放能量后,应能形成一个闭环,保持其化学结构的稳定,不发生分解或变色,从而可以持续提供紫外线防护。它与其他类型的光稳定剂(如受阻胺光稳定剂)共同使用时,可以产生协同效应,进一步提高材料的光稳定性。光稳定剂的工作原理和特性后期我们会单出一期小结。
当然紫外线吸收剂还应符合生态环保要求,可生物降解,且在废液中的有机卤化物与化学需氧量较低。而且还要具有低毒性或无毒性,对皮肤无刺激作用,不引起人体过敏反应。也就是不管是对我们人类还是对我们生成的环境要很友好才行。
紫外线吸收剂具有良好的溶解性和相容性,能够均匀分散在材料中,不喷霜,不渗出。在塑料中的迁移性小,这意味着它不会在使用过程中从塑料制品中轻易迁移出来,从而保证了长期稳定的保护效果。
随着化学技术的发展,紫外线吸收剂的合成技术不断进步,新的研发成果不断涌现。
它的发展历史是一个不断探索和创新的过程,随着科技进步和市场需求的变化,紫外线吸收剂的种类、性能以及应用领域都在不断扩展和深化。