Защита полимеров от светового старения

Для защиты полимеров от светового старения применяют светостабилизаторы, действие которых основано как на поглощении солнечного света (УФ-абсорберы), так и на торможении темновых реакций деструкции, которые инициируются в полимере светом, но развиваются в его отсутствии. Такие светостабилизаторы известны как «тушители» возбужденных состояний и ингибиторы радикально-цепных процессов фотоокисления.

Светостабилизаторы-абсорберы предотвращают проникновение УФ-света в материал. Эффективность их защитного действия определяется способностью поглощать свет в той же области спектра, что и полимер, и не подвергаться при этом различным побочным реакциям, приводящим к их химическим превращениям и быстрому расходованию. Молекулярная структура УФ-абсорберов должна обеспечивать их способность к обратному химическому превращению в электронно-возбужденном состоянии. Типичными УФ-абсорберами являются различные производные 2-оксибензофенонов, оксибензотриазолов, сложные эфиры бензойной, салициловой, терефталевой кислот с резорцином и фенолами, а также производные коричной кислоты.

УФ-абсорберы класса оксибензотриазолов по механизму фотопревращения аналогичны оксибензофенонам.

Светостабилизаторы-«тушители» дезактивируют возбужденное состояние полимера по механизму межмолекулярного переноса энергии от возбужденной молекулы полимера (донора) к молекуле светостабилизатора (акцептора). Тушители (или квенчеры) представляют собой комплексные соединения различных переходных металлов, чаще никеля. Практически все они окрашивают полимеры и имеют малую устойчивость к высоким температурам переработки и действию атмосферных газов.

Светостабилизаторы-ингибиторы действуют по химическому механизму. Этот механизм заключается в подавлении темновых (вторичных) реакций, при которых в полимерах возникают свободные радикалы, а также во взаимодействии с полимерными гидропероксидами и функциональными группами макромолекул, ослабляющих устойчивость полимера к старению. Чем больше кинетических цепей окисления может обрывать молекула ингибитора, тем более эффективен он как светостабилизатор.

Практическая ценность светостабилизатора зависит от сочетания многих его свойств: абсорбционной способности, способности рассеивать поглощенную энергию, фотохимической и термической стабильности, собственной окраски. А также от совместимости с полимером, летучести, запаха и т. д.

Синергические смеси с УФ-абсорберами образуют стабильные нитроксильные радикалы, простанственно-затрудненные амины (ПЗА) и др.

Высокая светостабилизирующая активность ПЗА обусловлена их полифункциональностью. ПЗА экранируют полимер, поглощая УФ-лучи, дезактивируют гидропероксиды и возбужденные хромофоры.

Эффективность ПЗА в 2-4 раза, а у некоторых более чем в 10 раз выше эффективности обычных УФ-абсорберов и тушителей на основе комплексов никеля. ПЗА нелетучи, термостойки, не вымываются водой. Их применение позволяет надежно защищать изделия из полимеров малой толщины, что часто не достигается введением в них УФ-абсорберов и квенчеров как в отдельности, так и в смеси с синергистами.