什么是紫外吸收剂?
更大的概念可以称为“紫外线吸收剂/光稳定剂/光稳定添加剂(Ultraviolet Absorber/photostabilizer / light stabilizer)”,IUPAC在聚合物术语中将其定义为:加入材料中,用于保护聚合物免受光降解(photodegradation)的添加剂。工业语境里常把其中针对UV老化的体系统称为 UV stabilizers。
紫外吸收剂(UV absorber;行业里也常写 UVA = Ultraviolet Absorber,注意这里的 UVA指“吸收剂”,不要与 UV-A 波段混淆)是紫外线稳定剂的一大类:其核心机理是吸收入射UV光子并将能量主要通过非辐射过程耗散(转成热等),从源头降低基材进入激发态后触发自由基/光氧化链反应的概率。
概念边界与家族划分:家族分工 + UV 波段定义
1. Ultraviolet Absorber(吸收型):靠“吸收 + 耗散”实现UV屏蔽(部分体系可用ESIPT等过程解释其高效非辐射耗散)。
2. HALS(Hindered Amine Light Stabilizers,受阻胺光稳定剂):主要通过捕获/循环清除自由基、抑制光氧化链反应来延缓老化,本身不一定依赖UV吸收光谱;常与Ultraviolet Absorber组合获得协同效果。
3. Quenchers(猝灭剂/淬灭剂,如部分镍类体系):通过猝灭激发态/能量转移等方式降低光致反应几率。
4. 无机氧化物屏蔽剂(如 TiO₂= titanium dioxide 二氧化钛;ZnO = zinc oxide 氧化锌):既可能“吸收”,也可能“散射/反射”,效果与粒径、带隙、晶型与表面处理有关;在某些情况下还需注意其潜在光化学活性带来的副作用。
注:TiO₂(尤其某些条件下)具有光催化活性,实际配方(防晒/涂料/塑料)常通过晶型选择(常见偏金红石)+表面包覆来降低ROS/光催化带来的副反应风险。
5.UV 波段理解(CIE = Commission Internationale de l’Éclairage,国际照明委员会):常用划分为UV-A:315–400 nm;UV-B:280–315 nm;UV-C:100–280 nm。
重要提示:Ultraviolet Absorber属于“吸收耗散紫外光线”的光稳定体系;HALS/猝灭剂/无机屏蔽属于不同机制的光稳定体系,经常组合使用。
紫外线吸收剂:常见特点一览
特点(工程指标) | 使用的重要性 | 哪些体系敏感 |
覆盖目标波段、吸收强(UV-A 315–400 nm;必要时覆盖 UV-B 280–315 nm) | 决定“挡得住多少 UV”,直接影响耐候基线 | 户外塑料、透明清漆、薄膜 |
可见区 >400 nm 尽量干净(低尾吸) | 避免发黄/变色;对透明体系是硬门槛 | 透明清漆、透明塑料、透明胶黏剂 |
高光稳定性(photostability):耐照后仍有效 | 否则“越晒越没用”,还可能生成黄变副产物 | 长期户外、强 UV 地区、高海拔 |
耐热、低挥发(加工稳定) | 挤出/注塑/烘烤时不丢失有效含量;降低设备污染(plate-out) | 挤出/注塑塑料;烘烤固化涂料 |
低迁移/低渗出/低抽提(相容性好) | 不析出、不起雾度、不掉性能(长期保持) | 软 PVC、橡胶、密封胶、薄膜、含增塑剂体系 |
不“反向伤害配方”(体系兼容) | 不干扰固化、粘接、颜料分散、力学;否则“加了反而更差” | UV 固化体系、胶黏剂、色漆 |
与 HALS 协同(HALS=受阻胺光稳定剂,自由基链抑制型) | UV absorber 负责“挡光降输入”;HALS 负责“截获自由基、抑制光氧化链反应”;组合通常更耐久 | 户外涂料、户外塑料(高耐候要求) |
用量/膜厚敏感(涂料体系) | 屏蔽效果与“浓度×膜厚”相关;薄膜可能需要更高 ε 或更高用量 | 透明清漆、薄涂层、薄膜 |
如何验证“紫外线吸收剂性能/有效领域”
证据层级 | 目的 | 推荐怎么测试 | 需要记录的“数据” | 合格信号/常见误区 |
1. 光谱屏蔽能力 | 在目标 UV 波段到底挡不挡得住? | UV-Vis:溶液 + 薄膜/制件(优先) | ① 覆盖范围(UV-A/UV-B 是否有空窗)② 透过率 T(%):如 T@340 nm / T@360 nm(薄膜/制件)③ λmax 与 A(吸光度) 或 ε(溶液)④ >400 nm 可见区吸收/透过率 | 合格信号:目标波段 T 低(挡得住),可见区 T 高(不黄不暗)。常见误区:只看溶液 ε 不看“真实厚度薄膜/制件”的 T;忽略膜厚/分散导致“纸面很好,实际不挡”。 |
2. 光稳定性(耐照) | 会不会自己先被晒坏,导致后期失效/黄变? | 照射前后对比:UV-Vis / 颜色;必要时 HPLC/GC-MS 查降解物 | ① 照前/照后 T@340/360 或 A@λmax 的变化(保持率%)② λmax 是否漂移③ 可见区尾吸是否上升④ 颜色变化(ΔE* / 黄变指数 YI) | 合格信号:照后吸收能力保持(衰减小),无明显漂移/尾吸增长,ΔE/YI 增量小。常见误区:初始吸收强但很快光漂白;降解副产物导致黄变/异味。 |
3. 热稳定/挥发(加工端) | 加工/烘烤时会不会挥发掉或热分解? | TGA/等温失重;模拟加工或烘烤前后对比 | ① TGA:T5%/T10%(或指定温度失重%)② 等温条件(如加工温度×时间)的失重%③ 加工前后含量或性能保持(可用光谱/配方含量对比)④ 设备污染/沉积(plate-out 观察记录) | 合格信号:加工窗口内失重低、性能保持高、无明显 plate-out。常见误区:只做室温测试;忽略加工温度导致“做出来就跑掉”。 |
4. 迁移/渗出/抽提(服役端) | 用着用着会不会跑到表面(析出/发雾)或被溶剂/水抽走? | 萃取/浸泡(溶剂、水、油脂环境按场景选);表面析出观察(blooming);雾度/外观跟踪 | ① 萃取前后含量差/失重%② 表面析出评级(有/无、轻/重)③ 雾度变化(ΔHaze)④ 外观/黏附变化 | 合格信号:萃取损失小、无析出、雾度不明显上升。常见误区:只看短期;没选对介质(实际场景是油脂/增塑剂/清洗溶剂却只用水)。 |
5. 配方内协同(体系真实表现) | 真实配方里有没有协同,让耐候更“稳”? | 对照配方:仅 UV absorber vs UV absorber + HALS(受阻胺光稳定剂)等;同条件老化对比 | ① 同一老化条件下:ΔYI/ΔE、光泽保持率%、雾度、开裂/粉化评级② 力学保持率%(拉伸/冲击,按产品场景选) | 合格信号:组合方案在关键指标上明显更稳(保持率更高)。常见误区:只换 UV absorber 不管 HALS/抗氧化体系,链式光氧化没被抑制。 |
6. 加速耐候(工程判定) | 最终“好不好”必须落到耐候/性能保持 | ASTM G154(荧光 UV)/ ASTM G155(氙灯)等;注意写清循环条件 | ① 规定周期后的:ΔYI/ΔE、光泽保持%、雾度、粉化/龟裂评级② 力学保持%③ 失效时间/阈值(如光泽下降到 X%) | 合格信号:达到目标周期仍保持在阈值内(如光泽>某值、无开裂)。常见误区:不报告循环/辐照/温湿度条件导致不可比;只看外观不看力学。 |
7.(如涉及防晒)法规/标签指标 | 面向皮肤产品的标准化结论(可用于合规与标识) | ISO 24444(SPF,in vivo);ISO 24443(UVA,in vitro);ISO 24442(UVA,in vivo);耐水:ISO 16217 + ISO 18861 | ① SPF ② UVA-PF(体外或体内)③ 关键波长/广谱判据(若采用)④ 耐水:浸泡前后 SPF 保留%(按相应标准) | 合格信号:达到法规/产品宣称所需阈值。常见误区:把 ISO 24442 当耐水;耐水需 16217/18861;不同地区法规要求不同却套用同一套结论。 |
符号注释
1. T(%):透过率(Transmittance)。数值越低表示越“挡光”(该波长更不透光)。
2. A(Absorbance):吸光度(常见为 log 量纲)。A 越大表示吸收越强。
3. λmax:最大吸收峰对应的波长。
4. ε(molar absorptivity):摩尔消光系数/摩尔吸光系数(衡量分子本征吸收能力,常见单位 L·mol⁻¹·cm⁻¹)。
5. ΔE*:色差变化(CIE L*a*b* 色空间的综合色差;ΔE* 越大,颜色变化越明显)。
6. YI:黄变指数(Yellowness Index,表征“发黄程度”的指标)。
7. ΔYI:黄变指数的变化量(老化后 YI − 老化前 YI;越大表示越黄)。
8. 光泽保持率(%):老化后光泽 / 老化前光泽 × 100%。
9. 保持率(%)(通用写法):老化后某指标 / 老化前该指标 × 100%(越高越好,取决于指标定义)。
紫外线吸收剂分类/应用表
场景 | 机理/形态 | 常见家族/子类 | 主要覆盖(经验) | 优势/特性 | 典型痛点/注意 | 典型应用 |
防晒 | 无机屏蔽(粉体) | TiO₂ / ZnO | UVA+UVB(宽谱) | 宽谱、耐光;可做“底盘防护” | 分散/透明度/白泛与肤感;颗粒与包覆/配方影响大 | 防晒霜/乳/喷雾 |
防晒 | 有机吸收(分子) | UVB:水杨酸酯、肉桂酸酯、三嗪UVB、氰基丙烯酸酯 | UVB为主(部分兼UVA2) | 提升SPF效率高、配方透明 | 光稳定/相容性;需与UVA或广谱拼图 | 防晒配方提升SPF |
防晒 | 有机吸收(分子) | UVA:1,3-二酮类;苯甲酰基苯甲酸酯;樟脑磺酸类 | UVA(部分偏UVA1) | 补足UVA段、做PA/UVA-PF主力 | 光稳定与复配逻辑更关键(单用往往不够) | 防晒配方提升UVA-PF |
防晒 | 有机吸收(分子) | 广谱:部分三嗪类(UVA+UVB) | UVA+UVB | 一剂“补缺口+提稳定” | 原料溶解/分散与法规合规需注意 | 广谱防晒核心组分 |
塑料/涂料/胶黏剂 | 有机吸收(分子) | 苯并三唑类(BTZ)“benzotriazole/苯并三唑”) | UVA为主 | 工业耐候主力、适用面广、常与HALS协同 | 迁移/挥发/耐抽出随结构差异大;形态(液体/水性相容)影响落地 | 透明件、清漆、塑料户外件 |
工业耐候 | 有机吸收(分子) | 羟基苯基三嗪(HPT)(“triazine/三嗪+羟基苯基”) | UVA强 | 耐热、低挥发、长期耐候表现强 | 成本/相容性窗口要匹配树脂 | 高温加工工程塑料、粉末涂料、高耐候性清漆 |
工业耐候 | 有机吸收(分子) | 二苯甲酮类(BP) | UVB/ 短波UVA | 成本与通用性好,老牌路线 | 迁移/黄变/体系副反应需评估 | PVC、橡塑、胶黏剂、部分涂料 |
工业耐候 | 有机吸收(分子) | UV312/VSU(草酰胺/氧苯酰胺类)、苯并恶嗪酮“其它家族” | 大多UVA | 在某些树脂窗口更合适(耐金属离子干扰/耐热等) | 需要用实际体系验证相容与耐久 | 工程塑料/涂料补充方案 |
工业耐候 | 高分子型/低迁移 | 多官能/高分子量吸收剂 | UVA为主 | 极低迁移、耐抽出,适合长期户外 | 成膜/相容性与成本需平衡 | 户外耐候塑料、薄膜、密封胶 |
工业耐候 | 配方助剂(非吸收剂本体) | 溶剂/载体(PMA) | — | 帮助溶解/分散UV吸收剂、调黏度成膜 | 不是吸收剂,避免误选 | 涂料/油墨/胶黏剂配方 |
选型决策
1. 用于皮肤/防晒?→ 看表1:先补缺的波段(SPF不足选UVB;PA不足选UVA;想省心选广谱+必要时TiO₂/ZnO)。
2. 用于工业材料(塑料/涂料/胶黏剂)?→ 先判断工艺温度:高温挤出/注塑/粉末烘烤→ 先看表3(耐热/低挥发路线),再用表2(BTZ主力)补齐。
3. 用于涂料/清漆(溶剂型/汽车/工业)且追求户外耐候→ 表2(BTZ主力)优先,想更耐久再叠加表3(HPT/其它补强)。
4. 用于透明制品/薄膜、更低迁移/抽出/气味→ 表2优先选低迁移/高分子量/液体型BTZ,并用表3的高分子型/补充家族加固。
5. 用于水性体系(涂料/油墨/胶黏剂)相容性难→ 优先选表2/表3里“可用水性/亲水改性”路线;必要时表3的PMA只作溶解/携带工具。
6. 还拿不准?→ 定位:用于哪里(防晒→表1;工业→表2/3)+ 最怕什么(波段空窗/耐热/迁移),再回到对应行选。
表1|防晒/个人护理 UV 滤光剂与无机物理屏蔽剂(UVA/UVB/广谱)
分类 | Cas编号 | 名称 | 规格或纯度 | 产品应用(紫外吸收相关) |
无机 UV 屏蔽剂(物理防晒/颜料) | 13463-67-7 | 二氧化钛(IV) | ≥99%(HPLC) | UVA+UVB 宽谱屏蔽(吸收+散射);用于防晒、户外涂层/塑料耐候、UV遮蔽与耐黄变提升 |
无机 UV 屏蔽剂(物理防晒/颜料) | 1314-13-2 | 氧化锌 | 欧洲药典(Ph.Eur) | UVA+UVB 宽谱屏蔽;用于防晒与涂层、橡塑耐候与抗粉化 |
樟脑磺酸类 UVA 滤光剂(防晒) | 92761-26-7 | 依莰舒 | ≥99%(HPLC) | UVA滤光剂;用于防晒配方提升 UVA 防护与光稳定性 |
1,3-二酮类 UVA 滤光剂(防晒) | 70356-09-1 | 1-(4-叔丁基苯基)-3-(4-甲氧基苯基)-1,3-丙二酮 | ≥99%(HPLC) | UVA(尤其 UVA1,340–400 nm)主力滤光剂;防晒配方构建高 UVA-PF |
水杨酸酯类 UVB 滤光剂(防晒) | 118-56-9 | 3,3,5-三甲基环己基水杨酸酯 (顺反混合物) | ≥99%(HPLC) | UVB吸收;用于提高 SPF,常与 UVA/广谱滤光剂复配 |
三嗪类 UVB 滤光剂(防晒,超强UVB) | 88122-99-0 | 乙基己基三氮唑 | ≥99%(HPLC) | UVB强吸收且光稳定;用于显著提升 SPF |
苯甲酰基苯甲酸酯类 UVA 滤光剂(防晒) | 302776-68-7 | 二乙氨基羟苯甲酰基苯甲酸己酯 | ≥99%(HPLC) | UVA(尤其 UVA1)吸收且光稳定;用于提升 PA/UVA-PF |
三嗪类广谱滤光剂(防晒/高光稳定) | 187393-00-6 | 双乙基己氧基苯酚甲氧基苯三嗪 | ≥99%(HPLC) | UVA+UVB 广谱且光稳定;防晒“广谱+光稳定”核心组分 |
氰基丙烯酸酯类 UVB/UVA2 滤光剂(防晒) | 6197-30-4 | 2-氰基-3,3-二苯基丙烯酸-2-乙基己酯 | ≥99%(HPLC) | UVB+UVA2 吸收;防晒中常用于提升 SPF,并帮助体系光稳定 |
肉桂酸酯类 UVB 滤光剂(防晒) | 5466-77-3 | 4-甲氧基肉桂酸-2-乙基己酯 | ≥99%(HPLC) | UVB 吸收;用于提高 SPF、改善肤感与配方协同 |
表2|工工业耐候 UV 吸收剂主力家族:苯并三唑类(BTZ)及其常用变体
分类 | Cas编号 | 名称 | 规格或纯度 | 产品应用(紫外吸收相关) |
苯并三唑类 UV 吸收剂(BTZ,工业耐候) | 2440-22-4 | 2-(2-羟基-5-甲基苯基)苯并三唑 | ≥99%(HPLC) | BTZ-UVA 吸收;塑料/涂料/油墨/胶黏剂,抑制黄变、开裂与性能衰减 |
苯并三唑类 UV 吸收剂(BTZ,工业耐候) | 3147-75-9 | 2-(2'-羟基-5'-叔辛基苯基)苯并三唑 | ≥99%(HPLC) | BTZ-UVA 吸收;塑料/涂料耐候、保光泽,降低户外老化 |
苯并三唑类 UV 吸收剂(BTZ,工业耐候) | 70321-86-7 | 2-(2H-苯并三唑-2-基)-4,6-二(1-甲基-1-苯乙基)苯酚 | ≥99%(HPLC) | 高分子量 BTZ-UVA 吸收;工程塑料/涂料耐候,适合高温加工、低迁移需求 |
苯并三唑类 UV 吸收剂(BTZ,工业耐候) | 3864-99-1 | 2-(3,5-二叔丁基-2-羟苯基)-5-氯苯并三唑 | ≥99%(HPLC) | 含氯 BTZ-UVA 吸收;塑料/涂料户外耐候、抗黄变与抗裂 |
苯并三唑类 UV 吸收剂(BTZ,工业耐候) | 3896-11-5 | 2-(5-氯-2-苯三唑基)-6-叔丁基对甲酚 | ≥99%(HPLC) | 含氯 BTZ-UVA 吸收;塑料/涂料耐候与保色 |
苯并三唑类 UV 吸收剂(BTZ,工业耐候) | 103597-45-1 | 2,2'-亚甲基双[6-(苯并三唑-2-基)-4-叔辛基苯酚] | ≥99%(HPLC) | 高分子量 BTZ-UVA 吸收;透明工程塑料/薄膜/涂料中用于低迁移耐候 |
苯并三唑类 UV 吸收剂(BTZ,工业耐候) | 73936-91-1 | 2-(2H-苯并[d][1,2,3]三唑-2-基)-6-(2-苯基丙-2-基)-4-(2,4,4-三甲基戊-2-基)苯酚 | ≥99%(HPLC) | BTZ-UVA 吸收(UV-928 );适合高温加工体系,低挥发、耐抽出 |
苯并三唑类 UV 吸收剂(BTZ,工业耐候) | 25973-55-1 | 2-(3,5-二叔戊基-2-羟苯基)苯并三唑 | ≥99%(HPLC) | BTZ-UVA 吸收(UV-328 );塑料/涂料耐候,抗黄变与抗粉化 |
苯并三唑类 UV 吸收剂(BTZ,工业耐候) | 36437-37-3 | 2-(2H-苯并[d][1,2,3]三唑-2-基)-6-(仲丁基)-4-(叔丁基)苯酚 | ≥99%(HPLC) | BTZ-UVA 吸收(UV-350 );塑料/涂料耐候,兼顾低挥发与加工稳定 |
苯并三唑类 UV 吸收剂(BTZ,涂料用液体) | 125304-04-3 | 2-(2H-苯并三唑-2-基)-6-十二烷基-4-甲基苯酚 | ≥95%(HPLC) | BTZ-UVA 吸收(UV-571 );溶剂型涂料/工业涂层便于加入、提升耐候 |
苯并三唑类 UV 吸收剂(可水性/水性体系) | 104810-48-2 | 3-[3-(2-H-苯并三唑-2-基)-4-羟基-5-叔丁基苯基]-丙酸-聚乙二醇 300 酯 | ≥98%(HPLC) | 亲水/可用水性 BTZ-UVA 吸收;水性涂料/油墨/胶黏剂耐候与保光泽 |
苯并三唑类 UV 吸收剂(液体/反应物混合物) | 104810-47-1 | 紫外线吸收剂1130 | ≥98%(HPLC) | 涂料用液体 BTZ-UVA 吸收(UV-1130);工业/汽车涂料、油墨、胶黏剂耐候,常与HALS协同 |
表3|工业耐候补充家族与配方助剂合并表:HPT/其它家族 + 溶剂(PMA)
分类 | Cas编号 | 阿拉丁货号 | 名称 | 规格或纯度 | 产品应用(紫外吸收相关) |
羟基苯基三嗪类 UV 吸收剂(HPT/三嗪,耐热低挥发) | 147315-50-2 | D302922 | 2-(46-二苯基-135-三嗪-2-基)-5-己基氧基-苯酚 | ≥99%(HPLC) | 高性能 UVA 吸收、低挥发耐热;工程塑料/粉末涂料等高温加工耐候体系 |
羟基苯基三嗪类 UV 吸收剂(HPT,涂料用高耐候) | 153519-44-9 | U302981 | 紫外线吸收剂UV400 | ≥85%(HPLC) | HPT 类高性能 UVA;高耐候涂料/工业涂层中改善保光泽、抗黄变 |
二苯甲酮类 UV 吸收剂(BP) | 1843-05-6 | H109120 | 2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮 | ≥99%(HPLC) | UVB/短波UVA 吸收;PVC/橡塑/涂料/胶黏剂抗黄变、抗脆裂(常与 HALS 配套) |
苯并恶嗪酮类 UV 吸收剂(Benzoxazinone) | 18600-59-4 | P305262 | 2,2'-(1,4-亚苯基)双(4H-3,1-苯并恶嗪-4-酮) | ≥98%(HPLC) | 强效能 UVA 吸收;工程塑料高温加工耐候,减少黄变与力学衰退 |
草酰胺/氧苯酰胺类 UV 吸收剂(Oxanilide/Oxamide) | 23949-66-8 | U695044 | 紫外线吸收剂UV312 | ≥98%(HPLC) | 工业 UVA 吸收;塑料/涂料耐候,抑制黄变与长期耐候 |
氰基丙烯酸酯类(低迁移/高分子型,工业耐候) | 178671-58-4 | B305215 | 季戊四醇四(2-氰基-3,3-二苯丙烯酸酯) | ≥99%(HPLC) | 低迁移/低挥发的高分子型 UVA;工程塑料/户外制品耐候(高温加工、耐抽出) |