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光穩(wěn)定劑機理的研究與應用進展

光穩(wěn)定劑能夠防止高分子材料發(fā)生光老化,大大延長它的使用壽命,效果十分顯著。目前,在農(nóng)用塑料薄膜、軍用器械、有機玻璃、采光材料、建筑材料、耐光涂料、醫(yī)用塑料、防彈夾層玻璃、合成纖維、工業(yè)包裝材料、橡膠制品等許多長期戶外或燈光作用下的高分子制品中,光穩(wěn)定劑都是必不可少的添加組分。隨著高分子材料的應用領域逐步擴大,光穩(wěn)定劑必將進一步迅速發(fā)展。
光穩(wěn)定劑品種繁多,按作用機理一般可分為四類:
1、光屏蔽劑,包括炭黑、氧化鋅和一些無機顏料;
2、紫外線吸收劑,包括水楊酸酯類、二苯甲酮類、苯并三唑類、三嗪類、取代丙烯腈類等有機化合物;
3、猝滅劑,主要是鎳的有機化合物;
4、自由基捕獲劑,主要是受阻胺類衍生物。目前世界上光穩(wěn)定劑發(fā)展最快的是受阻胺類,由于受阻胺光穩(wěn)定劑(hindered amine light stabilizer,簡稱HALS)具有捕獲自由基、分解過氧化物的能力,穩(wěn)定效果比紫外線吸收劑高2 -4倍,因而自20 世紀70年代日本首次開發(fā)出HALS后,在國際上受到普遍重視,得到廣泛開發(fā)和應用,成為增長速度最快的助劑之一。國外許多化學公司相繼步入了HALS的開發(fā)和生產(chǎn)行列。除最早進行HALS開發(fā)研究的瑞士Ciba-Geigy公司和日本三共公司外,美國的氰胺公司、古德里奇公司、博格-華納公司,日本的住友化學公司和旭電化工業(yè)公司,德國赫斯特公司都先后開發(fā)出自己的受阻胺產(chǎn)品,前蘇聯(lián)也研究了HALS并開發(fā)出系列產(chǎn)品。北京化工三廠、山西化工研究所、北京助劑研究所等單位也研制和生產(chǎn)出了國內的受阻胺產(chǎn)品。進入20世紀90年代末期,隨著HALS抗熱氧穩(wěn)定化功能的開發(fā),HALS又有了新的應用領域。

我國HALS的開發(fā)研究始于1974年,20世紀70年代末,山西省化工研究所率先推出國內第一個HALS品種GW540,它將受阻胺官能團與亞磷酸酯結構有機地結合在一起,屬多功能型HALS,迄今該產(chǎn)品仍主導國內消費市場。其它系列產(chǎn)品還有GW508、 GW608、GW650、GW310等。北京化工研究所的產(chǎn)品有京5、京6;中科院化學所有PDS等。PDS是聚合型受阻胺光穩(wěn)定劑,其光穩(wěn)定效果、耐熱性、耐抽提性以及與樹脂的相容性等均好,但抗氧性較差,與某些抗氧劑并用仍像其它傳統(tǒng)的HALS一樣,可能產(chǎn)生反協(xié)同效果。近10年來我國已建成投產(chǎn)10多套HALS原料與產(chǎn)品裝置,除供應國內市場外,部分原料與產(chǎn)品還打入國際市場。國內開發(fā)的新一代聚合型光穩(wěn)定劑GW622,在北京朝陽區(qū)花山助劑廠已建成300t/a裝置;北京化工研究院將GW622與復合抗氧劑B215組成無毒防老化體系,替代有缺陷的GW 540-2002體系用于聚乙烯農(nóng)膜,防老化效果長達18個月以上;中科院化學所研制生產(chǎn)的GFW100HALS與樹脂相容性好,加工安全,可用于低密度聚乙烯農(nóng)膜和電纜制造;山西化工研究院開發(fā)成功由丙酮與氨直接合成三丙酮胺的工藝路線,在此基礎上承擔了以三丙酮胺為原料的聚合型HALS GF901、902 及反應型HALS GW-628 和UV-419的研制,目前已取得突破性進展,非堿性HALS品種GW 757也在探索之中。 另外,國內其他科研院所在HALS的研究中也取得了一定的成果,
隨著我國石油化工的飛速發(fā)展,聚烯烴產(chǎn)量將迅猛增加,各類穩(wěn)定劑的最低需求量也將隨之增加,預計2005年、2010年我國光穩(wěn)定劑的需求量將分別超過3 500t、5 000t,由此可見,近幾年我國光穩(wěn)定劑的需求量將快速增長,而現(xiàn)有的一些產(chǎn)品又面臨著將被淘汰的局面,因而勢必造成光穩(wěn)定劑大量奇缺,特別是HALS產(chǎn)品奇缺。

目前我國光穩(wěn)定劑的質量、品種與數(shù)量遠遠不能滿足合成材料發(fā)展的需求,因此,筆者認為,我國光穩(wěn)定劑行業(yè)應努力開發(fā)和生產(chǎn)新品種,加速產(chǎn)品更新?lián)Q代,提高產(chǎn)品的光、熱穩(wěn)定性、耐水解及耐油性。降低產(chǎn)品的揮發(fā)性、毒性,增加與聚合物的相溶性。增加品種,特別是高性能、多功能、長效、無(低)毒品種應是生產(chǎn)與發(fā)展重點,復配、高分子量、低堿性仍是開發(fā)新品種的重要途徑。不斷降低現(xiàn)有產(chǎn)品成本,實現(xiàn)規(guī)模化經(jīng)營,建議有關部門統(tǒng)一規(guī)劃,依托有關科研機構盡快組織一些關鍵中間體和當今世界主導重點產(chǎn)品的技術攻關,開發(fā)生產(chǎn)高效多功能的產(chǎn)品,適應合成材料的發(fā)展要求。另外要加大對有關光穩(wěn)定劑機理 性能,應用方面研究,根據(jù)國內原料特點,開發(fā)符合各種產(chǎn)品要求的光穩(wěn)定劑系列產(chǎn)品。

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