光稳定剂与聚合物的相容性问题比抗氧剂更为重要,因为通常光稳定剂的使用浓度高于抗氧剂:可达到1%或更多。
当添加剂加入聚合物后,其迁移性取决于添加剂在塑料中的溶解性和扩散速率。添加剂一般在加工温度下溶解在聚合物中,而冷却后其溶解度降低甚至过饱和,这就可能导致起霜。这个过程是塑料基质和其织态的函数。
添加剂扩散是聚合物链段在玻璃化温度以上热运动的结果,以及自由体积形成和消失的结果。如果链段是柔性的并容易运动,聚合物链段运动所需能量很少。随着聚合物链段的取向度、交联度和结晶度的增加,扩散速率常数降低。因此,添加剂在低密度聚乙烯中的扩散比在高密度聚乙烯中要快[172]。大量研究证明,紫外线吸收剂的扩散主要取决于聚合物结构和织态,而与添加剂的结构关系不大[173,174]。
通过添加剂在适当的模型液体中的溶解度,可以得到有关添加剂在塑料中溶解度的启示[175]。对于实际应用,必须在相应的塑料中测试添加剂的相容性。测试在室温以及高于使用温度40~80℃条件下进行,若在长时间内不发生结霜或浑浊,则可认为添加剂与相应的塑料相容。然而,即使发生明显的结霜,迁移出来的添加剂量只不过是加入塑料量的百分之几。
如果极性很强的光稳定剂用于非极性塑料例如聚烯烃中,光稳定剂的溶解性和相容性就成为特别需要注意的问题。然而,即使在极性聚合物例如聚氨酯中,光稳定剂的相容性也是一个问题。
从表2-3-1可看出聚合物极性对相容性的影响。对于低相对分子质量光稳定剂HALS-1和UVA-3,当聚合物从LDPE换成EVA共聚物时,结霜现象明显减少。而对于聚合型HALS则观察不到明显的变化,这是由于高相对分子质量显著降低迁移。(www.xing528.com)
表2-3-1 光稳定剂与LDPE和EVA之间的相容性
注:肉眼观察结霜;试片:0.5mm压塑薄膜,室温存放;LDPE:密度为0.97g/cm3,EVA:含18%乙烯乙酸酯[136]。
关于光稳定剂运动能力对其稳定效能的重要性还有争议。例如,在聚苯乙烯中,可自由运动的2-羟基-4-烷氧基二苯甲酮与共聚的2-羟基-4-烷氧基二苯甲酮之间在紫外稳定效能方面没有差异[176]。对于聚丙烯也有类似的结果[177]。然而,对于在聚烯烃中的HALS,低相对分子质量化合物有可能在某些应用方面显示出优越性[178,179],这对于需要塑料表面保护的情况尤其明显,也说明光稳定剂运动性/扩散的重要性。
关于工业卫生与安全以及毒性方面的要求与抗氧剂类似,读者可参考第一章第三节。
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