[发明专利]采用有机高分子材料配合物作为光稳定剂的应用

说明书

技术领域

 本发明涉及一类采用有机高分子材料配合物作为光稳定剂的应用。

背景技术

大多数有机高分子材料，包括塑料、化纤、橡胶、涂料、油漆、粘合剂等，暴露在目光下会发生光降解反应而老化，表现为变色、失去光泽、出现银纹、侵蚀、龟裂以及拉伸强度、冲击强度、伸长性和电性能下降等外观和物理机械性能劣化。因此，户外使用的有机高分子材料必须进行光稳定化处理，某些对紫外线特别敏感的聚合物，如聚丙烯，甚至户内应用制品也需处理。有机高分子材料的光老化可通过添加光稳定剂得到抑制。目前已开发的有机高

分子材料光稳定剂主要有光屏蔽剂、紫外线吸收剂、激发态猝灭剂和自由基捕获剂四类。光屏蔽剂的主要化合物类型是碳黑、钛白粉、氧化锌等无机颜料和填料：紫外线吸收剂主要是邻羟基二苯甲酮、邻羟基苯并三唑等邻羟基芳香化合物和一些苯环取代对羟基苯甲酸酯；激发态猝灭剂主要是镍的含硫有机配体配合物；自由基捕获剂则主要是受阻哌啶等受阻胺化合物。这些类型的光稳定剂已在不同的领域得到实际应用。可惜的是它们都各有其美中不足之处：光屏蔽剂防护效果好、价格低，但具有遮光性，仅适用于不透明材料；紫外线吸收剂具有广泛的适用性，但光稳定效能一般，与此同时，因属纯有机化合物，还存在易挥发、喷霜、迁移、抽出等缺点，这不但影响了其效能发挥的持久性，同时也导致污染环境；激发态淬灭剂光稳定性能高、挥发性低、喷霜和迁移小并耐抽出，但色深、毒性和环污大、高温加工时会分解变色，与含硫添加剂存在对抗作用；自由基捕获剂色浅、光稳定效能高，但由于具有碱性，与酸性基质、添加剂和环境物质存在对抗作用，并且与紫外线吸收剂一样，因属纯有机化合物，也存在易挥发、喷霜、迁移、抽出等缺点。因此，虽然20世纪70年代中以前上述类型的光稳定剂就已经工业化并获得实际应用，但为适应聚合物材料户外应用领域不断扩大而使用环境又日趋恶化(环境污染对臭氧层的破坏已导致到达地面的紫外辐射不断增强)而提出的越来越高的技术和经济性能要求，直到目前，有关光稳定剂的开发研究仍在非常活跃地进行。既高效耐久、适用性强又卫生环保、性能稳定、性价比高是聚合物材料光稳定剂研发追求的目标。含镍配合物曾经是光稳定剂开发研究最热门的领域，但20世纪80年代以后，由于其毒性和环境污染问题引起关注，有关的研究已迅速降温。取而代之的是紫外线吸收剂和受阻胺光稳定剂的改性研究目趋活跃，主要的研究方向是：(1)高分子量化(包括聚合型和非聚合型)、(2)反应性化(即可共聚或可接枝)、(3)分子内多功能化、(4)受阻胺低碱性化。高分子量化可有效改进稳定剂的耐挥发、迁移、抽出性，从而可改进效用持久性和使用安全性：反应性化更可以实现稳定剂与聚合物基质的“永久性”键合，从而达到光稳定效能“永久性”发挥；分子内多功能化可实现分子内协同作用而有效提高稳定效能；受阻胺低碱性化则可降低其对酸性的敏感性，从而可扩大应用范围。遗憾的是这些改性措施也带来不少新的问题，例如：高分子量产品由于在基材中迁移性和分散性差，其光稳定性能通常不如低分子量品种；反应性光稳定剂的较理想使用方法是将其接枝到聚合物表面，这样可以大大减少用量，但接枝过程存在环境污染问题，并且接枝层易被磨蚀而使材料丧失保护；许多情况下分子内多功能化会在热稳定性、相容性、色泽等方面对应用产生不良影响；受阻胺的光稳定性能会因低碱性化而有所降低。如何调和这些矛盾以获得最佳的改性效果已成为有关研究的焦点。根据有关的研究结果，单就技术性能优化而言，精心设计和构建分子结构是重要的解决办法，例如将非聚合型和聚合型高分子量产品的分子量分别控制在500～600和2700左右。但这又导致这些本来就涉及较复杂合成过程的改性技术的实施难度进一步加大，成本提高，并且产品性能稳定性难于控制。可能正因为这些不足使许多情况下这些有机和高分子化学改性所能达到的综合技术经济性能改进并不令人满意，因此，虽然目前已发表的专利很多(据统计，1977～

1996年间，有关受阻胺光稳定剂的专利就有1100多件)，但实现工业化生产并得到较好推广应用的成果不多(比较成功的是几种高分子量受阻胺，如T'inuvin 622、Chimassorb 944和Cyasorb UV-3346)。由此可见，发展光稳定剂还需探索新的途径。最近有文献报道，某些稀土有机酸盐用作PVc热稳定剂兼具有一定的光稳定效果(日本特许公报，昭46。-40421)，而某些β-二酮化合物对聚合物又具有紫外线吸收剂的光稳定特性(Polym．Degrad．Stab．，1986，16(2)：169～186)。本发明是受此启发并注意到以下有利因素而对β-二酮一稀土配合物作为有机高分子材料光稳定剂应用进行系统深入研究而取得的：