Lysstabilisatorer

UV-absorberende påført huden i synlig og UV-lys.

Lette beskyttelsesmidler er stoffer som beskytter organismer eller tekniske produkter fra de skadelige effektene av lys, spesielt UV-stråling . Den beskyttende effekten er skapt av absorpsjon , refleksjon eller spredning av UV-stråling, noe som betyr at mindre stråling trenger inn i kroppen som skal beskyttes. For mennesker er solkremen , som beskytter mot hudkreft gjennom bruk , spesielt relevant . Når det gjelder tekniske produkter, bør polymerer og lakk nevnes her, som er blandet med lysstabilisatorer, hovedsakelig som tilsetningsstoffer.

UV-absorberer (UV-filter)

UV-absorbere (synonymt med "UV-filtre") finnes i kosmetikk - for eksempel solkremer - for å beskytte huden eller i gjenstander for å beskytte materialene. Konsentrasjonen av filterstoffer har direkte innflytelse på solbeskyttelsesfaktoren . Denne effekten overholder prinsippet om lysabsorpsjon ( Lambert-Beer-loven ). Mengden absorbert UV-stråling er en funksjon av tykkelsen på kroppen som er bestrålt (laget som påføres) og konsentrasjonen av UV-absorberen. Den frigjøres igjen som termisk energi.

UV-absorbere godkjent i Europa er oppført i den tyske kosmetikkforordningen . Siden de enkelte stoffene vanligvis ikke gir beskyttelse over hele UV-spekteret, blir vanligvis flere stoffer kombinert, ettersom effekten av forskjellige UV-absorbenter utfyller hverandre. UV-absorberen fungerer som belegg og absorberes delvis i det kåte laget av huden.

Effekten av UV-absorberen er basert på Stokes-skiftet når det gjelder absorbert UV-stråling ; når det gjelder organiske UV-absorbenter, oppstår Stokes-skiftet på grunn av konjugerte dobbeltbindinger . Det skilles mellom UVA-, UVB- og bredbåndsfiltre (UVA / UVB-absorbere) i henhold til deres absorpsjonsspektrum . Organiske UV-absorbere er ofte derivater av kamfer , salisylsyre (f.eks. Homosalat ) eller kanelsyre . Uorganiske UV-absorbere er f.eks. B. findelte partikler av titandioksid og sinkoksid . Siden disse UV-absorberne muliggjør ordrekontroll via synligheten, brukes de ofte i barneprodukter. Et alternativ til UV-absorbere er tekstilbelegg som klær og opphold i skyggen , f.eks. B. under en parasoll .

I tillegg brukes UV-absorbere som benzotriazoler også generelt for materialbeskyttelse .

Aktivt prinsipp av et benzotriazol.

I maling kan titandioksid i nanoskala brukes som en uorganisk UV-absorberer. I motsetning til det grovere titandioksidet som brukes som pigment , er veldig fine typer gjennomsiktige og forårsaker derfor ingen uklarhet i malingen. I motsetning til dette er spesielt ubehandlede titandioksidpigmenter hovedkomponenten i kritningssyklusen og dermed en hovedårsak til skaden forårsaket av kritting . Jernoksidpigmenter fungerer derimot bare som UV-absorbere, men kan ikke brukes i alle applikasjoner på grunn av deres iboende farge .

I matemballasje kan sinkoksid- nanopartikler være UV-absorberende stoffer under bruk. Hvis sinkoksid-nanopartikler overføres til disse matvarene, kan forbruk føre til endringer i tarmene og redusert næringsopptak .

Typer UV-absorbere

Organiske UV-absorbere:

  • Generell struktur av 2- (2-hydroksyfenyl) -2 H -benzotriazoles

  • Generell struktur av (2-hydroksyfenyl) - s- triaziner

  • Generell struktur av hydroksybenzofenoner

  • Generell struktur av oksalanilider

Uorganiske UV-absorbere:

kritikk

Noen vanlige stoffer som f.eks. B. benzophenone-4 , 3-benzylidenamphor (3-BC), 4-methylbenzylidenecamphor , men har også en hormonlignende ( østrogen , dvs. feminiserende) effekt, og det er derfor de betraktes som miljøkjemikalier og regnes blant de hormonforstyrrende stoffene . Hos fisk (f.eks. Hos hanner av Pimephales promelas ) forårsaker en konsentrasjon på 73 µg / L 3-BC dannelsen av eggeplommeproteinet vitellogenin (VTG). I økotoksikologi er VTG en pålitelig biomarkør for feminisering.

Sinkoksid UV-absorbere er basert på nanopartikler av mikrofint sinkoksid . Mens slike UV-absorbere ikke er godkjent i Sveits, har det tyske føderale instituttet for risikovurdering (BfR) ennå ikke hatt noen helseproblemer hvis solkrem inneholder maksimalt 25% mikrofint sinkoksid. Imidlertid bemerker BfR at disse partiklene kan trenge gjennom huden i små mengder. Sink, som kommer fra sinkoksidpartikler, har blitt funnet i små mengder i blod og urin.

I USA kritiserte man at befolkningen i tilgang til godkjente i Europa UV-absorbere som amiloksat , Bemotrizinol , Iscotrizinol eller octyl vil nektes slik at den økende hastigheten på hudkreft bare kan bekjempes utilstrekkelig.

Radikale scavengers

Radikale scavengers brukes ikke til å absorbere UV-stråling, men reduserer heller skaden forårsaket av UV-stråling. Dette er jeg. d. Vanligvis om radikaler , som oppstår når kjemiske bindinger brytes ned av UV-stråling. Den største gruppen av radikale rensemidler er de såkalte hindrede aminlysstabilisatorene (HALS).

Hindrede Amine lysstabilisatorer

HALSgeneric.png
Delstruktur av en typisk NECK
LMW-HA (L) S-1 100.svg
Eksempel på en kommersiell HALS


Hindered Amine Light Stabilizers (HALS, oversatt som: hindret amin lysstabilisatorer ) er kjemiske forbindelser , aminene som en funksjonell gruppe inneholdt, og som UV-stabilisatorer i polymerer (plast) og maling eller belegg kan brukes. Disse forbindelsene er typisk derivater av tetrametylpiperidin og brukes hovedsakelig for å beskytte polymerene mot virkningene av fotooksidering , i motsetning til andre former for polymernedbrytning som ozonolyse .

HALS brukes også i økende grad som termiske stabilisatorer, spesielt for lave og moderate mengder varme, men forblir mindre effektive enn konvensjonelle fenoliske antioksidanter under høy temperaturbehandling av polymerer (f.eks. Sprøytestøping ) .

I tillegg til å bli brukt innen sprøytestøping av polymerer, brukes HALS også i maling og andre belegningsmaterialer. Her brukes de fremfor alt for å gi malingen tilstrekkelig værbestandighet (spesielt mot solstråling).

Handlingsmekanisme for HALS

HALS absorberer ikke UV-stråling , men hindrer snarere nedbrytningen av polymeren ved kontinuerlig og syklisk fjerning av radikaler som dannes ved fotooksidering av polymeren. Den samlede prosessen blir noen ganger referert til som Denisov-syklusen, ifølge Yevgeny Timofejewitsch Denisov, og er ekstremt kompleks. Ofte reagerer HALS med utgangspolymerperoksyradikaler (ROO •) og alkylpolymerradikaler (R •) dannet ved omsetning av polymer og oksygen, som forhindrer ytterligere radikaloksidasjon. Disse reaksjonene oksyderer HALS til deres tilsvarende aminoxylradikal (R 2 NO • jf. TEMPO ), men de kan gå tilbake til sin opprinnelige aminform gjennom en rekke ytterligere radikale reaksjoner. Den høye effektiviteten og levetiden til HALS er basert på denne sykliske prosessen der HALS regenereres under stabiliseringsprosessen og ikke blir brukt opp.

Innledende reaksjon av en HALS med en polymerperoksyradikal: dette trinnet stabiliserer polymeren og omdanner HALS til sin aminoxylform.

Ved å bruke et hindret amin som ikke har alfa-hydrogenatomer, forhindres at HALS omdannes til et nitron . Dannelsen av nitronet kan enten dimeriseres eller med hvilke som helst alkengrupper i polymeren ( nitroner-olefin (3 + 2) cycloaddition ) som skjer inaktiveres hvorved HALS.

Selv om HALS er ekstremt effektive i polyolefiner , polyetylener og polyuretaner , er de ineffektive i polyvinylklorid (PVC). Det antas at dets evne til å danne nitroksylradikaler svekkes av det faktum at det lett protoneres av HC1 som frigjøres ved dehydrohalogenering av PVC.

Eksempler på HALS

applikasjoner

Når du bruker lysstabilisatorer, trenger plast (spesielt elastomerer som gummi ), tekstiler og maling beskyttelse. En kombinasjon av UV-absorbere og radikale rensemidler brukes ofte. Bruk av UV-absorbere er nødvendig for å beskytte laget eller den underliggende komponenten eller menneskets hud mot UV-stråling. Imidlertid, siden det er i et tynt lag på overflaten, f.eks. B. en lakk, har UV-strålingen ennå ikke blitt absorbert tilstrekkelig, bruk av radikale rensemidler er også nødvendig her.

Plast

Plast er ved innvirkning av lys fotolyse en fotooksydasjon utsettes for. Dette skaper forskjellige radikaler som angriper materialet. Dette bryter polymerens hovedkjeder og inkorporerer forskjellige polare forbindelser som peroksider . Konsekvensene av denne nedbrytningen er tap av farge, sprekker og generelt negative effekter på de fysiske mekaniske egenskapene.

Lakk

UV-absorbere og radikale rensemidler brukes i maling for å forbedre værbestandighet . Spesielt i klare strøk er det viktig at UV-stabilisatorene som brukes er fargeløse og ikke er underlagt noen endringer i farge. På grunn av tendensen til å migrere , er baselakken også utstyrt med UV-stabilisatorer i to-lags systemer, selv om dette allerede er beskyttet mot ultrafiolett stråling av en stabilisert toppstrøk . For metallbelegg på biler kan holdbarheten til farge, glans og sprekkmotstand garanteres i perioder på mer enn 10 år med dyktig bruk av HALS og UV-absorberere.

Beskyttelse av menneskelig hud

Solkremene som brukes til å beskytte menneskets hud kalles for det meste solkremer . De er designet for å forhindre skadelige effekter av solstråler eller kunstig UV-stråling på huden.

Se også

weblenker

Commons : Sunscreening agents  - samling av bilder, videoer og lydfiler

Videre lesning

Individuelle bevis

  1. ^ U. Leiter, C. Garbe: Epidemiologi av melanom og ikke-melanom hudkreft - rollen som sollys. I: Fremskritt innen eksperimentell medisin og biologi . Volum 624, 2008, s. 89-103; doi : 10.1007 / 978-0-387-77574-6_8 . PMID 18348450 .
  2. ↑ GJ Nohynek, H. Schaefer: Nytte og risiko av organiske ultrafiolette filtre. I: Regulatory Toxicology and Pharmacology . Volum 33, nummer 3, juni 2001, s. 285-299; doi: 10.1006 / rtph.2001.1476 . PMID 11407932 .
  3. ↑ NA Quatrano, JG Dinulos: gjeldende prinsipper solkrem bruk hos barn. I: Current Opinion in Pediatrics . Volum 25, nummer 1, februar 2013, s. 122-129; doi: 10.1097 / MOP.0b013e32835c2b57 . PMID 23295720 .
  4. ↑ L. Scherschun, HW Lim: fotobeskyttelse av solkremer. I: American Journal of Clinical Dermatology . Volum 2, nummer 3, 2001, s. 131-134, ISSN  1175-0561 . PMID 11705089 .
  5. ↑ Ultrafiolette absorbenter ( Memento fra 2. mai 2009 i Internet Archive ).
  6. ↑ T. Werner: Triplett-deaktivering i ultrafiolette stabilisatorer av benzotriazol-typen . I: Journal of Physical Chemistry . teip 83 , nr. 3 , 1979, s. 320-325 , doi : 10.1021 / j100466a004 .
  7. ↑ hessen-nanotech.de: Beskyttelse mot stråling og temperaturpåvirkning - UV-beskyttende lag , tilgjengelig 12. april 2013.
  8. ↑ J. Winkler; Titandioksid ; Vincentz Network; Hannover; 2003; ISBN 3-87870-738-X
  9. ↑ G. Buxbaum, G. Pfaff; Industrielle uorganiske pigmenter; 3. utgave; Wiley-VCH; Weinheim; 2005; ISBN 3-527-30363-4
  10. Io Fabiola Moreno-Olivas, Elad Tako og Gretchen J. Mahler: ZnO nanopartikler påvirker tarmfunksjonen i en in vitro-modell . I: Mat og funksjon . 2018, doi: 10.1039 / C7FO02038D .
  11. Try Innføring på UV-absorbere. I: Römpp Online . Georg Thieme Verlag, åpnet 25. januar 2020.
  12. ↑ Generell rapport om behandlings- og gjenvinningsveier for PVC-avfall ; Forbundsdepartementet for jordbruk, skogbruk, miljø og vannforvaltning, Wien, desember 2002, (PDF-fil)
  13. ↑ UV-filtre i kosmetikk og i materialbeskyttelse. I: Karl Fent: Økotoksikologi. 4., fullstendig revidert utgave. Stuttgart 2013, ISBN 978-3-13-109994-5 , s. 309f.
  14. ↑ Margret Schlumpf et al.: Østrogen aktivitet og østrogenreseptor beta-binding av UV-filteret 3-benzyliden kamfer. Sammenligning med 4-metylbenzyliden kamfer. I: Toksikologi . 199, 2004, s. 109-120. PMID 15147785 .
  15. ↑ Tab.9.9, Effekter av østrogene miljøstoffer på fisk in vivo og PNEC-verdier. I: Karl Fent: Økotoksikologi. 4., fullstendig revidert utgave. , Stuttgart 2013, ISBN 978-3-13-109994-5 , s. 306.
  16. ↑ Solkrem: Sinkoksid som UV-filter er ufarlig for helsen i henhold til dagens kunnskap. (PDF; 44 kB) BfR-uttalelse nr. 037/2010 av 18. juni 2010.
  17. ↑ B. Gulson, M. McCall, M. Korsch, L. Gomez, P. Casey, Y. Oytam, A. Taylor, M. McCulloch, J. Trotter, L. Kinsley, G. Greenoak: små mengder av sink fra sinkoksidpartikler i solkremer som påføres utendørs absorberes gjennom menneskelig hud. I: Toxicological Sciences . 118 (1), 2010, s. 140-149. doi: 10.1093 / toxsci / kfq243 .
  18. ↑ Marc S. Reisch: Etter mer enn et tiår, FDA Likevel vil ikke tillate at nye solkremer . I: Chemical & Engineering News . 93 (20), 2015, s. 10-15.
  19. Z Hans Zweifel, Ralph D. Meier, Michael Schiller: Håndbok for plasttilsetningsstoffer . 6. utgave. Hanser, München 2009, ISBN 978-3-446-40801-2 .
  20. ↑ Klaus Köhler, Peter Simmendinger, Wolfgang Roelle, Wilfried Scholz, Andreas Valet, Mario Slongo: Maling og belegg, 4. Pigmenter, forlengere og tilsetningsstoffer . I: Ullmann's Encyclopedia Of Industrial Chemistry . 2010, doi : 10.1002 / 14356007.o18_o03 .
  21. ↑ Pieter Gijsman: Photochemistry and Photobiology Physics of Photopolymermateriale . John Wiley & Sons, Hoboken, doi : 10.1002 / 9780470594179.ch17 .
  22. ↑ Pieter Gijsman: En gjennomgang av virkningsmekanismen og anvendeligheten av hindrede aminstabilisatorer . I: Polymernedbrytning og stabilitet . 145, november 2017, s. 2–10. doi : 10.1016 / j.polymdegradstab.2017.05.012 .
  23. ↑ R Gensler, CJG Plummer, H.-H Kausch, E Kramer, J.-R Pauquet, H Zweifel: Termo-oksidativ nedbrytning av isotaktisk polypropylen ved høye temperaturer: fenoliske antioksidanter versus HAS . I: Polymernedbrytning og stabilitet . 67, nr. 2, februar 2000, s. 195-208. doi : 10.1016 / S0141-3910 (99) 00113-5 .
  24. ^ Streitberger, Hans-Joachim; Goldschmidt, Artur: BASF Painting Technology Handbook . Red.: Vincentz. 2. utgave, Rev. Vincentz Network, Hannover 2014, ISBN 978-3-86630-892-3 , pp. 194 .
  25. ↑ ET Denisov: Rollen og reaksjonene til nitroksylradikaler i hindret piperidinlysstabilisering . I: Polymernedbrytning og stabilitet . 34, nr. 1-3, januar 1991, s. 325-332. doi : 10.1016 / 0141-3910 (91) 90126-C .
  26. ↑ Jennifer L. Hodgson, Michelle L. Coote: Klargjøre mekanismen til Denisov-syklusen: Hvordan beskytter hindrede aminlysstabilisatorer polymerbelegg fra foto-oksidativ nedbrytning? . I: Makromolekyler . 43, nr. 10, 25. mai 2010, s. 4573-4583. stikkode : 2010MaMol..43.4573H . doi : 10.1021 / ma100453d .
  27. ↑ Otto-Albrecht Neumüller (red.): Römpps Chemie-Lexikon. Volum 3: H-L. 8. reviderte og utvidede utgave. Franckh'sche Verlagshandlung, Stuttgart 1983, ISBN 3-440-04513-7 , s. 2363-2364.
  28. ↑ Ultrafiolette absorbenter ( Memento fra 2. mai 2009 i Internet Archive ).
  29. ^ A. Goldschmidt, H. Streitberger: BASF håndbok malingsteknologi . Vincentz Network, Hannover 2002, ISBN 3-87870-324-4 , s. 191 ff .
  30. ^ Streitberger, Hans-Joachim; Goldschmidt, Artur: BASF Painting Technology Handbook . Red.: Vincentz. 2. utgave, Rev. Vincentz Network, Hannover 2014, ISBN 978-3-86630-892-3 , pp. 194 .
  31. ^ Brockhaus ABC Chemie , VEB FA Brockhaus Verlag Leipzig 1965, s. 1310.