聚烯烃抗老化助剂的选择及应用
聚烯烃在自然界中会遇到氧和阳光的作用，使树脂的分子链和助剂产生自由基(R?),它会氧进一步反应形成氧化自由基(RO?)及过氧化自由基(ROO?),所产生自由基活性强，能夺取其他树脂分子链及助剂中的氢，生成氢过氧化物(ROOH)。不稳定的氢过氧化物(ROOH)又会裂解成新的自由基(RO)?和(HO?),这两个活泼的自由基进一步与氧反应，还能形成新的氢过氧化物(ROOH)。周而复始产生自动催化氧化作用。使化合物发生断裂、降解和交联，导致分子链完全破裂。解决耐老化问题包括耐氧老化和耐光老化。抗老化体系是指树脂及添加剂包括颜料、爽滑剂等的抗老化问题。聚烯烃抗老化体系除增强树脂本身防老化性能外，一般采用在配方中添加抗氧剂、光稳定剂来解决。光稳定剂有四大类：光屏蔽剂、光猝灭剂、紫外线吸收剂、受阻胺光稳定剂。这四大类助剂在聚烯烃都得到广泛使用，其中常用的光稳定剂为受阻胺光稳定剂和紫外线吸收剂。抗氧剂种类繁多，常用的为受阻酚类和亚磷酸酯类。防老化助剂的应用不是简单添加和堆积，应该认识到这是一个需要综合考虑的统一体系。
聚烯烃防老化体系的设计应从选择助剂着手，选择合适的助剂，组成合理的配方，考虑助剂的协同、适当的加工工艺及助剂间的禁忌，来达到最佳的状态。抗氧剂、光稳定剂的选择，是提高聚烯烃塑料制品耐热、耐氧、耐光稳定化的方法之一。下面谈一下受阻胺光稳定剂、紫外线吸收剂、抗氧剂的选择。
2.受阻胺光稳定剂的选择
受阻胺光稳定剂含有哌啶基团，氧化后会产生哌啶氮氧自由基。哌啶氮氧自由基活性较大，能与树脂中降解物烷基自由基、烷氧自由基反应，产生哌啶烷基胺醚和哌啶基过氧化胺醚，中止树脂的降解。光稳定剂能不断自我更新、活化，能不断捕捉新产生的自由基，因而受阻胺光稳定剂效率比紫外线吸收剂高2~4倍。
受阻胺光稳定剂的选择可以从六个方面来考虑：光稳定剂有效基团含量、光稳定剂的碱性、光稳定剂分子量及分布、光稳定剂的特性和加工性能、光稳定剂的相容性、光稳定剂的安全性。
2.1光稳定剂有效基团含量
受阻胺光稳定剂有效基团为哌啶氮氧自由基，化合物中有效基团含量大小，决定了助剂光稳定化能力。GW-540分子结构中有三个哌啶基团，有效基团含量高，氮含量(以氮的数量代表哌啶基)达7.7％，是目前受阻胺光稳定剂中有效氮含量较高，且光稳定性能较好的品种之一，但由于其使用中的毒性较大，目前已很少使用。聚合型光稳定剂通常有效基团含量相对较低，如光稳定剂622。光稳定剂中其他基团也会对光稳定效应有贡献，在聚合型光稳定剂中有时引入其他含N的基团，对光稳定性有较大作用。光稳定剂944有效基团含量虽不高，分子结构中三嗪基团有协同作用，长期光稳定效应好于一般光稳定剂。而天罡公司最新推出的HS-362复配聚合型光稳定剂则在944的基础上，通过提升有效氮含量，从而进一步提升了助剂的光稳定剂使用效果。表1为各种光稳定剂有效基团含量。
表1：光稳定剂有效基团含量
光稳定剂有效基团含量 N ％
光稳定剂GW-540 7.75
光稳定剂GW-544 7.7
光稳定剂HS-770 5.8
光稳定剂 HS-362 >5.0
光稳定剂HS-622 4.9
光稳定剂HS-944 4.6
2.2光稳定剂的碱性
受阻胺光稳定剂中哌啶基团呈碱性，配方中硫化物及酸性物质会使其失效。含有光稳定剂的配方中，不能采用DSTP、DLTP等硫代丙二酸酯类抗氧剂。低碱性光稳定剂不易受到有害物质攻击。新品种光稳定剂正朝着低碱性发展。表2说明了常用受阻胺光稳定剂的pKa值。
表2：常用受阻胺光稳定剂pKa值
光稳定剂品种 pKa值
光稳定剂HS-770 9.3
光稳定剂HS-944 8.6
光稳定剂 HS-362 >8.0
光稳定剂Hostavin N24 7.9
光稳定剂Uvinal5050H 7.5
光稳定剂Hostavin N30 6.7
光稳定剂HS-622 5.5
受阻胺光稳定剂由于胺基的存在，使助剂呈较高的碱性，以前的理论认为不能用于PVC树脂，实践证明在软质、硬质PVC产品中应用都没有问题。
为了克服受阻胺光稳定剂碱性高的问题，光稳定剂新品种不断出现，有的品种利用复配技术，加入氧化锌等碱性物质，减少哌啶基团受攻击的机会，也有利用长的烷氧基来降低助剂的碱性。如Tinuvin494、TinuvinXT855等是改进后的新产品，但目前市场上应用仍以老品种为主。
2.3光稳定剂分子量及分布
光稳定剂有单分子型及聚合物型。单分子型如：HS-770、GW-540等，一般分子量较低，容易迁移，光稳定反应快，效率高。但助剂易析出，起‘白霜’，光稳定有效期短。聚合物型如：光稳定剂HS-944、HS-362、HostavinN-30，分子量较高，不易迁移，相容性较好，光稳定作用有效期长。通常，单分子型光稳定剂分子量应在500~600，而聚合型分子量在2000~3000较适宜。
2.4光稳定剂的特性和加工性能
实际应用中各种光稳定剂有其自身的特点，应根据助剂的特性来选择光稳定剂。光稳定剂HS-944分子量较大，在树脂中不易析出，有效官能团含量虽不高，光稳定效果较好，碱性较高又易受到酸性物质攻击，加工时物料粘度较大，制作母粒和成品时易挟带冷却水。光稳定剂HS-622有效官能团含量较高，在产生光稳定作用前，分子链会断裂，生成短分子链，分子量大大减小，易从树脂中析出，前期光稳定效果好，长期稳定效果略差，长期光稳定性不如HS-944。但光稳定剂HS-622碱性较低不易受到酸性物质攻击，不易失效，加工时物料粘度低，冷却时挟带冷却水较少，加工难度小。光稳定剂Uvinal5050H加工时几乎不挟带冷却水，加工性能很好。从挟带冷却水程度来判断，Uvinal5050H
2.5光稳定剂的相容性
由于光稳定剂用量比抗氧剂大得多，光稳定剂与树脂的相容性显得更重要。相容性是关系到助剂能否发挥光稳定作用的问题。低分子量光稳定剂GW-540易从树脂中析出，光稳定剂HS-770、HS-508、HS-765在聚乙烯、EVA中相容性不好，而在聚氨酯中应用效果好。EVA树脂极性比LDPE大，对光稳定剂相容性较好，聚合型光稳定剂在茂金属聚乙烯中的相容性，比在LDPE、LLDPE中相容性好。因此，考虑光稳定剂在树脂中相容性是非常必要的。
光稳定剂的相容性，应从树脂极性、助剂分子结构、结晶特性、加工条件等多方面考虑。从溶解度参数来看，溶解度参数相接近相容性较好。助剂相容性应适当，不能太好，否则助剂不能迁移出表层，补充已损失的光稳定剂。为了使助剂在树脂中能自由迁移，光稳定剂分子量不能太大。而分子量太小，易析出，易使制品表面起‘白霜’，光稳定剂的流失是应用中一个应关切的问题。
2.6光稳定剂的安全性
光稳定剂应是无毒或低毒性的。光稳定剂GW-540，虽然定为低毒性，但对人的皮肤、口腔及眼睛粘膜刺激很大，对人的危害太大，已被废除使用。光稳定剂HS-770毒性较大，加工时对工人口腔、咽喉粘膜刺激性大。高分子量光稳定剂一般都已通过美国FDA批准，如HS-944、HS-622、HS-362、HS-962(783)等对人的刺激较小。
光稳定剂是防老化体系的一部分，必须建立在防热氧老化基础上，受阻胺光稳定剂有抗热氧老化的功能，但完整的防老化体系必须有防热氧老化助剂--抗氧剂的存在。
3.紫外线吸收剂的选择
紫外剂吸收剂有几个类型：二苯甲酮类、苯并三唑类、苯甲酸类、水扬酸酯类、三嗪类等。采用较早，用量最大、价格较低的紫外线吸收剂有二苯甲酮类和苯并三唑类紫外线吸收剂。常用的品种有UV-9、UV-531、UV-P、UV-326、UV-328等。
紫外线吸收剂是利用能吸收紫外线进行分子重排的、在特殊位子的羟基，将吸收的紫外线转变为无害的热能，达到稳定效果。
最初苯二甲酮类紫外吸收剂多采用UV-9，该品种在PVC中应用较多。不同类型紫外剂吸收剂对紫外光吸收波长是不同的。苯二甲酮类紫外线吸收剂UV-531在波长高于330纳米后吸收较弱，而苯并三唑类紫外线吸收剂通常在可
