青岛华恩化工有限公司  

    太阳光照射到地面的光波范围大约在290～3000nm之间，其中大部分为可见光(光波在400～800nm之间，约占40%)和红外光(光波在800～3000nm之间，约占55%)，少量的为紫外线(光波在290～400nm之间，约占5%)。这为数不多的紫外线对聚合物有着巨大的破坏作用。紫外线所具有的能量约为314～419kJ/mol，大部分聚合物自动氧化反应的活化能量约为42～167kJ/mol，各种化学键离解能约为167～418kJ/mol，因此到达地面的太阳光中所含的紫外线的能量足以破坏聚合物的化学键，引发自动氧化反应造成老化降解。对大多数塑料、橡胶和涂料的涂膜来说，最易造成破坏的敏感波长都在290～400nm之间。 　　

    防火涂料是由基料树脂、阻燃剂、增强填料、颜料和溶剂等组成的，但有时单凭五者之间的相互调配还达不到预定性能的要求，这时必须使用辅助材料以达到预定要求。涂料辅助材料在防火涂料组成中又称添加剂或助剂。不同的助剂在涂料的生产、贮存、涂装、成膜等阶段发挥作用，因此助剂已成为防火涂料不可缺少的重要组成部分。紫外线吸收剂作为紫外线的过滤器，在防火涂料成膜后在涂膜中发挥作用，它能把大部分能量高、对高分子聚合物有害的辐射光吸收，再以热能释放出来，使树脂聚合物降解速度大大减缓，以提高涂膜的保护性能，延长其使用寿命。 　　

一、紫外线吸收剂的种类 　　

    紫外线吸收剂是一种光稳定剂，能吸收阳光及荧光光源中的紫外线部分，而本身又不发生变化。防火涂料中的高分子材料在日光和荧光下，因紫外线的作用，产生自动氧化反应，导致聚合物的降解而劣化，使外观及机械性能变坏。加入紫外线吸收剂后可选择性地吸收这种高能量的紫外线，使之变成无害的能量而释放或消耗。 　　

    紫外线吸收剂应该具备以下条件：①可强烈地吸收紫外线；②热稳定性好，即使在加工中也不会因热而变化，热挥发性小；③化学稳定性好，不与制品中材料组分发生不利反应；④混溶性好，可均匀地分散在材料中；⑤吸收剂本身的光化学稳定性好，不分解。紫外线吸收剂按化学结构可分为以下几类：水杨酸酯类、苯酮类、苯并三唑类、取代丙烯腈类、三嗪类和其他类。 　　

    （1）水杨酸酯类 　　水杨酸酯类吸收紫外线后，通过形成烯醇式互变异构体将能量消除。水杨酸酯吸收紫外线的能力并不强，而且吸收波长范围窄。但其吸收一定光后，能发生分子重排，形成二苯甲酮结构，于是紫外线吸收能力加强了。以水杨酸苯酯为例，它吸收紫外线后变成烯醇结构，烯醇结构再恢复到原来的水杨酸苯酯，把吸收的光能变成无害热能释放出来。另外水杨酸苯酯吸收光能后形成2,2’-二羟基二苯甲酮和2,4-二羟基二苯甲酮，其吸收紫外线的能力强了。 　　这类紫外线吸收剂与树脂相容性好，原料易得、价廉，分子量重排形成二苯甲酮结构后，具有较强的紫外线吸收能力，但还能吸收一部分可见光，有变黄倾向。 　　

    （2）二苯甲酮类 　　这是目前常用的一种紫外线吸收剂，作用机理是基于其分子结构中的内氢键。分子中羧基的氧原子存在孤对电子，是负电性较强的基团，其邻近羟基中的氢原子显正电性，所以容易形成分子内氢键，构成一个螯合环。当吸收紫外光后，分子发生热振动，氢键破裂，螯合环打开，形成离子型化合物。这个化合物处于高能状态，不稳定，要恢复到原来的稳定状态时就把多余的能量以热的形式释放出来。所以二苯甲酮能周而复始地吸收紫外光起保护作用。其次，它还能形成互变异构体，生成烯醇式结构消散能量。 　　这些紫外线吸收剂的内氢键越强，吸收紫外线的能力越强，稳定性越高。苯环上烷氧基键的长短对其稳定效果有影响，链长则相容性好，稳定效果大。这类产品有的含一个邻位羟基，有的含两个邻位羟基。如含一个羟基，其可吸收波长290～380nm的紫外线，几乎不吸收可见光，不着色，适用于浅色或透明防火涂料。如含两个羟基，其偏向吸收300～400nm的紫外线，能吸收一部分可见光，相容性不如含一个羟基的好。 　　

    （3）苯并三唑类 　　这类紫外线吸收剂主要吸收300～400nm的光波，400nm以上的光几乎不吸收，因此着色弊病少、其作用机理与前面所述二苯甲酮类相似，其分子结构内也存在内氢键螯合环，是由羟基中的氢与三唑基上的氮形成的，当其吸收了紫外光后，氢键破裂或形成光互变异构体，把有害的紫外光能转变成无害的热能。 　　

二、紫外线吸收剂的应用 　　

    防火涂料使用紫外线吸收剂，实际上是为了保护涂膜不受或少受紫外线的破外，延长使用寿命。因为各类光稳定剂的协同效果对漆膜有良好的保护作用，一般单独使用紫外线吸收剂效果不如各类光稳定剂配合使用效果好。在有色防火涂料中，应更好地利用颜料、阻燃剂、填料等各添加剂的屏蔽作用，使其既能够有效地吸收或反射紫外线，又能把紫外线和聚合物隔离开，尽最大可能减少紫外线对聚合物的破坏作用。应该考虑在单位体积内提高添加剂粒子的含量，增加对紫外光的吸收或反射的能力，就会获得良好的保护性能。 　　

    为了提高涂膜的光稳定性，必须考虑使用紫外线吸收剂和其他类型光稳定剂。在室外用防火涂料中，单独依靠颜料的屏蔽作用是不行的，还应配合使用紫外线吸收剂和受阻胺类的光稳定剂。使用时应注意以下两点，一是用量应尽量少；二是吸收波长范围应控制在290～400nm之间。或根据所用材料来选定吸收波长范围，要注意紫外线吸收剂的光分解和光反应性。紫外线吸收剂的热稳定性要好，分解反应和挥发性要少，与防火涂料的相容性要好，不能发生渗色等不良现象，要无毒、价廉。 　　

    目前在防火涂料中常用的是紫外线吸收剂与受阻胺类光稳定剂配合使用。例如把苯并三唑类紫外线吸收剂与受阻胺光稳定剂并用。其用量分别为涂料树脂固体分的1.0%～1.5%和0.5%～1.0%。或者将草酸-酰替苯胺类紫外线吸收剂和受阻胺光稳定剂，按适宜的比例合成了一种新型的紫外线吸收光稳定剂SANDUVOR3212，以树脂固体含量的2%～3.5%加入室外用的防火涂料之中，使用效果较理想。 　　

    随着社会防火意识的增强，中国的防火涂料呈现良好的市场前景，与此同时，国内外已经出台和即将出台的有关环保法规，在安全与环保方面对紫外线吸收剂的使用，做出了越来越严格的限制。尽管因环保问题受欧盟限制，但由于保护涂膜效果好、用量少、对产品性能影响小，在今后的相当长时间内紫外线吸收剂仍然上防火涂料助剂的主力。因此紫外线吸收剂的性能、功能决定了它依旧会在未来20年内被大量使用，具有良好的发展前景。