受阻胺类光稳定剂的研究进展

2024年3月14日发(作者：江淮新能源车型及价格及图片)

受阻胺类光稳定剂的研究进展

摘要：HALS具有捕获自由基和分解过氧化物的能力，其光稳定效果是传统吸

收型光稳定剂的2到4倍。HALS除了具有光稳定作用外，还具有抗氧化、吸收紫

外线等多种功能，与紫外线吸收剂、抗氧化剂有很好的协同作用。这种稳定剂不

会使树脂着色，与多种树脂相容性好，低毒或无毒，可满足薄膜制品、纤维制品

和食品包装材料的要求。是目前发展最快、前景最广阔的一种新型光稳定剂。

关键词：受阻胺；光稳定剂；合成工艺；

受阻胺光稳定剂是一种新型高效的光稳定剂，广泛应用于高分子材料中，其

研发过程受到国内外关注。介绍了受阻胺光稳定剂的作用机理，综述了其发展现

状，并对其发展前景进行了展望。

1 受阻胺光稳定剂的作用机理

1.1 捕捉自由基。受阻胺官能团属于脂环胺结构，在有氧状态下吸收光能后

可转化为氮氧自由基NO。这些氮氧自由基不仅能捕获高分子材料光氧化降解过程

中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，从而抑制链式

反应达到保护目的。

1.2 氢过氧化物的分解。一般认为，氨基在与氢过氧化物中的氢结合后分解

成氮氧自由基，然后与活性自由基反应，将其转化为稳定的醇和酮化合物。结果

也证实了受阻胺对氢过氧化物有浓度效应。

1.3 捕捉重金属。HALS中的氮有一个与金属配位的孤对，能与高分子材料中

的金属离子强烈配位，从而达到保护高分子材料的目的。

1.4 淬灭单线态氧。HALS几乎不淬灭激发态，但其氧化产物NO显示出很高

的淬灭效率。受阻胺氮氧自由基可以通过转移能量使激发态的单线态氧回到基态，

从而防止单线态氧引起聚合物降解反应，起到防止光老化的作用。

2 受阻胺光稳定剂的发展现状

2.1 高分子定量。随着高分子材料应用范围的不断扩大，低分子量受阻胺光

稳定剂由于易迁移、易挥发、耐萃取等特点，已经难以满足人们的需求。因此，

汽巴-嘉积公司推出了第一款高分子受阻胺光稳定剂Tinuvin622，后来又推出了

另一款高分子产品Chimassorb944，性能更好，至今仍在广泛使用。 由于高分子

受阻胺光稳定剂的分子量难以调节，其生产工艺长期被上述国外公司垄断。为此，

对chimasorb-944、Chimassorb2020和Cyasorb UV-3346的合成工艺进行了研究，

制定了更合理的工艺路线，从根本上解决了受阻胺光稳定剂分子量分布较宽的问

题。此外，该产品在425 nm和450 nm处具有较高的透光率，具有很大的实际应

用价值。 为了解决高分子受阻胺光稳定剂分子量难以调节的问题，汽巴嘉际公

司引进了单体高分子受阻胺光稳定剂Chimassorb119，其光稳定性好，广泛应用

于聚烯烃和聚苯乙烯高分子材料中。研究表明，高分子量受阻胺光稳定剂虽然耐

萃取、难挥发，但分子量过高会降低其在高分子材料中的迁移性能，影响其光稳

定性的正常发挥。解决这一矛盾的方法是找到一个最佳分子量范围，通常将高分

子量受阻胺光稳定剂的分子量控制在2 000 ~ 3 000 g/mol。

2.2 低碱度。基于受阻哌啶结构，传统的受阻胺光稳定剂呈强碱性，会与高

分子材料中的一些酸性成分发生反应，降低了光稳定性，限制了其应用范围。20

世纪80年代末，人们开始关注受阻胺光稳定剂低碱度的研究。汽巴-嘉积公司通

过n-烷基化反应，开发了Tinuvin770的改进产品Tinuvin123。它的碱度是

Tinuvin770的万分之一。它可以与含卤阻燃剂和硫基辅助抗氧剂配合使用，获得

了优异的光稳定效果。目前受阻胺光稳定剂的产品有汽巴的Chimassorb119、

Tinuvin371、Tinuvin152和cyante公司的Cyasorb UV 3529。首先，通过核磁

共振和质谱确证了14个目标化合物的结构，并测试了其中7个化合物的基本性

质。结果如表1所示。

表1样品的基本性质

他们设计合成的ⅰ a ~ e树枝状受阻胺光稳定剂ph值为9.6 ~ 9.7，呈强

碱性，可用于高碱性环境。此外，这种光稳定剂的熔点为50 ~ 80℃，适用于加

工大多数材料，其透光率优于市售受阻胺光稳定剂Tinuvin770。N-甲基化改性的

树枝状受阻胺光稳定剂的pH值降低到8.3 ~ 8.4，低于改性前的结构，可以在较

低的碱性环境下使用。同时，改性光稳定剂具有优异的透光率，尤其是ⅱ d和ⅱ

e，优于市售受阻胺光稳定剂Tinuvin770、Tinuvin622和Chimassorb944。由于

测试受阻胺光稳定剂应用性能所需样品量太大，所需时间太长，聚丙烯样品中，

ⅰa和ⅱe的效果优于低分子量受阻胺光稳定剂Tinuvin770。以聚乙烯为底物，

ⅰa和ⅱe的抗氧化作用大于IrganoxB215。与添加高分子受阻胺光稳定剂

Chimassorb944和Tinuvin622的样品相比，它们设计合成的受阻胺光稳定剂效果

更为突出。可以看出，光稳定剂可以稳定材料。光照10 h后，4个样品的断裂伸

长率保持率分别为10%、40%、49%和56%，说明加入受阻胺光稳定剂后，PE材料

的力学性能得到了较好的保持，尤其是设计合成的受阻胺光稳定剂ⅰd在光照10

h后断裂伸长率保持率仍大于50%，该样品的使用寿命比其他3个样品长得多。

加入ⅱ e和Tinuvin770的两个样品在长时间紫外辐照后颜色发生了变化，但加

入ⅱ e的样品比加入Tinuvin770的样品色差小得多，这表明加入ⅱ e对基底性

能的稳定作用优于加入Tinuvin770。然而，ⅱE样品的保光率几乎是Tinuvin770

样品的3倍，光稳定性优势明显。在此基础上，以二元羧酸酯为基体，联合开发

了低碱度树枝状受阻胺光稳定剂。低碱度虽然拓宽了受阻胺光稳定剂的应用范围，

但也带来了其他问题基于以上原因，受阻胺光稳定剂的碱度应根据实际工作环境

进行选择。在非酸性条件下，不必过分追求低碱度。高碱度受阻胺光稳定剂的光

稳定效果不逊于低碱度稳定剂。比如Chimassorb944的碱性是Tinuvin622的

1000倍，稳光效果也高很多。

2.3 多功能受阻胺光稳定剂。在受阻胺光稳定剂分子中引入其他基团，通过

分子内自配位效应提高光稳定性，同时赋予受阻胺光稳定剂其他功能，是一个重

要的研究趋势。人们曾考虑在受阻胺光稳定剂的分子中引入受阻酚基团，以发挥

光稳定剂的耐热性和抗氧化老化能力，其中Tinuvin144和Sanol LS 2626就是

成功的例子。此外，设计并合成了一系列含受阻酚的多功能光稳定剂。

2.4 反应性受阻胺光稳定剂。反应性受阻胺光稳定剂是指在聚合物制备和加

工过程中，将反应性基团引入受阻胺的分子结构，使其与聚合物骨架结合，形成

具有永久光稳定作用的聚合物材料，它可以克服由于物理迁移或挥发造成的受阻

胺光稳定剂的损失。近年来，反应性受阻胺光稳定剂发展迅速，产品层出不穷。

在相转移催化剂存在下，从哌啶醇、丙烯醇、二苯甲酮和苯并三唑化合物合成了

结构式如图1所示的反应性受阻胺光稳定剂，

图1反应型受阻胺类光稳定剂结构式

哌啶醇作为受阻胺光稳定剂的官能团，可以防止材料表面的光氧化。二苯甲

酮或二苯并三唑是紫外线吸收剂，可防止材料的深度光降解。丙烯基团提供了稳

定剂和材料之间的粘合能力，使其成为聚合物材料的一部分。化学工业研究所还

在反应性受阻胺光稳定剂领域进行了深入研究。目前正在推广的gw-628具有优

异的性能和紫外线吸收功能。其最大的优点是成功地解决了反应性受阻胺光稳定

剂难以接枝的问题。结果表明，在不改变产品加工方式的情况下，gw-628对农用

薄膜和注塑聚烯烃产品的光稳定性优于chimassorb994。

总之，受阻胺光稳定剂是一种性能优良的光稳定剂。目前，它仍然是研究和

开发的重点。随着新产品的不断涌现，其应用范围也在不断扩大。未来将取代传

统的光稳定剂，成为光稳定剂行业的主导产品。

参考文献：

［1］吴恩，受阻胺类光稳定剂开发进展．2019．

［2］张红宇．关于受阻胺类光稳定剂的研究进展.2020.