空气中的氧气和阳光中的紫外光导致塑料材料发生热氧化和光氧化反应，使塑料制品的外观和物理力学性能变差，提前失去原有功能和使用价值。主要的原因是，光引起的自由基反应，化学键变化，链式反应，自催化等过程，从而使分子链断裂、交联等，特别是在不定型态区域，以断链等形式，老化降解，这种效果一旦启动，如不制止，将以几何倍数加速，表面最为明显，但也会逐渐涉及到内部。从而使制品，不能再使用。
一、橡塑材料光老化因素
图1 塑料光老化原因
太阳辐射的电磁波在通过空间和臭氧层时，290nm以下和3000nm以上的射线几乎都被滤除，实际到达地面的为290nm—3000nm的电磁波，其中波长范围为400—800nm（约占40%）的是可见光，波长约为800—3000nm（约占55%）的是红外线，而波长约为290—400nm（仅占5%）的是紫外线。
影响塑料光老化的因素主要有：氧气、污染物、热、紫外光、可见光、湿度和水等。因此，为了有效低抑制或降低塑料大分子的热氧化、光氧化反应速度，显著提高塑料材料的耐热、耐光性能，延缓塑料材料的降解、老化过程，延长塑料制品的使用寿命，要在其中加工抗氧剂、光稳定剂等助剂。
二、光稳定剂作用机理分类
光稳定剂主要作用：屏蔽光线、吸收并转移光能量、猝灭或捕获自由基。按作用机理一般可分为：光屏蔽剂、紫外光吸收剂、猝灭剂和受组胺光稳定剂4类。
图 2 光稳定剂作用机理
2.1.受阻胺光稳定剂（HALS）
若塑料分子最终受紫外光激发而生成自由基，则自由基捕获剂可俘获不同的自由基，从而防止或延缓光降解过程。最重要的自由基捕获剂为受阻胺类光稳定剂。
受阻胺类的作用机理包括三种，捕获自由基、分解过氧化物和猝灭单线态氧。它们本身不吸收任何大于260 nm的光线，也不能猝灭激发态分子，但在氧存在下，受阻胺能被氧化生成相应的氮氧自由基，这种化合物相当稳定，它们能非常有效的捕获聚合物光氧化降解产生的活性自由基，而且在稳定过程中具有再生功能，这种再生功能是其有别于其他稳定剂的最大特征。
受阻胺类光稳定剂的主要成分是具有空间位阻结构的2,2,6,6-四甲基哌啶衍生物，受阻胺官能团属脂环胺类结构，在有氧状态下吸收光能后，可以转变为氮氧自由基NO•，这些氮氧自由基不仅可以捕获高分子材料光氧化降解中所产生的烷基活性自由基，而且在光稳定化过程中具有再生功能，从而抑制连锁反应达到防护目的。
受阻胺类光稳定剂色浅、光稳定效能突出、也能有效地保护制品表面和薄制品，但由于具有碱性，与酸性基质、添加剂存在对抗作用、酸性环境会使其性能受到影响，与此同时，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。
目前，受阻胺类光稳定剂是光稳定剂市场的一个开发热点，针对受阻胺类光稳定剂的缺点，开发新型化学结构或者将其与其它光稳定剂进行复配，是受阻胺类光稳定剂一个重要的研究发展方向。
作用机理
a）氧化所产生的自由基NO·捕获高分子材料所产生的具有破坏性的活性基团，例如：R·、RO·、ROO·等自由基；也使其变为相对稳定的化合物，从而中断反应过程。
b）HALS还具有猝灭单线态氧的功能，使其从激发态转变为基态，在光老化的链引发前干预光化反应的进行。
图3 受阻胺类光稳定剂作用机理
作用位置：全部范围、不依赖厚度起效，特别是表面保护效果很好。
保护作用效果：对塑料制品的光泽、粉化、颜色及力学性能有很好的保护作用，并且在＜100℃）条件下,提升长期热稳定性。
影响HALS效果的主要因素:分子量 / 迁移速率、树脂体系的相容性、捕获自由基的效率与树脂中被氧化区域的亲和力。
应用范围：
①聚烯烃： PP Fibe、PP Film、PP Molding、PP/HDPE Tape 、HEPE Pipe、PE Wire&Cable、LDPE/EVA Film、LLDPE Film、PP Pipe
②苯乙烯：ABS Compounding、PC/ABS、IPS、GPPS
③弹性体：SBS/SRS、TPE
④聚氨乙烯：Rigid PVC、Flexible Foam
⑤聚氨酯：Flexible Foam 、RIM、TPU
⑥工程塑料：POM、PA、PC、PBT/PET、PMMA、UP、PVB
2.2.紫外线吸收剂
紫外线吸收剂强烈地吸收紫外光，并将其能量转变为无害的热能等形式放出，避免塑料分子受到紫外光照射而激发。紫外线吸收剂能有效地吸收波长为290~410nm的紫外线，而很少吸收可见光，它本身具有良好的热稳定性和光稳定性。
紫外线吸收剂目前的应用范围较广，工业上常用的主要有水杨酸酯类、二苯甲酮类，苯并三唑类。 苯并三唑类对400nm以上的可见光几乎不吸收，所以对制品的颜色基本无影响。
紫外线吸收剂具有广泛的适用性，但由于其防护效果不能有效地保护制品表面和薄制品，与此同时，因属纯有机化合物，还存在易挥发、喷霜、迁移、被溶剂抽出等缺点，这不但影响了其效能发挥的持久性，同时也易污染环境。
图4 紫外线吸收剂的作用过程
作用位置：一定深度内
Lambert-Beer’s 吸收定律：A = c × d×ε = logI0 / I
图 5光强与厚度的关系
保护作用效果
优点：一般来说，对颜色保护较好，可对颜料提供一定的保护。对于后制品的力学性能保护较好；
缺点：对树脂表面保护不足、对光泽度保护贡献有限、对薄制品的保护有限。
应用
①聚烯烃： PP薄膜、PP Molding、HDPE管材、PE Wire&Cable、LDPE/EVA Film、LLDPE薄膜、PP 管材
②苯乙烯：ABS、PC/ABS、IPS、GPPS
③弹性体：SBS/SRS、TPE
④聚氨乙烯：Rigid PVC、Flexible Foam
⑤聚氨酯：Flexible Foam 、RIM、TPU
⑥工程塑料：POM、PA、PC、PBT/PET、PMMA、UP、PVB淬灭剂。
2.3. 光屏蔽剂
光屏蔽剂又称屏蔽剂，是一种能够反射或吸收紫外光的物质。它们具有高度的分散性和遮盖力，能将吸收的光能转为热能散发、将有害的光波反射，从而发挥防护聚合物的作用，延缓材料的老化。通常作为光屏蔽剂的多是一些无机颜料和填料，常见的光屏蔽剂主要有炭黑、氧化锌、二氧化钛和锌钡等。一些有机颜料如酞菁蓝、酞菁绿等也可用于光屏蔽剂。其中炭黑的屏蔽效果最好，其对光具有高效的吸收作用，但只适合用于黑色或深色制品，而二氧化钛、氧化锌对光具有反射作用，适用于白色制品。
图6 光屏蔽剂的作用原理
2.4.猝灭剂
猝灭剂都是通过转移光能而达到光稳定的目的。紫外光吸收剂是自身分子直接吸收光能时转移能量，猝灭剂是与塑料材料中因光照而产生的高能量、高化学反应活性的激发态官能团发生作用，转移激发态官能团的能量。若塑料分子已吸收紫外光而激发，生成激发态能，则猝灭剂能将受激分子上的激发态能消除，使之返回到低能状态，避免塑料分子链产生自由基。
猝灭剂主要通过分子间能量的转移来消除激发态能，对聚合物的稳定效果很好，多用于薄膜，与二苯甲酮类、苯并三唑类等紫外线吸收剂并用也有很好的协同效应。
猝灭剂主要为金属络合物，比如镍钴的有机络合物。 其中有机镍螯合物猝灭剂所占比例最大，它的有机部分是取代酚和硫代双酚等，主要类型有：二硫代氨基甲酸镍盐，如BC；硫代双酚型，如AM一101；膦酸单脂镍型，如光稳定剂2002。
有机镍、有机钴光稳定剂在聚烯烃农膜方面具有较好的应用，表现出挥发性低、不变色、热稳定性和熔融性能好、使用期长的优点。用于纤维，能起到助染剂的作用，提高颜色的耐光度和亮度，添加量也较吸收型光稳定剂低。
猝灭剂光稳定性能高、挥发性低、喷霜和迁移小并耐抽出，能有效地保护制品表面和薄制品。但色深、毒性（如有机镍光稳定剂存在重金属离子的毒性问题）和环境污染大、高温时会分解变色，与含硫添加剂存在对抗作用。
另外，按化学结构光稳定剂可分为：
1）水杨酸脂类、2）二苯甲酮类（benzophenone)、3）苯并三唑类(benzotriazol)、4)三嗪类、5）取代丙烯晴类、6）草酰胺类、7）有机镍化合物类、8）受阻胺(HAL)类等。
三、光稳定剂选择原则
3.1.相容性
塑料与光稳定剂的分子具有不同程度的极性，两者相容剂较差，通常在高温下使两者融合，因此为了使光稳定剂发挥作用，选用光稳定剂的熔点或熔程上限，不应低于塑料聚合物的加工温度。
3.2.迁移性
尤其是表面积和体积比数值较小的制品，氧化主要发生在制品表面，这就需要光稳定剂连续不断地从塑料制品内部迁移到制品表面而发挥作用。如果向制品表面迁移速度过快，迁移量过大，光稳定剂就会挥发，从而造成损失。因此，在选择的时候，可以选择分子量相对较大，熔点适当较高的品种。
3.3.稳定性
助剂在材料中应能保持稳定，在使用环境下及高温加工过程中挥发损失，不变色或不显色，不分解，不与其他助剂发生不利的化学反应等。
3.4.加工性
塑料制品加工中时，加入光稳定剂对树脂熔融黏度和螺杆转矩都有可能发生改变。如果其与树脂熔融范围相差较大，会使光稳定剂偏流或抱螺杆现象。因此，光稳定剂的熔点低于加工温度100℃以上时，应先将光稳定剂造成一定浓度的母粒，再与树脂混合加工制品，避免因偏流造成制品中广稳定剂分布不均及加工产量下降。
3.5.环境与卫生
光稳定剂应该无毒或低毒，无粉尘或低粉尘，在制品加工制造过程和使用中对人体无有害作用等。
文章来源：北京天罡助剂有限责任公司——赵莉，艾邦高分子编辑，韧客团队组合。
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