
太陽光對聚合物的危害主要由紫外光和氧造成的,紫外線的波長在200~400nm之間,聚碳酸酯材料的光降解有兩種不同的機理,一個是光氧化,這包括側鏈和苯環的氧化;另一種就是發生光擊重排,這兩種機理的相對重要性取決于輻射光波波長,Marjolein Diepens 研究結果表明,當光波波長小于300nm時,聚碳酸酯更傾向于發生光擊重排,而當光波波長大于340nm時,光氧化作用起更大作用,眾所周知,自然光的波長范圍包括紫外光部分和可見光部分,這就意味著當聚碳酸酯材料暴露于戶外使用時,光擊重排反應和光氧化是同時發生存在的。聚合物氧化降解與穩定化機理雙酚A型聚碳酸酯存在的主要缺點是在紫外光照射下發生降解,使其顏色變黃,力學性能下降。所謂聚碳酸酯的降解,是指聚合物在受到光照射下,尤其是在紫外光照射下,聚碳酸酯分子發生光擊重排,生成水楊酸苯酯結構,然后進一步吸收光能,重排產生2,2-二羥基二苯甲酮結構,這些基團能吸收可見光,從而使聚碳酸酯顏色變黃。
聚碳酸酯的光氧化反應途徑與入射紫外線的波長有關。芳香族聚碳酸酯發色基團吸收短波長紫外線,聚碳酸酯吸收250nm波長光線后,直接受激,誘發CO-O鍵斷裂,生成兩個游離基。接著產生光擊重排反應,生成水楊酸苯酯和二苯基甲酮。引起光擊重排反應的有效波長是280nm,引發光擊重排反應的長波長極限>310nm,在波長>310nm 光激發下,直接出現O-CO-O鍵斷裂。
一、有機紫外線吸收劑
所謂紫外光吸收劑就是能吸收高能量的紫外線,將其以熱或光波形式把能量放出,這樣就避免紫外光損害基材,使其紫外光在到達基材表面之前被紫外線吸收劑大量吸收。選擇合適的紫外線吸收劑是防止聚碳酸酯材料老化的有效措施。
(1)紫外線吸收劑的種類
用于聚合物的有機紫外線吸收劑主要有苯并三唑類、水楊酸苯酯類、苯三嗪類、二苯甲酮類。
(2)紫外線吸收劑的選擇
紫外線吸收劑的選擇要考慮一些原則,首先要吸收紫外線的能力強,這要看聚合物的最敏感波長,其次穩定性好、毒性小,無揮發性,最后還要考慮與樹脂的相容性,相容性好才能起到良好作用。紫外光吸收劑種類和用量的確定,紫外光吸收劑的種類和用量一般通過試驗確定。將不同種類和用量的紫外線吸收劑加入聚合物涂層中,經涂覆固化得到試樣,涂覆板材經紫外燈照射后,測定較重要的性能或對紫外光敏感的性能,例如對聚碳酸酯板材,測定其透光率、霧度、紫外光透過率和黃色指數,從而確定吸收劑的用量。
二、納米Ti02耐紫外線機理
納米材料應用到涂層領域實現其材料表面的功能已成為研究的熱點,通過在樹脂基體中添加納米粒子來實現預期的功能,這個功能是通過有機樹脂與無機納米粒子協同的作用產生的,樹脂本省不是功能主體,而是起到一個傳遞和控制釋放的目的。但是納米粒子很容易聚集,在樹脂中分散不均勻,因此失了大量的比表面積,效果也就明顯下降,所以要采取穩定化措施,即對其納米粒子進行表面改性。納米TiO2具有比有機紫外線吸收劑更高的化學穩定性、熱穩定性、無毒,因此是無機紫外線吸收劑的首選。
納米粒子的量子尺寸效應,使其對某種波長的光吸收帶有“藍移現象”和對各種波長的光吸收有“寬化現象”,納米TiO2屏蔽紫外線的原理是吸收和散射紫外線,當材料表面受到紫外線的照射時,價帶上的電子吸收紫外線后被激發到導帶上,同時產生了空穴-電子對,因此它們都具有吸收紫外線的功能,并且納米TiO2的尺寸遠小于紫外線的波長,納米粒子可散射作用于其上的紫外光,從而減少照射方向的紫外線強度,這種散射紫外線的規律符合瑞利光散射定律,根據光散射理論,顆粒對光的散射能力與折射率、粒徑有很大關系,粒子的折射率與周圍介質相差越大,對光的散射能力越強;粒子粒徑越大,對光的散射能力越強。http://www.yianbbs.com