????紫外線即波長處于紫外線區(qū)內(nèi)(180~400 nm) 的光線,依據(jù)波長范圍,可分為 UVC、UVB、UVA 3 個波段。紫外線的波長不同,對人體皮膚的傷害 也不一樣,具體見表 1
表 1 紫外光的分類及其對人體皮膚的傷害?
波段名稱 | 波長范圍/nm | 對皮膚的影響 |
超短紫外線 UV-C | 180~290 | 能被臭氧層或云霧層大量吸收,到達地面的量非常少,對人體幾乎無影響 |
遠紫外線 UV-B | 290~320 | 主要對表皮層起作用,能引起表皮層毛細血管擴張,導(dǎo)致皮膚發(fā)紅、起水皰以及色素沉積,嚴重時可誘發(fā)皮膚癌 |
近紫外線 UV-A | 320~400 | 可觸及真皮層,引起皮蛋白纖維不可逆變性,使其喪失彈性,導(dǎo)致皮膚松弛。與 UVB 段光波共同作用,能加重 對皮膚的傷害強度,增加黑色素沉積,加速皮膚老化 |
????鑒于紫外光對人體的危害性,以及對高分子材料的老化破壞,防紫外線輻射越來越受到人們的關(guān)注。
(1)防紫外線方法
1.1物理方法
????增加產(chǎn)品最外層保護膜(涂層)的顏色、厚度、緊密度,降低單位面積可見光透過的孔隙,屏蔽或減少紫外線透過率;
????改良產(chǎn)品涂膜保護層結(jié)構(gòu),保護層加入納米級金屬顆粒,反射部分紫外光線;
????顯而易見,單純依靠物理方法來提高產(chǎn)品的抗紫外線性能,將無法滿足人們的需求。特別在外觀要求高以及低成本加工生產(chǎn)方面,物理方法由于成本高、加工復(fù)雜等原因,已漸漸被人們所摒棄。
1.2化學(xué)方法
????所謂化學(xué)方法,即在產(chǎn)品合成或加工固化過程中,通過添加能夠吸收或屏蔽紫外光線的化學(xué)物質(zhì)來賦予產(chǎn)品抗紫外線功能的方法。通常加工過程使用的抗紫外線物質(zhì),亦稱為抗紫外線整理劑,主要包括紫外線屏蔽劑、紫外線吸收劑、 光電子猝滅劑。 光屏蔽劑以遮擋、反射高能量紫外光為目的,一般有炭黑、氧化鋅、二氧化鈦、鐵紅、鐵黃、鉻綠、 紅丹以及有機顏料鈦菁藍、鈦菁綠、蒽醌藍等。 紫外線吸收劑的作用是吸收高能量紫外光,并使之轉(zhuǎn)化為熒光、磷光或熱能形式釋放出去。? ??
式中,UV表示紫外光吸收劑,hγ表示高能量紫外線,UV*表示吸收了光能的紫外線吸收劑,hγf為熒光,hγp為磷光,Eh為熱能。 光電子猝滅劑則能將激發(fā)態(tài)能量迅速轉(zhuǎn)移,并使激發(fā)態(tài)以非輻射形式返回基態(tài)。?
式中,P 為光能劑,*表示激發(fā)態(tài),E 為能量。
其中理想的紫外線吸收劑應(yīng)具備下列主要條件:
????即對波長處于280~400nm的UV-A、UV-B 紫外光有良好穩(wěn)定的吸收作用;
????無毒或低毒,安全性高,對皮膚無刺激作用,不引起人體過敏反應(yīng);
????符合生態(tài)環(huán)保要求,可生物降解,整理劑廢液中有機鹵化物(AOX)與化學(xué)需氧量(COD)較低;
????產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、應(yīng)用性能優(yōu)異,與其他化學(xué)助劑相容性好。
(2)紫外線吸收劑及其發(fā)展
????紫外線吸收劑按照種類分,主要有水楊酸酯類、二苯甲酮類、苯并三唑類、取代三嗪類以及取代丙烯腈類。
????水楊酸酯類使用得較早,因其穩(wěn)定性較差而在應(yīng)用方面有所局限;取代三嗪與取代丙烯腈類用于高聚物的光穩(wěn)定劑較多;目前最有發(fā)展前景的當(dāng)屬二苯甲酮類及苯并三唑類。這兩者因其自身有效吸收波長范圍廣、相容性好等優(yōu)點在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用很廣泛,目前正嘗試將其化學(xué)結(jié)合入高分子骨架以避免它自身的某些缺點,有著相當(dāng)廣泛的應(yīng)用前景。
2.1水楊酸酯及其衍生物
????水楊酸酯及其衍生物,是聚合物加工和織物后整理過程中應(yīng)用最早的一類 紫外線吸收劑,可用于聚乙烯、聚丙烯、聚氧乙烯、 聚酰胺等纖維及其塑料薄膜產(chǎn)品,有效吸收波長范圍為290~320 nm。代表性化合物有水楊酸苯酯、 水楊酸對叔丁基苯酯等。產(chǎn)品優(yōu)點為低毒,凝固點低,有紫外線吸收與消毒防腐作用;缺點是升華性強,光穩(wěn)定性能較差,對紫外線的吸收波長范圍較窄,因而應(yīng)用方面具有局限性。
????其中原料酚不同,產(chǎn)物水楊酸(苯)酯對各紫外線的吸收效率會不一樣。增加水楊酸(苯)酯分子體系的共軛程度,有利于其吸收波長紅移。例 如,用水楊酰氯與雙酚A反應(yīng)制得的水楊酸雙酚A酯,最大吸收波長已紅移至 350~360nm。
2.2二苯甲酮及其衍生物
????二苯甲酮及其衍生物是目前工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用最廣 泛的紫外線吸收劑之一,可用于纖維素、聚酯、 聚酰胺、聚丙烯纖維及其塑料等加工,有效吸收波長范圍為 280~340 nm。
????二苯甲酮及其衍生物不溶于水,易溶于甲醇、乙 醇等有機溶劑,這一特性使其與油溶性材料或高分子 材料的物理兼容性較好,故可用于塑料、油墨、化妝品、防曬劑等配方中。
2.3苯并三唑及其衍生物
????苯并三唑及其衍生物是目前工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用較多的一類紫外吸收劑,有效波長范圍為 300~400 nm。
????苯并三唑類紫外吸收劑的特點是毒性小,與樹 脂的相容性好,可用作包裝食品的聚乙烯、聚丙烯 以及聚丁烯、聚苯乙烯、聚氨酯、環(huán)氧樹脂及涂料、 染料、顏料等的光穩(wěn)定劑,故在紡織、塑料、汽車 涂料等方面有廣泛應(yīng)用。
2.4取代三嗪及其衍生物
????取代三嗪類紫外線吸收劑,即分子中含有均三嗪結(jié)構(gòu)的一類化合物。它的有效吸收波長范圍為 280~380 nm,吸收能力較苯并三唑強。在三嗪衍生物中取代苯環(huán)上的羥基與三嗪環(huán)上的氮原子存在分子內(nèi)鍵的鍵合與斷開反應(yīng),從而轉(zhuǎn)化紫外能量,使此類化合物具備吸收紫外線能量的功能而被用作紫外線吸收劑。因此,這類化合物吸收紫外線效果與鄰羥基的個數(shù)有關(guān),鄰羥基個數(shù)越多,吸收紫外線的能力越強,引入不同取代基,能降低均三嗪環(huán)的堿性,因此可改善此類化合物的耐光堅牢性及其與樹脂的相容性。它的缺點是與高聚物的相容性差,使用過程中易導(dǎo)致整理的織物著色。
2.5取代丙烯腈及其衍生物
????取代丙烯腈及其衍生物,此類紫外線吸收劑雖然僅能吸收 310~320 nm的紫外線,但因其不含酚式羥基,故具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和與高聚物的相容性。適用于聚氯乙烯、 縮醛樹脂、聚烯烴、環(huán)氧樹脂、聚酰胺、丙烯酸樹脂、聚氨酯、脲醛樹脂和硝酸纖維素等的加工,尤其適用于聚氯乙烯制品,用量一般為 0.01%~0.5%。 耐堿性好,溶于甲苯、甲乙酮、乙酸乙酯等,微溶 于乙醇、甲醇,不溶于水。
抗紫外線整理劑由于巨大的市場需求,將會進一步發(fā)展,而關(guān)于復(fù)配的研究也會因其良好的前景而不斷地深入下去。