I. Các khái niệm và cơ chế cơ bản

1.1 Định nghĩa và phân loại chất ổn định ánh sáng

Các chất ổn định ánh sáng là các chất phụ gia có thể ức chế hoặc làm chậm sự xuống cấp, màu vàng và suy giảm tính chất cơ học của vật liệu polymer dưới bức xạ ánh sáng. Chức năng cốt lõi của chúng là bảo vệ các vật liệu khỏi sự thoái hóa quang hóa bằng cách hấp thụ năng lượng cực tím và chuyển đổi nó thành nhiệt, hoặc bằng cách thu thập các gốc tự do, dập tắt oxy singlet, v.v.

• Ultraviolet hấp thụ(chẳng hạn như benzotriazoles và benzophenones): Chúng có thể hấp thụ chọn lọc ánh sáng tia cực tím và chuyển đổi nó thành năng lượng nhiệt.
• Ổn định ánh sáng amin bị cản trở (HALS): Chúng cung cấp sự bảo vệ hiệu quả thông qua nhiều cơ chế như nắm bắt các gốc tự do và phân hủy hydroperoxit.
• Làm dịu đi(chẳng hạn như các hợp chất hữu cơ niken): Chúng có thể làm dịu năng lượng của các phân tử trạng thái kích thích để ngăn chặn các phản ứng quang hóa.
• Những người nhặt rác cấp tiến miễn phí: Chúng nắm bắt trực tiếp các gốc tự do được tạo ra trong quá trình quang hóa để chấm dứt các phản ứng chuỗi.

1.2 Định nghĩa và phân loại các chất quang hóa

Photoinitiator là các hợp chất, sau khi hấp thụ một bước sóng năng lượng nhất định trong vùng cực tím (250-420NM) hoặc vùng ánh sáng có thể nhìn thấy (400-800nm), có thể tạo ra các gốc hoặc cation tự do để bắt đầu trùng hợp, liên kết ngang và chữa khỏi các monome. Chúng là các thành phần chính trong các hệ thống quang hóa, hình thành các sản phẩm công thức với các chất pha loãng phản ứng, oligomers và chất phụ gia, sau đó được áp dụng bởi người dùng cuối. Theo các cơ chế khởi đầu của họ, các chất quang hóa chủ yếu được chia thành:

• Photoinitiators tự do: Chúng có thể được chia thành loại phân tách loại trừu tượng và hydro theo cơ chế tạo các gốc tự do.
• Photoinitator cation: Chúng bao gồm muối Diaryliodonium, muối triarylsulfonium, v.v., tạo ra các axit proton siêu mạnh để bắt đầu trùng hợp.
• Photoinitators lai: Chúng có cả chức năng khởi đầu gốc và cation tự do, thể hiện các hiệu ứng hiệp đồng.

1.3 So sánh các cơ chế hành động

Cơ chế hoạt động của chất ổn định ánh sáng:

• Hấp thụ năng lượng tia cực tím và chuyển đổi nó thành năng lượng nhiệt (chất hấp thụ tia cực tím).
• Chụp các gốc tự do được tạo ra trong quá trình quang hóa (bị cản trở các amin).
• Làm nguội năng lượng của các phân tử trạng thái kích thích (chất làm mát).
• Phân hủy hydroperoxit để ngăn chặn các phản ứng chuỗi.

Cơ chế hoạt động của các chất quang hóa:

• Hấp thụ năng lượng photon để chuyển từ trạng thái cơ bản sang trạng thái kích thích.
• Các phân tử trạng thái kích thích trải qua sự phân tách đồng tính để tạo ra các gốc tự do chính (loại phân tách).
• Các phân tử trạng thái kích thích các nguyên tử hydro trừu tượng từ các nhà tài trợ hydro để tạo ra các gốc tự do hoạt động (loại trừu tượng hydro).
• Các gốc hoặc cation tự do được tạo ra bắt đầu các phản ứng trùng hợp và liên kết chéo của các monome.

Sự khác biệt cơ bản nhất giữa hai làCác chất ổn định ánh sáng ức chế hoặc làm chậm các phản ứng quang hóa để bảo vệ vật liệu khỏi sự phân hủy quang học, trong khi các chất quang hóa tích cực bắt đầu các phản ứng trùng hợp sau khi hấp thụ năng lượng ánh sáng để thúc đẩy phương pháp bảo dưỡng vật liệu.

Ii. Các lĩnh vực ứng dụng chính trong phát triển sản phẩm

2.1 Vai trò chính của chất ổn định ánh sáng trong các sản phẩm khác nhau

Bộ ổn định ánh sáng đóng vai trò không thể thay thế trong các sản phẩm khác nhau đòi hỏi sử dụng ngoài trời lâu dài hoặc ổn định ánh sáng cao:

1. Trường sản phẩm nhựa

• Cỏ nhân tạo Polyolefin: Trong việc sản xuất cỏ nhân tạo polyolefin, sự khác biệt về hiệu suất của chất ổn định ánh sáng ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi thọ dịch vụ và khả năng thích ứng môi trường của các sản phẩm. Ổn định ánh sáng 783 thực hiện một cách xuất sắc trong các kịch bản với chu kỳ dịch vụ 2-3 năm, chẳng hạn như 围挡 cỏ và cỏ cảnh với yêu cầu thấp; Trong khi Light Stabilizer 944 đã trở thành lựa chọn chính cho các kịch bản sử dụng tần số cao như sân bóng đá và sân khúc côn cầu do khả năng chống thời tiết ổn định.
• Các bộ phận nhựa ô tô: Các yêu cầu kháng thời tiết đối với các bộ phận nhựa ô tô không ngừng tăng lên. Phiên bản mới của "Yêu cầu kỹ thuật đối với khả năng chống thời tiết của các bộ phận nhựa ô tô" đã làm tăng thời gian thử nghiệm lão hóa tăng tốc nhân tạo từ 1500 giờ lên 2000 giờ, trực tiếp thúc đẩy tỷ lệ bổ sung của chất ổn định ánh sáng trong vật liệu PP tăng từ 1,2% lên 1,8%.
• Phim nông nghiệp: Phim nông nghiệp là một lĩnh vực ứng dụng quan trọng cho các chất ổn định ánh sáng. Đặc biệt trong trường hợp thuốc trừ sâu vô cơ có nồng độ cao như lưu huỳnh và clo được sử dụng, các chất ổn định ánh sáng hiệu suất cao như Tinuvin® Nor® có thể bảo vệ hiệu quả các sản phẩm nhựa nông nghiệp và kéo dài tuổi thọ dịch vụ của chúng.

2. Lớp phủ và mực mực

• Lớp phủ ô tô: Bộ ổn định ánh sáng BASF 292 là một chất ổn định ánh sáng amin bị cản trở chất lỏng dành riêng cho lớp phủ. Nó được sử dụng trong lớp phủ ô tô (không xúc tác axit), lớp phủ công nghiệp và lớp phủ được bảo hiểm bức xạ. Nó có thể cải thiện hiệu quả tuổi thọ của lớp phủ và ngăn ngừa nứt và mất độ bóng.
• Lớp phủ kiến ​​trúc: Được sử dụng cho lớp phủ kiến ​​trúc ngoài trời (như mái nhà), chất kết dính kiến ​​trúc và chất trám để bảo vệ lâu dài.
• Lớp phủ gỗ: Ngăn gỗ không có màu vàng do tiếp xúc với ánh sáng và kéo dài tuổi thọ thẩm mỹ của đồ nội thất và sàn nhà.

3. Trường vật liệu đặc biệt

• Các tế bào quang điện hữu cơ: Khi các lớp bảo vệ đóng gói, chúng mở rộng hiệu quả phát điện của pin trong môi trường ngoài trời, góp phần phát triển năng lượng xanh.
• Phim bao bì thực phẩm: Trong khi đảm bảo an toàn, chúng duy trì tính thấm của bộ phim và tăng cường sức hấp dẫn kệ.
• Thiết bị y tế: Được sử dụng trong các sản phẩm y tế như ống thông polyurethane y tế, chúng cần vượt qua xét nghiệm tương thích sinh học ISO 10993.

2.2 Vai trò chính của quang hợp trong các sản phẩm khác nhau

Photoinitiators là các thành phần cốt lõi của các hệ thống photocation và đóng vai trò chính trong các sản phẩm yêu cầu bảo dưỡng nhanh chóng và đúc chính xác cao:

1. Trường vật liệu bảo dưỡng UV

• Lớp phủ UV: IRGACURE 2959 là một chất quang hóa cực tím không màu vàng hiệu quả cao, đặc biệt phù hợp với các hệ thống UV dựa trên nước dựa trên nhựa acrylic và các polyesters và trường không bão hòa cần mùi thấp.
• Mực UV: Photoinitiator-184 (IRGACURE-184) có thể hấp thụ năng lượng bức xạ cực tím trong quá trình bảo dưỡng mực để tạo thành các gốc hoặc cation tự do, bắt đầu trùng hợp, liên kết chéo và ghép các phản ứng của monome và oligome. Trong một thời gian rất ngắn, mực được chữa khỏi cấu trúc mạng ba chiều.
• Chất kết dính UV: Photoinitiators là một thành phần quan trọng của chất kết dính photocation và đóng vai trò quyết định trong tốc độ bảo dưỡng. Sau khi được chiếu xạ bởi ánh sáng cực tím, các chất quang hóa hấp thụ năng lượng của ánh sáng, chia thành hai gốc tự do hoạt động và bắt đầu trùng hợp chuỗi của nhựa cảm quang và các chất pha loãng phản ứng, khiến chất kết dính bị liên kết và chữa trị.

2. Trường điện tử và vi điện tử

• Bảng mạch PCB: PhotoInitiators đóng một vai trò quan trọng trong việc sản xuất bảng mạch PCB và được sử dụng trong các loại photoresist và mực mặt nạ hàn.
• Xử lý vi điện tử: Trong lĩnh vực xử lý vi điện tử, các chất quang hóa được sử dụng trong các quá trình quang khắc để đạt được sự tạo mẫu có độ chính xác cao.
• Truyền thông sợi quang: Được sử dụng trong sản xuất lớp phủ sợi quang và thiết bị quang điện tử.

3. Sản xuất phụ gia và các ứng dụng đặc biệt

• In 3D: Photoinitiators là một thành phần chính của nhựa quang hóa, ảnh hưởng đến tốc độ trùng hợp, hiệu suất và sự xuất hiện của các sản phẩm 3D. Trong các ứng dụng in 3D y sinh, các chất quang hóa có khả năng tương thích sinh học tốt, không có độc tế bào và khả năng hòa tan trong nước tốt.
• Ứng dụng y sinh: Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng carboxyl, hydroxyl và ethylene glycol có chức năng aryl diaziridine có thể được sử dụng làm chất thay thế quang hóa tương thích sinh học, bắt đầu trùng hợp gốc ở cả hai bước sóng cực tím (365nm) và ánh sáng có thể nhìn thấy (405nm).
• LED và công nghệ bảo dưỡng ánh sáng có thể nhìn thấy: Các công thức quang hóa tiên tiến hỗ trợ việc chuyển đổi sang các công nghệ bảo dưỡng ánh sáng LED và có thể nhìn thấy, sắp xếp sản xuất với các mục tiêu môi trường trong khi duy trì hoặc cải thiện chất lượng sản phẩm.

2.3 Các trường hợp ứng dụng hợp tác của hai người trong phát triển sản phẩm

Trong sự phát triển của một số sản phẩm cụ thể, chất ổn định ánh sáng và chất quang hóa cần được sử dụng hiệp đồng để đạt được kết quả tốt nhất:

• Chất kết dính UV hiệu suất cao: Chất kết dính UV chống oxy hóa được phát triển bởi Công ty TNHH Vật liệu Điện tử Dongguan Boxiang, cải thiện khả năng chống lại thời tiết của chất kết dính UV bằng cách giới thiệu các chất hấp thụ tia cực tím và cản trở chất ổn định ánh sáng amin. Đồng thời, tác dụng hiệp đồng của các chất chống oxy hóa nguyên phát và thứ cấp ngăn chặn hiệu quả đường oxy hóa, cải thiện đáng kể hiệu suất chống lão hóa của chất kết dính UV trong môi trường oltraviolet cao và oxy hóa cao.
• Nhựa UV chỉ số phản hồi thấp có thể quang được: Trong việc chuẩn bị nhựa UV chỉ số phản ứng thấp biến đổi silicon cho các sợi quang, cần phải xem xét cả hiệu quả của chất quang hóa trong việc bắt đầu phản ứng trùng hợp và điện trở thời tiết lâu dài của sản phẩm được cung cấp bởi chất ổn định ánh sáng.
• Dán bạc dẫn nhanh: LTCC Ultraviolet Ultraviolet dẫn dẫn điện dẫn điện được phát triển bởi Chiết Giang Moke sử dụng một tỷ lệ cụ thể của prepolyme, chất làm dẻo, bột bạc, bột thủy tinh và quang hóa, có thể nhanh chóng được chữa khỏi trong vòng 5 giây. Đồng thời, cần phải xem xét sự ổn định lâu dài của sản phẩm được cung cấp bởi bộ ổn định ánh sáng.

Iii. Những cân nhắc chính trong lựa chọn vật liệu

3.1 Cơ sở để chọn chất ổn định ánh sáng

Chọn chất ổn định ánh sáng thích hợp đòi hỏi phải xem xét toàn diện các yếu tố khác nhau như đặc điểm vật chất, môi trường ứng dụng và yêu cầu hiệu suất:

1. Loại vật liệu và cấu trúc

• Loại polymer: Các polyme khác nhau có độ nhạy khác nhau đối với sự phân hủy quang điện và các chất ổn định ánh sáng phù hợp với chúng cần được chọn. Ví dụ, tỷ lệ bổ sung HALS trong vật liệu polypropylen (PP) thường là 0,5%-0,8%, cao hơn 30%so với phương tiện nhiên liệu truyền thống.
• Cấu trúc phân tử: Cấu trúc phân tử của vật liệu xác định độ nhạy của nó đối với quá trình quang hóa. Các polyme chứa các liên kết không bão hòa, cấu trúc phân nhánh hoặc những người dễ tạo ra các gốc tự do đòi hỏi phải có khả năng chống ổn định ánh sáng mạnh hơn.
• Điều kiện xử lý: Nhiệt độ xử lý, thời gian và các điều kiện khác của vật liệu sẽ ảnh hưởng đến việc lựa chọn chất ổn định ánh sáng. Ví dụ, bộ ổn định ánh sáng 622 có điện trở xử lý nhiệt độ cao và có thể thích ứng với các quá trình nhiệt độ cao như ép và đùn.

2. Các yếu tố môi trường ứng dụng

• Điều kiện khí hậu: Cường độ cực tím, nhiệt độ, độ ẩm và các yếu tố khác khác nhau đáng kể ở các vùng khí hậu khác nhau. Trong môi trường nhiệt độ cao và độ ẩm cao, bộ ổn định ánh sáng 2022 đã trở thành lựa chọn ưa thích cho các địa điểm bên bờ biển và các môi trường khác do tốc độ giảm cân của nước chỉ 0,4% (đun sôi trong nước ở 95 ° C trong 100 giờ).
• Phơi nhiễm hóa học: Các chất hóa học mà vật liệu có thể tiếp xúc sẽ ảnh hưởng đến việc lựa chọn chất ổn định ánh sáng. Trong các kịch bản mà các chất axit có thể dễ dàng tiếp xúc, chẳng hạn như xung quanh các bể bơi và các công viên công nghiệp hóa học, khả năng chống axit của chất ổn định ánh sáng 119 trở thành một lợi thế chính.
• Cuộc sống phục vụ: Tuổi thọ dịch vụ dự kiến ​​của sản phẩm là một cân nhắc quan trọng khi chọn chất ổn định ánh sáng. Từ góc độ cân bằng chi phí kinh tế và hiệu suất, Light Stabilizer 783 thực hiện một cách xuất sắc trong các kịch bản với chu kỳ dịch vụ 2-3 năm, trong khi Light Stabilizer 944 phù hợp cho các địa điểm thể thao chuyên nghiệp đòi hỏi tuổi thọ cao hơn.

3. Yêu cầu về hiệu suất và nhu cầu đặc biệt

• Hiệu suất quang học: Đối với các sản phẩm đòi hỏi độ trong suốt và độ bóng cao, chẳng hạn như màng quang và lớp phủ trong suốt, chất ổn định ánh sáng không ảnh hưởng đến hiệu suất quang học của vật liệu cần được chọn. Ví dụ, bộ ổn định ánh sáng JINJUN564 có thể đạt được sự bảo vệ hiệu quả chỉ với lượng bổ sung rất thấp (0,1%-2,0%) do hệ số tuyệt chủng mol cao của nó. Nó vẫn có thể cung cấp sự bảo vệ hiệu quả trong các lớp phim siêu mỏng dưới 1 micron, đảm bảo độ trong suốt và độ bóng của lớp phủ.
• Hiệu suất cơ học: Tốc độ duy trì của các tính chất cơ học như độ bền kéo và độ giãn dài khi phá vỡ vật liệu là một chỉ số quan trọng để đánh giá hiệu quả của chất ổn định ánh sáng. Các thử nghiệm cho thấy các tính chất cơ học của các sợi cỏ nhân tạo được thêm vào với bộ ổn định ánh sáng 944 vẫn giữ được hơn 70% sau 3000 giờ lão hóa.
• Yêu cầu an toàn và bảo vệ môi trường: Với việc thắt chặt các quy định bảo vệ môi trường, đầu tư R & D vào các sản phẩm HALS không có halogen đã tăng từ 15% vào năm 2024 lên 32% vào năm 2028. Các doanh nghiệp hàng đầu như BASF và Bắc Kinh Tiangang đã xây dựng các dây chuyền sản xuất hoàn toàn với khí thải dung môi bằng không.

3.2 Cơ sở để chọn quang hóa

Chọn chất quang hóa thích hợp cũng yêu cầu xem xét nhiều yếu tố để đảm bảo rằng nó phù hợp với hệ thống công thức và các yêu cầu ứng dụng:

1. Đặc điểm của hệ thống photocuring

• Loại chuẩn bị: Các prepolyme khác nhau phản ứng khác nhau với các chất quang hóa. Nguyên tắc chính là chọn một chất quang hóa với hoạt động thích hợp theo loại prepolyme và monome.
• Màu hệ thống: Đối với các hệ thống màu, các chất quang hóa có hoạt động khởi đầu cao trong hệ thống màu đó cần được chọn. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng trong các vật liệu silicon được bảo hiểm UV màu đen, các hệ thống sử dụng ITX, TPO, 819, 907 và 369 làm người khởi xướng có thời gian bảo dưỡng ngắn hơn, cho thấy những người khởi xướng này có hoạt động khởi đầu tương đối cao trong các hệ thống màu.
• Phương pháp chữa bệnh: Chọn chất quang hóa thích hợp theo phương pháp bảo dưỡng. Ví dụ, các chất quang hóa cation gốc lai có thể trải qua cả quá trình trùng hợp triệt để và trùng hợp cation, có thể tránh các điểm yếu và chơi toàn bộ điểm mạnh, với các hiệu ứng hiệp đồng.

2. Đặc điểm nguồn sáng và điều kiện bảo dưỡng

• Bước sóng nguồn ánh sáng: Phổ hấp thụ của quang hóa phải phù hợp với phổ phát xạ của nguồn bức xạ và có hệ số tuyệt chủng mol tương đối cao. Ví dụ, bộ quang hóa LAP có bước sóng hấp thụ tối đa tối đa lên tới 380,5nm và dải hấp thụ lên tới 410nm, có thể bị kích thích bởi ánh sáng xanh và phù hợp với các nguồn sáng LED cụ thể.
• Cường độ ánh sáng và thời gian chiếu xạ: Các chất quang hóa khác nhau có độ nhạy khác nhau với cường độ ánh sáng và thời gian chiếu xạ. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng khi nồng độ quang hóa là 7%, cường độ cần thiết cho quá trình quang hóa UV là thấp nhất, nghĩa là tốc độ bảo dưỡng là nhanh nhất. Tuy nhiên, việc tiếp tục tăng nồng độ vượt quá thời điểm này thực sự sẽ làm giảm tốc độ bảo dưỡng.
• Môi trường chữa bệnh: Các yếu tố như hàm lượng oxy và nhiệt độ trong môi trường bảo dưỡng sẽ ảnh hưởng đến hiệu quả của chất quang hóa. Ví dụ, photocation cation có độ co rút thể tích nhỏ, độ bám dính mạnh và không bị ức chế bởi oxy trong quá trình bảo dưỡng, làm cho nó phù hợp để quang hóa trong môi trường hiếu khí.

3. Yêu cầu về hiệu suất ứng dụng

• Tốc độ chữa bệnh: Các ứng dụng khác nhau có các yêu cầu rất khác nhau để bảo dưỡng tốc độ. LTCC Rapid Ultraviolet AREDIVE PROVERIVE PASTE được phát triển bởi Chiết Giang Moke có thể được chữa khỏi trong vòng 5 giây, làm cho nó phù hợp cho các dây chuyền sản xuất cần được bảo dưỡng nhanh chóng.
• Chụp độ sâu: Đối với các hệ thống phim dày, độ sâu bảo dưỡng của quang hóa cần được xem xét. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng hệ thống Ruthenium/Natri Persulfate (RU/SPS) có thể trùng hợp các cấu trúc dày (8,88 ± 0,94 mm), trong khi hydrogel được bắt đầu bởi IRGACURE 2959 (1,62 ± 0,49 mM) cho thấy độ sâu thâm nhập kém.
• Hiệu suất cuối cùng: Photoinitiator và các sản phẩm quang hóa của nó phải không độc hại, không mùi, ổn định, dễ dàng lưu trữ trong một thời gian dài và sẽ không có tác động bất lợi đến hiệu suất của sản phẩm cuối cùng.

3.3 So sánh các tham số chính trong lựa chọn vật liệu

Iv. Tác động và kiểm soát trong quá trình tối ưu hóa

4.1 Tác động của chất ổn định ánh sáng đến quy trình sản xuất và hiệu quả

Việc lựa chọn và sử dụng chất ổn định ánh sáng có nhiều tác động đến quy trình sản xuất và hiệu quả:

1. Tác động của nhiệt độ xử lý và sự ổn định

• Yêu cầu ổn định nhiệt: Các chất ổn định ánh sáng cần có một mức độ ổn định nhiệt nhất định và không phân hủy ở nhiệt độ xử lý để đảm bảo sự ổn định trong quá trình xử lý vật liệu. Ví dụ, bộ ổn định ánh sáng 622 có điện trở xử lý nhiệt độ cao và có thể thích ứng với các quá trình nhiệt độ cao như ép và đùn.
• Tác động đến cửa sổ xử lý: Các chất ổn định ánh sáng khác nhau có nhiệt độ phân hủy khác nhau và độ ổn định nhiệt, sẽ ảnh hưởng đến cửa sổ xử lý vật liệu. Ví dụ, một số chất ổn định ánh sáng có thể phân hủy để tạo ra khí ở nhiệt độ cao, dẫn đến bong bóng hoặc khuyết tật bề mặt trong sản phẩm.
• Thời gian xử lý kéo dài: Trong một số trường hợp, đặc biệt là khi sử dụng chất ổn định ánh sáng hợp chất, có thể cần phải kéo dài thời gian xử lý một cách thích hợp để đảm bảo rằng bộ ổn định ánh sáng được phân tán hoàn toàn và phân phối đồng đều trong vật liệu.

2. Phương pháp bổ sung và kiểm soát phân tán

• Thời gian bổ sung: Thời gian thêm chất ổn định ánh sáng có tác động quan trọng đến sự phân tán và hiệu quả của chúng trong vật liệu. Nói chung, các chất ổn định ánh sáng nên được thêm vào ở giai đoạn ban đầu của việc nóng chảy vật liệu để đảm bảo sự phân tán đồng đều trong vật liệu.
• Công nghệ phân tán: Để cải thiện hiệu ứng phân tán của chất ổn định ánh sáng, các công nghệ hoặc thiết bị phân tán đặc biệt đôi khi có thể được yêu cầu. Ví dụ, trong việc sản xuất các bộ phim nông nghiệp, sử dụng máy trộn tốc độ cao hoặc máy đùn đôi có thể cải thiện tính đồng nhất phân tán của chất ổn định ánh sáng.
• Chuẩn bị MasterBatch: Thêm chất ổn định ánh sáng dưới dạng MasterBatches có thể cải thiện độ chính xác và hiệu ứng phân tán, đặc biệt phù hợp với các trường hợp kiểm soát chính xác số lượng bổ sung là bắt buộc.

3. Tối ưu hóa các hiệu ứng hiệp đồng của hợp chất

• Hợp chất đa thành phần: Trong công nghiệp, việc phòng ngừa và chậm phát triển hiệu quả của quá trình quang hóa thường đạt được bằng cách kết hợp hai hoặc nhiều chất ổn định ánh sáng với các cơ chế hoạt động khác nhau để hấp thụ ánh sáng cực tím trong các dải bước sóng khác nhau, có thể đạt được hiệu ứng tuyệt vời mà một chất ổn định ánh sáng không thể đạt được.
• Cơ chế hiệp đồng: Ví dụ, UVINUL 4050 có thể được sử dụng một mình hoặc kết hợp với HALS chất ổn định ánh sáng trọng lượng phân tử cao để đạt được các hiệu ứng hiệp đồng. Nó có tác dụng hiệp đồng tốt với các chất hấp thụ tia cực tím benzoate và các chất chống oxy hóa phenol bị cản trở, có thể cải thiện khả năng kháng thời tiết và độ bền màu của PP và HDPE.
• Tối ưu hóa tỷ lệ bổ sung: Khi kết hợp các chất ổn định ánh sáng khác nhau, cần phải tối ưu hóa tỷ lệ của từng thành phần để đạt được hiệu quả tốt nhất. Ví dụ, trong các lớp phủ ô tô, lượng chất ổn định ánh sáng BASF được khuyến nghị 292 là 0,5-2% và nó có thể được sử dụng kết hợp với 1-3% chất hấp thụ tia cực tím như Tinuvin 1130 và Tinuvin 384-2.

4.2 Tác động của các chất quang hóa đến các quy trình sản xuất và hiệu quả

Các đặc điểm và việc sử dụng các chất quang hóa có tác động quyết định đến quá trình quang hóa và hiệu quả sản xuất:

1. Lựa chọn nguồn sáng và kiểm soát năng lượng

• Phù hợp với nguồn sáng: Các chất quang hóa khác nhau cần phải phù hợp với các nguồn ánh sáng tương ứng. Ví dụ, Irgacure 2959 và LAP có hiệu quả trong phạm vi bước sóng 320-500nm, trong khi hệ thống Ruthenium/Natri Persulfate có tác dụng tốt hơn trong phạm vi ánh sáng nhìn thấy 400-500nm.
• Tối ưu hóa mật độ năng lượng: Hiệu quả bắt đầu của các chất quang hóa có liên quan chặt chẽ đến mật độ năng lượng của nguồn sáng. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng các chất quang hóa khác nhau có các yêu cầu khác nhau về mật độ năng lượng, cần được tối ưu hóa theo các điều kiện cụ thể.
• Ưu điểm của các nguồn sáng LED: Các công thức quang hóa tiên tiến hỗ trợ việc chuyển đổi sang các công nghệ bảo dưỡng ánh sáng LED và có thể nhìn thấy, sắp xếp sản xuất với các mục tiêu môi trường trong khi duy trì hoặc cải thiện chất lượng sản phẩm.

2. Kiểm soát nồng độ và hiệu quả bảo dưỡng

• Xác định nồng độ tối ưu: Nồng độ quang hóa có tác động đáng kể đến tốc độ bảo dưỡng. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng khi nồng độ quang hóa là 7%, cường độ cần thiết cho quá trình quang hóa UV là thấp nhất, nghĩa là tốc độ bảo dưỡng là nhanh nhất. Tuy nhiên, việc tiếp tục tăng nồng độ vượt quá thời điểm này thực sự sẽ làm giảm tốc độ bảo dưỡng.
• Tác động của nồng độ đến độ sâu bảo dưỡng: Nồng độ quang hóa không chỉ ảnh hưởng đến tốc độ bảo dưỡng mà còn cả độ sâu bảo dưỡng. Ví dụ, trong nhựa nha khoa, khi nồng độ CQ tăng lên, tỷ lệ chuyển đổi và tính chất cơ học (như mô đun đàn hồi và độ cứng) tăng, trong khi độ sâu bảo dưỡng giảm.
• Tác động của độ dày vật liệu: Đối với các vật liệu có độ dày khác nhau, nồng độ quang hóa và điều kiện bảo dưỡng cần phải được điều chỉnh. Ví dụ, IRGACURE 819 là một chất quang hóa cực tím đa năng hiệu quả cao, đặc biệt phù hợp để bảo dưỡng các hệ thống phim dày, và đặc biệt phù hợp với các hệ thống trắng và vật liệu gia cố bằng sợi thủy tinh.

3. Các yếu tố môi trường và kiểm soát quá trình

• Hiệu quả ức chế oxy: Trong quá trình quang hóa gốc tự do, oxy là một trong những yếu tố ức chế chính. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng photocation cation có độ co rút thể tích nhỏ, độ bám dính mạnh và không bị ức chế bởi oxy trong quá trình bảo dưỡng. Phản ứng không dễ dàng chấm dứt và nó có khả năng "sau khi xử lý" mạnh mẽ, làm cho nó phù hợp cho việc chụp ảnh các màng dày.
• Tác động nhiệt độ: Nhiệt độ môi trường sẽ ảnh hưởng đến hoạt động và tốc độ bảo dưỡng của quang hóa. Nói chung, việc tăng nhiệt độ sẽ làm tăng tốc độ phản ứng trùng hợp, nhưng nhiệt độ quá cao có thể gây ra biến dạng vật liệu hoặc suy giảm hiệu suất.
• Kiểm soát độ ẩm: Trong một số hệ thống quang hóa, độ ẩm xung quanh có thể ảnh hưởng đến hiệu ứng bảo dưỡng. Ví dụ, các hệ thống quang hóa dựa trên nước nhạy cảm hơn với những thay đổi về độ ẩm xung quanh và độ ẩm của môi trường quá trình cần phải được kiểm soát nghiêm ngặt.

4.3 Hiệu ứng hiệp đồng của cả hai trong quá trình tối ưu hóa

Trong một số quy trình, chất ổn định ánh sáng và chất quang hóa cần được sử dụng hiệp đồng. Tại thời điểm này, sự tương tác của họ là rất quan trọng để tối ưu hóa quá trình:

• Hiệu ứng hiệp đồng trong lớp phủ chống tia cực tím: Trong các lớp phủ được bảo quản bằng UV, các chất quang hóa chịu trách nhiệm bắt đầu phản ứng trùng hợp, trong khi chất ổn định ánh sáng chịu trách nhiệm bảo vệ lớp phủ khỏi sự xuống cấp quang hóa trong quá trình sử dụng. Ví dụ, việc thêm bộ ổn định ánh sáng amin bị cản trở BASF Tinuvin292 vào lớp phủ ô tô có thể làm giảm thêm màu vàng của các hệ thống acrylic dưới ánh sáng mặt trời ngoài trời.
• Trình tự bổ sung hiệp đồng: Trong các hệ thống có cả chất ổn định ánh sáng và chất quang hóa được sử dụng, trình tự bổ sung có thể ảnh hưởng đến hiệu ứng cuối cùng. Nói chung, các chất ổn định ánh sáng nên được thêm vào đầu tiên và phân tán hoàn toàn, và sau đó nên thêm các chất quang hóa.
• Kiểm soát tương tác: Một số chất ổn định ánh sáng có thể tương tác với các chất quang hóa, ảnh hưởng đến hiệu ứng bảo dưỡng. Ví dụ, chất ổn định ánh sáng BASF 292 có thể tương tác với các thành phần sơn (như chất xúc tác axit), cần được đánh giá cẩn thận.

V. Sự khác biệt về chức năng và so sánh lợi thế trong các kịch bản ứng dụng

5.1 So sánh ứng dụng trong lĩnh vực vật liệu xây dựng và xây dựng

Ưu điểm của các chất ổn định ánh sáng trong lĩnh vực tòa nhà:

• Mở rộng tuổi thọ dịch vụ của vật liệu xây dựng: Trong lớp phủ kiến ​​trúc, chất ổn định ánh sáng có thể ngăn không cho lớp phủ duy trì độ bóng dưới ánh sáng mặt trời, tránh nứt và phát hiện, và ngăn chặn sự bùng nổ và bong tróc bề mặt, do đó kéo dài rất nhiều tuổi thọ của lớp phủ.
• Cải thiện độ bền: Được sử dụng cho lớp phủ kiến ​​trúc ngoài trời (như mái nhà), chất kết dính kiến ​​trúc và chất trám để bảo vệ lâu dài.
• Bảo vệ môi trường và bảo tồn năng lượng: Bằng cách kéo dài tuổi thọ của vật liệu xây dựng và giảm tần suất thay thế, tác động môi trường và chi phí của toàn bộ vòng đời xây dựng bị giảm.

Ưu điểm của các chất quang hóa trong lĩnh vực tòa nhà:

• Xây dựng bảo dưỡng nhanh chóng: Trong các ứng dụng như xây dựng chất trám và lớp phủ không thấm nước, các chất quang hóa có thể đạt được khả năng bảo dưỡng nhanh chóng và cải thiện hiệu quả xây dựng.
• Đặc điểm bảo dưỡng nhiệt độ thấp: Một số hệ thống quang hóa có thể chữa khỏi trong môi trường nhiệt độ thấp, mở rộng mùa xây dựng và cửa sổ thời gian.
• Kiểm soát chính xác: Công nghệ photocuring cho phép kiểm soát chính xác, đặc biệt phù hợp để sản xuất các cấu trúc tòa nhà phức tạp và các bộ phận trang trí.

5.2 So sánh ứng dụng trong lĩnh vực ô tô và vận chuyển

Ưu điểm của chất ổn định ánh sáng trong lĩnh vực ô tô:

• Kháng thời tiết tuyệt vời: Nó hoạt động tốt hơn trong các lớp phủ đặc biệt ô tô và có thể ngăn chặn hiệu quả lớp phủ duy trì độ bóng dưới ánh sáng mặt trời, tránh nứt và phát hiện.
• Ngăn chặn màu vàng: Thêm bộ ổn định ánh sáng amin bị cản trở BASF Tinuvin292 có thể làm giảm thêm màu vàng của các hệ thống acrylic dưới ánh sáng mặt trời ngoài trời.
• Bảo vệ vật liệu: Tỷ lệ bổ sung HALS trong vật liệu bội thu polypropylen cho các phương tiện năng lượng mới đã tăng lên 0,5%-0,8%, cao hơn 30%so với phương tiện nhiên liệu truyền thống. Đồng thời, các tiêu chuẩn VOC nghiêm ngặt hơn trong các phương tiện đã thúc đẩy phí bảo hiểm là 15% -20% cho các sản phẩm có trình tạo thấp.

Ưu điểm của các chất quang hóa trong lĩnh vực ô tô:

• Sản xuất hiệu quả: Chữa UV cho phép năng suất cao hơn, sử dụng máy cao hơn và tốc độ sản xuất nhanh hơn, cải thiện năng lực và hiệu quả sản xuất tổng thể.
• Giảm thời gian làm sạch và thiết lập: Hóa chất UV chỉ chữa khỏi khi tiếp xúc với năng lượng UV, loại bỏ nhu cầu làm sạch ngay lập tức và giảm thời gian lao động để thiết lập, đặc biệt có lợi cho ngành in nghệ thuật đồ họa và các ứng dụng khác.
• Cải thiện chất lượng lớp phủ: Công nghệ quang hóa cho phép lớp phủ đồng nhất và mỏng hơn, cải thiện tính thẩm mỹ và khả năng chống ăn mòn của bề mặt ô tô.

5.3 So sánh ứng dụng trong lĩnh vực bao bì và in ấn

Ưu điểm của chất ổn định ánh sáng trong trường bao bì:

• Mở rộng thời hạn sử dụng của sản phẩm: Trong các bộ phim đóng gói thực phẩm, chất ổn định ánh sáng duy trì tính thấm của bộ phim trong khi đảm bảo an toàn, tăng cường sức hấp dẫn của kệ.
• Bảo vệ nội dung: Ngăn ngừa ánh sáng cực tím xâm nhập vào vật liệu đóng gói và bảo vệ nội dung khỏi quá trình quang hóa.
• Cải thiện sức mạnh vật liệu: Thêm chất ổn định ánh sáng vào vật liệu đóng gói polyolefin có thể cải thiện tốc độ lưu giữ của các tính chất cơ học của vật liệu và giảm thiệt hại trong quá trình vận chuyển và lưu trữ.Cải thiện sức mạnh vật liệu: Thêm chất ổn định ánh sáng vào vật liệu đóng gói polyolefin có thể cải thiện tốc độ lưu giữ của các tính chất cơ học của vật liệu và giảm thiệt hại trong quá trình vận chuyển và lưu trữ.

Ưu điểm của các chất quang hóa trong trường in:

• Chữa chữa nhanh: Trong mực UV, các chất quang hóa có thể hấp thụ năng lượng bức xạ cực tím trong quá trình bảo dưỡng mực để tạo thành các gốc hoặc cation tự do, bắt đầu trùng hợp, liên kết chéo và ghép các phản ứng của monome và oligomer. Trong một thời gian rất ngắn, mực được chữa khỏi cấu trúc mạng ba chiều, cải thiện đáng kể hiệu quả in ấn.
• In điểm chính xác cao: Thích hợp cho các quy trình in chính xác cao như uốn cong và in gravure, đảm bảo độ rõ của mô hình và độ bão hòa màu.
• Bảo vệ môi trường: Mực UV không chứa các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC), đáp ứng các yêu cầu bảo vệ môi trường và giảm ô nhiễm không khí.

5.4 So sánh ứng dụng trong trường điện tử và quang điện tử

Ưu điểm của các chất ổn định ánh sáng trong lĩnh vực điện tử:

• Bảo vệ các thành phần điện tử: Trong các tế bào quang điện hữu cơ, các chất ổn định ánh sáng được sử dụng làm các lớp bảo vệ đóng gói để mở rộng hiệu quả phát điện của pin trong môi trường ngoài trời, góp phần phát triển năng lượng xanh.
• Duy trì hiệu suất quang học: Được sử dụng trong các sợi quang, màn hình và các thiết bị khác để ngăn chặn màu vàng và lão hóa của vật liệu và duy trì hiệu suất quang học.
• Điện trở nhiệt độ cao: Trong các vật liệu đóng gói LED công suất cao, các chất ổn định ánh sáng có điện trở nhiệt độ cao cần được chọn để đảm bảo tính ổn định của vật liệu trong hoạt động nhiệt độ cao dài hạn.

Ưu điểm của các chất quang hóa trong trường quang điện tử:

• Sản xuất chính xác: Trong lĩnh vực xử lý vi điện tử, các chất quang hóa được sử dụng trong các quá trình quang khắc để đạt được sự tạo mẫu có độ chính xác cao, đáp ứng các yêu cầu của thu nhỏ và tích hợp cao các thành phần điện tử.
• Sản xuất thiết bị quang học: Được sử dụng trong sản xuất lớp phủ quang, ống dẫn sóng quang và các thiết bị quang học khác để đảm bảo các tính chất quang học và cường độ cơ học của các thiết bị.
• Tạo mẫu nhanh: Trong in 3D của các thành phần điện tử, các chất quang hóa cho phép bảo dưỡng nhanh chóng các vật liệu, đạt được tạo mẫu nhanh và sản xuất tùy chỉnh.

Vi. Xu hướng phát triển trong tương lai

6.1 Xu hướng phát triển của chất ổn định ánh sáng

Thị trường ổn định ánh sáng đang phát triển hướng tới hiệu suất cao hơn, bảo vệ môi trường và chuyên môn hóa:

• Hướng hiệu suất cao: Với sự phát triển của các lĩnh vực công nghệ cao như hàng không vũ trụ, đường sắt tốc độ cao và năng lượng mới, các yêu cầu cao hơn được đưa ra để thực hiện các chất ổn định ánh sáng. Ví dụ, trong các phương tiện năng lượng mới, tỷ lệ bổ sung HALS trong các vật liệu bội thu polypropylen đã tăng lên 0,5%-0,8%, cao hơn 30%so với phương tiện nhiên liệu truyền thống.
• Bảo vệ môi trường và an toàn: Với việc thắt chặt các quy định bảo vệ môi trường, đầu tư R & D vào các sản phẩm HALS không có halogen đã tăng từ 15% vào năm 2024 lên 32% vào năm 2028. Các doanh nghiệp hàng đầu như BASF và Bắc Kinh Tiangang đã xây dựng các dây chuyền sản xuất hoàn toàn với khí thải dung môi bằng không.
• Chuyên môn và tùy chỉnh: Các trường ứng dụng khác nhau có các yêu cầu khác nhau đối với các chất ổn định ánh sáng, thúc đẩy sự phát triển của các sản phẩm hướng tới chuyên môn và tùy chỉnh. Ví dụ, trong lĩnh vực cỏ nhân tạo, các chất ổn định ánh sáng cần được tối ưu hóa đặc biệt theo các kịch bản sử dụng và chu kỳ dịch vụ khác nhau.
• Công nghệ nano-tổng hợp: Việc áp dụng công nghệ Nano-Compozit cho phép các chất ổn định ánh sáng được phân tán đều hơn trong vật liệu, cải thiện tính ổn định và hiệu quả của ổn định ánh sáng. Ví dụ, bộ ổn định ánh sáng amin bị cản trở nano có độ phân tán và tương thích tốt hơn, có thể cung cấp bảo vệ hiệu quả hơn.

6.2 Xu hướng phát triển của các chất quang hóa

Thị trường Photoinitiator đang phát triển hướng tới hiệu quả cao, bảo vệ môi trường và đổi mới:

• Tiêu thụ hiệu quả cao và năng lượng thấp: Với sự phát triển của các nguồn ánh sáng LED, nhu cầu về các chất quang hóa có độ nhạy cao trong phạm vi ánh sáng có thể nhìn thấy đang tăng lên. Ví dụ, bộ quang hóa LAP có bước sóng hấp thụ tối đa tối đa lên tới 380,5nm và dải hấp thụ lên tới 410nm, có thể bị kích thích bởi ánh sáng xanh và phù hợp với các nguồn sáng LED cụ thể.
• Bảo vệ môi trường và an toàn: Phát triển các chất quang hóa thân thiện với môi trường với độc tính thấp, mùi thấp và di chuyển thấp. Ví dụ, các chất quang hóa gốc nước và các chất quang hóa rắn đã trở thành các điểm nóng nghiên cứu.
• Tích hợp đa chức năng: Phát triển các chất quang hóa đa chức năng không chỉ có thể bắt đầu các phản ứng trùng hợp mà còn có các chức năng khác như kháng khuẩn và tự phục hồi. Ví dụ, một số chất quang hóa có thể được kết hợp với các chất kháng khuẩn để chuẩn bị các vật liệu quang hóa kháng khuẩn.
• Mở rộng ứng dụng đặc biệt: Mở rộng các trường ứng dụng của các chất quang hóa, chẳng hạn như in 3D, thiết bị y sinh và quang điện tử. Trong lĩnh vực in 3D, các chất quang hóa đóng vai trò chính trong tốc độ trùng hợp, hiệu suất và sự xuất hiện của các sản phẩm 3D.

6.3 Xu hướng phát triển hợp tác của hai

Trong tương lai, các chất ổn định ánh sáng và chất quang hóa sẽ cho thấy nhiều xu hướng phát triển hợp tác hơn:

• Thiết kế sản phẩm tích hợp: Thiết kế các sản phẩm tích hợp kết hợp các chức năng của chất ổn định ánh sáng và chất quang hóa để đơn giản hóa quy trình sản xuất và cải thiện hiệu suất sản phẩm. Ví dụ, trong một số lớp phủ được bảo quản bằng UV, một chất phụ gia kết hợp các chức năng ổn định và quang hóa ánh sáng có thể được sử dụng để đạt được cả khả năng chữa bệnh nhanh và khả năng chống thời tiết dài hạn.
• Tối ưu hóa hiệu ứng hiệp đồng: Nghiên cứu thêm cơ chế hiệp đồng giữa chất ổn định ánh sáng và chất quang hóa để tối ưu hóa sự kết hợp và tỷ lệ của chúng để đạt được kết quả tốt hơn. Ví dụ, trong chất kết dính UV hiệu suất cao, bằng cách giới thiệu các chất hấp thụ UV và các chất ổn định ánh sáng amin bị cản trở, khả năng kháng thời tiết của chất kết dính UV được cải thiện, trong khi hiệu ứng hiệp đồng của chất chống oxy hóa nguyên phát và thứ cấp chặn đường oxy hóa.
• Phát triển vật liệu mới: Với sự phát triển của các vật liệu mới như vật liệu nano và vật liệu sinh học, phát triển các chất ổn định ánh sáng và chất quang hóa tương ứng để đáp ứng các yêu cầu đặc biệt của vật liệu mới. Ví dụ, trong lĩnh vực vật liệu y sinh, phát triển các chất ổn định ánh sáng tương thích sinh học và các chất quang hóa để đáp ứng các yêu cầu của các thiết bị y tế và kỹ thuật mô.
• Ứng dụng thông minh: Kết hợp các chất ổn định ánh sáng và các chất quang hóa với các công nghệ thông minh như cảm biến và vật liệu đáp ứng để đạt được các ứng dụng thông minh. Ví dụ, phát triển một vật liệu tự phục hồi có thể tự động sửa chữa thiệt hại dưới sự chiếu xạ ánh sáng, có triển vọng ứng dụng rộng rãi trong hàng không vũ trụ, ô tô và các lĩnh vực khác.

Vii. Phần kết luận

Các chất ổn định ánh sáng và chất quang hóa là hai loại phụ gia quan trọng trong lĩnh vực vật liệu polymer, mỗi loại có chức năng và kịch bản ứng dụng độc đáo. Các chất ổn định ánh sáng đóng vai trò chính trong việc bảo vệ vật liệu khỏi sự xuống cấp quang hóa và kéo dài tuổi thọ dịch vụ, trong khi các chất quang hóa rất cần thiết để đạt được việc chữa bệnh nhanh và đúc các vật liệu chính xác cao. Trong phát triển sản phẩm và lựa chọn vật liệu, cần phải chọn chất ổn định ánh sáng và chất quang hóa thích hợp theo các yêu cầu ứng dụng cụ thể và điều kiện môi trường, và tối ưu hóa các tham số kết hợp và xử lý của chúng để đạt được hiệu quả và hiệu quả chi phí tốt nhất.

Với sự phát triển liên tục của khoa học và công nghệ và nhu cầu ngày càng tăng về hiệu suất vật liệu, các chất ổn định ánh sáng và chất quang hóa sẽ tiếp tục phát triển hướng tới hiệu suất cao hơn, bảo vệ môi trường và chuyên môn hóa. Đồng thời, ứng dụng hợp tác và thiết kế sản phẩm tích hợp của họ cũng sẽ mang lại nhiều cơ hội đổi mới và không gian phát triển cho các ngành công nghiệp khác nhau.