光稳定剂添加：延长加氢石油树脂户外使用寿命的配方设计

一、光老化机理

加氢石油树脂（氢化 C₉/C₅石油树脂）虽通过加氢反应饱和了分子中的双键，但其分子链中仍存在以下光敏感结构：

残留不饱和基团：加氢度通常为 90-95%，剩余的不饱和碳碳键在紫外线（UV）照射下易产生活性自由基（如 R・、ROO・）；

苯环侧链基团：芳香族结构在 280-400nm 紫外光区有弱吸收，激发态分子可与氧气反应生成过氧化物；

杂质引发点：生产过程中残留的催化剂（如 AlCl₃）或微量极性基团（羟基、羰基）会加速光氧化链式反应。户外暴露12个月后，树脂的拉伸强度通常下降 30-40%，颜色黄变（ΔE>10）。

二、光稳定剂体系的协同配方设计

（1）主抗光剂：受阻胺光稳定剂（HALS）的选择

分子结构优化：优先选用高分子量 HALS（如癸二酸双 (2,2,6,6 - 四甲基 - 4 - 哌啶) 酯，分子量 > 500 Da），其与树脂的相容性更佳，耐迁移性比低分子 HALS（如 Tinuvin 770）提高 50%；

添加量梯度：根据户外耐候等级设计：

普通户外制品（如路标漆）：0.3-0.5% HALS；

高耐候需求（如光伏封装胶）：0.8-1.2% HALS + 0.2% 辅助稳定剂；

作用机制：HALS 的哌啶环通过捕获自由基（ROO・）、分解氢过氧化物（ROOH）和猝灭单线态氧（¹O₂），中断光氧化链式反应，其光稳定效率是传统紫外线吸收剂（UVAs）的 2-3 倍。

（2）辅助抗光剂：紫外线吸收剂（UVAs）的复配

波段匹配原则：

苯并三唑类（如 UV-328，吸收峰 345nm）：捕获320-380nm中波紫外线；

三嗪类（如 Tinuvin 1577，吸收峰 360nm）：覆盖300-400nm宽波段，与HALS形成 “吸收 - 淬灭”协同；

添加比例：UVAs:HALS = 1:2-1:3，过量 UVAs 会导致树脂相容性下降（析出温度 < 60℃）；

特殊改性：将 UV-328接枝到硅氧烷链上（如 UV-328-Si），可提高其在非极性树脂中的分散性，耐萃取性提升40%。

（3）增效助剂：抗氧化剂与功能性填料

抗氧化剂协同：添加0.1-0.2%硫代酯类抗氧剂（如 DLTP），通过分解氢过氧化物降低 HALS 的消耗速率，实验表明该组合可使 HALS 的有效作用时间延长1.5 倍；

功能性填料：

纳米氧化锌（粒径 20-30 nm，添加量1-2%）：通过表面羟基吸附自由基，同时对UV的散射率达90%以上；

石墨烯氧化物（GO，0.05%）：二维片层结构可阻隔氧气扩散，使树脂的氧透过率降低30%，配合 HALS 使用时，光氧化诱导期从400小时延长至700小时。

三、配方工艺与相容性优化

熔融共混工艺：

将加氢石油树脂（熔点 90-110℃）在双螺杆挤出机（一区温度120℃，二区 140℃）中熔融；

采用失重式喂料器同步添加光稳定剂（HALS 预先与 0.5% 硬脂酸钙造粒，防止团聚）；

螺杆转速控制在300-350rpm，停留时间2-3分钟，避免高温下HALS分解（分解温度 > 250℃）；

分散性改良：添加0.5%乙烯-醋酸乙烯酯（EVA，VA 含量28%）作为相容剂，其极性酯基可与 HALS 的哌啶环形成氢键，使稳定剂在树脂中的分散粒径从 5μm 降至 1μm 以下；

表面处理技术：对纳米氧化锌进行硅烷偶联剂（KH-570）改性，处理后填料与树脂的界面结合能提高60%，避免填料团聚导致的力学性能下降。

四、户外耐候性评估方法与效果

加速老化测试：

氙灯老化箱（ASTM G155，65℃/ 湿度 65%，1.2 kW/m²@340 nm）：

传统配方（0.5% UV-531）：500 小时后 ΔE=8，拉伸强度保留率 65%；

优化配方（1% HALS+0.5% UV-1577+0.1% DLTP）：1000 小时后 ΔE=3.5，强度保留率 85%；

实际户外暴露：在海南万宁（年均 UV 辐射量 5000 MJ/m²）放置18个月：

未添加光稳定剂：表面出现明显裂纹，黄变等级4级（ISO 105-A02）；

优化配方：表面无裂纹，黄变等级 1 级，仍保持良好的柔韧性（断裂伸长率保留率 > 70%）；

寿命预测模型：通过阿伦尼乌斯方程（活化能 Ea=85 kJ/mol）推算，优化配方可使加氢石油树脂在温带地区（年均 UV 辐射 3000 MJ/m²）的户外使用寿命从 3 年延长至 8-10 年。

五、特殊场景下的配方调整

透明制品需求：

替换填料：用 0.3% 纳米二氧化硅（表面羟基改性）替代氧化锌，透光率从90%提升至92%（400nm波长）；

选用无色 HALS：如 Nylostab S-EED（液态，色号 APHA<50），添加1%时对树脂透明度无显著影响；

耐高温环境：

改用受阻酚类抗氧剂（如 IRGANOX 1010，熔点 110℃）与 HALS 复配，在 120℃老化时，过氧化物生成速率降低 40%；

加入 0.2% 蒙脱土（经十八烷基三甲基氯化铵插层），层状结构可延缓氧气和 UV 的渗透，使热氧老化半衰期从 150 小时延长至 240 小时；

成本控制方案：对于低端建材用树脂，可采用 0.3% 复合光稳定剂（HALS:UVAs=1:1，复配0.1%炭黑），虽颜色加深，但耐候成本降低 50%，满足普通户外使用需求（寿命5年以上）。

六、环保与安全合规设计

无卤化要求：避免使用含氯 UVAs（如 UV-9），选用全氟辛酸改性的HALS（如 Hostavin NX 890，氟含量 < 0.1%），符合欧盟 RoHS 2.0 标准；

食品接触级配方：采用 FDA 认证的 HALS（如 Cyasorb UV-3638），添加量≤0.5%，迁移量检测显示：20℃正己烷浸泡24小时，稳定剂析出量 < 0.01 mg/kg；

生物降解性改良：将0.5%聚己内酯（PCL，Mn=10000）与 HALS共混，可在树脂中引入可生物降解链段，户外暴露3年后，微生物降解率从<5%提升至15-20%（ISO 14855 标准）。

本文来源：河南向荣石油化工有限公司 http://www.upresinchem.com/