Fotoiniziatori di assorbitori UV di benzofenone e benzotriazolo
I vari tipi di stabilizzatori della luce hanno diversi meccanismi di stabilizzazione della luce. Il meccanismo protettivo degli assorbitori UV si basa sull'assorbimento delle radiazioni UV dannose e sul rilascio di energia sotto forma di calore senza causare fotosensibilizzazione. L'uva deve avere un'elevata fotostabilità oltre alla sua sufficiente capacità di assorbimento UV. In caso contrario, si consumerà rapidamente nella reazione secondaria non stabile.
Come mostrato a sinistra, l'ovvio difetto dell'assorbitore UV è il requisito che il campione stabilizzato abbia un certo spessore affinché l'assorbitore UV ottenga un'assorbanza sufficientemente elevata ai fini della fotostabilizzazione. Pertanto, gli assorbitori UV, utilizzati da soli in campioni a strato sottile, difficilmente ottengono l'effetto desiderato di stabilizzazione della luce e spesso vengono utilizzati in combinazione con altri tipi di stabilizzatori della luce. In questa sede vengono illustrati i tipi più comuni di assorbitori UV e le loro caratteristiche.
In primo luogo, gli assorbitori UV del tipo 2-idrossibenzofenone.
Come mostrato a sinistra, i derivati del 2-idrossibenzofenone sono una classe di assorbitori di raggi UV piuttosto utilizzati nelle plastiche tradizionali, nei rivestimenti e in altri campi di stabilizzazione della luce dei polimeri hanno applicazioni più mature. Questa classe di UVA è generalmente derivata dal 2,4-diidrossibenzofenone. Talvolta, il composto madre include anche 2,2′,4-triidrossibenzofenone o derivati 2,2′,4,4′-tetraidrossibenzofenone incompletamente eterificati. Indipendentemente dalla struttura del derivato, il gruppo ossidrilico adiacente al gruppo carbonilico deve essere mantenuto per garantire l'efficacia della fotostabilità . Il 2-idrossibenzofenone di per sé ha una lunghezza d'onda massima di assorbimento a 260 nm e non ha colore. Tuttavia, più alto è il grado di sostituzione alcossilica del 2-idrossibenzofenone, più alta può essere la lunghezza d'onda di assorbimento, fino a diventare giallo. Il meccanismo di fotostabilizzazione del 2-idrossibenzofenone UA si basa principalmente sul legame idrogeno tra il gruppo 2-idrossi e l'atomo di ossigeno carbonilico. Il processo d'azione è illustrato nella figura seguente.
Quando la molecola assorbe la luce UV e raggiunge lo stato eccitato, l'atomo di ossigeno carbonilico diventa più basico e prende il posto del protone idrossilico con cui era legato a idrogeno, formando una struttura enolo-chinone. La struttura è instabile e l'energia viene rilasciata sotto forma di calore; la struttura enolo-chinone si riorganizza e ritorna alla struttura originale, completando un ciclo di azione protettiva. Grazie a questo ciclo di assenza di danni, il danno da UV si dissolve e le molecole di UVA possono essere nuovamente riciclate.
Il 2-idrossibenzofenone UVA può causare un blocco della polimerizzazione radicale fotoiniziata a causa del gruppo idrossile fenolico presente nella struttura, che influisce sulla polimerizzazione del rivestimento. Inoltre, la struttura del 2-idrossibenzofenone UVA non è selezionata correttamente o non è ragionevole, può svolgere essa stessa il ruolo di fotosensibilizzatore, non solo non può risolvere i rischi UV, ma può anche aggravare il comportamento di fotoinvecchiamento del sistema polimerico, quindi questo tipo di UVA nel sistema di rivestimento fotopolimerizzante deve essere applicato con cautela.
In secondo luogo, gli assorbitori UV benzotriazolici.
L'assorbitore UV di classe benzotriazolo (BTZ) è un tipo comune di stabilizzatore della luce presente sul mercato, con un'elevata quota di mercato e un'ampia gamma di applicazioni. Il composto madre è il 2-idrossifenilbenzotriazolo e la struttura comune è mostrata nella figura a sinistra.
La sostituzione con il cloro in posizione 5 sull'anello benzenico del 2-idrossifenilbenzotriazolo, così come la sostituzione alchilica in posizione 3′ e 5′, sposta il picco di assorbimento alla massima lunghezza d'onda dello spettro di assorbimento. La struttura elettronica del 2-idrossifenilbenzotriazolo basale è più complessa e può essere vista come il risultato della miscelazione di diverse strutture di risonanza, come segue.
Come mostrato sopra, dopo l'assorbimento di fotoni da parte della molecola di 2-idrossifenilbenzotriazolo, il centro ad alta densità di nubi di elettroni viene trasferito dall'atomo di ossigeno fenolico all'atomo di azoto e la basicità del centro dell'atomo di azoto viene potenziata per prendere il protone dal gruppo idrossile fenolico. La fotoisomerizzazione avviene all'incirca come mostrato a sinistra e il principio d'azione è molto simile a quello del 2-idrossibenzofenone.
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