材料在使用過(guò)程中不可避免地會(huì)受到光照、高溫和濕氣等環(huán)境因素的影響，這種影響的結(jié)果一般會(huì)導(dǎo)致材料外觀(guān)及力學(xué)性能的惡化，因此，常將這種惡化現(xiàn)象稱(chēng)為老化。紫外加速老化試驗(yàn)可模擬太陽(yáng)光中的紫外線(xiàn)對(duì)材料的破壞作用，用數(shù)天或數(shù)周的時(shí)間可重現(xiàn)戶(hù)外數(shù)月乃至數(shù)年出現(xiàn)的危害，可幫助選擇新材料以及評(píng)價(jià)材料配方對(duì)耐久性的影響，達(dá)到驗(yàn)證材料性能的目的。
聚丙烯(PP)具有良好的綜合性能，被廣泛應(yīng)用于汽車(chē)內(nèi)、外飾件。但 PP也存在韌性差、成型收縮率大等缺點(diǎn)，因此需要對(duì) PP 進(jìn)行改性，而復(fù)合則是改性中最簡(jiǎn)便有效的方法之一。滑石粉是一種由層狀硅酸鹽晶體組成的礦物，不但能夠顯著提高 PP 制品的剛性、表面硬度、耐熱性、尺寸穩(wěn)定性，還可以提高結(jié)晶性、細(xì)化晶粒，亦能提高 PP 的透明性。抗氧化劑具有抗氧化及金屬離子減活化雙重功能，用于 PP 材料中可顯著降低材料在加工和使用過(guò)程中的氧化降解及抑制金屬離子的催化氧化作用，是汽車(chē)零部件及各種高分子材料制品的優(yōu)良穩(wěn)定劑。
在過(guò)去的研發(fā)中，對(duì)紫外老化方面的研究并不多，也不夠全面系統(tǒng)。但是，隨著大氣條件的不斷變差，為了獲得更加穩(wěn)定可靠的材料，有必要進(jìn)行紫外加速老化對(duì)材料性能影響的試驗(yàn)研究。本文研究了不同種類(lèi)滑石粉及抗氧化劑含量對(duì) PP 老化性能的影響。
1、實(shí)驗(yàn)
滑石粉粒徑不同，質(zhì)量分?jǐn)?shù)都為 20%，樣品信息如表 1 所示。抗氧化劑 MD-697 填充滑石粉/PP 材料，采用不同劑量抗氧化劑，樣品信息如表 2 所示。
1.2 QUV 老化試驗(yàn)方法
試驗(yàn)參照標(biāo)準(zhǔn) ASTM G154-06 非金屬材料紫外熒光暴露試驗(yàn)方法，如表 3 所示。
1.3 色差儀觀(guān)察顏色變化
用色差儀觀(guān)察樣品表面顏色變化，測(cè)量條件為 D65 標(biāo)準(zhǔn)光源，10º 視角，選用 CIELAB 色差公式。
1.4 光澤度的測(cè)定
采用光澤度儀測(cè)定樣品表面光澤度，黑色底板作為樣品背襯，D65 標(biāo)準(zhǔn)光源，入射角為 60º。
2、結(jié)果與討論
2.1 顏色變化
聚合物和添加劑的變化均可以影響到材料顏色的變化，如變黃、色相變化等。圖 1 為分別添加了不同類(lèi)型滑石粉的 PP 樣品在不同輻照度水平下的顏色變化ΔE值的變化趨勢(shì)。
由圖1可以看出，在相同的輻照度水平下，四種不同滑石粉添加劑對(duì)PP材料的抗光老化性能影響明顯，隨著滑石粉粒徑的減小，樣品的色差主要呈現(xiàn)變大的趨勢(shì)，如 1#樣品老化后的ΔE 值為2.7，而4#樣品的ΔE值則接近7；隨著輻照度水平的增加，同一樣品的色差隨之增大，即顏色變化更加明顯，樣品表面也隨之惡化。這是因?yàn)榛壑泻械慕饘匐x子在紫外加速老化過(guò)程中，易成為引發(fā)源引發(fā)光氧化反應(yīng)，導(dǎo)致材料的光氧降解，使固體聚合物相對(duì)分子質(zhì)量降低，同時(shí)引起材料表面的變色、失光、粉化、開(kāi)裂等現(xiàn)象。同時(shí)，滑石粉粒徑越小，比表面積越大，越容易導(dǎo)致熱穩(wěn)定性的降低。
圖 2 PP-AgingⅡ樣品的顏色變化E 值隨輻照度的變化趨勢(shì)
圖2為三種不同粒徑滑石粉的 PP 填充材料分別添加了不同含量抗氧化劑后在不同輻照度水平下的顏色變化ΔE值的變化趨勢(shì)。由圖2 可以看出，隨著抗氧化劑含量的增加，樣品的色差反之變大；而隨著輻照度水平的增加，不同的樣品其顏色變化表現(xiàn)了不同的趨勢(shì)，其中，抗氧化劑含量為 1%的樣品主要呈現(xiàn) 出隨著輻照度的提高，其色差ΔE快速增大，而隨著抗氧化劑含量的減小，色差ΔE呈緩慢變化的趨勢(shì)，即樣品顏色變化不明顯。這是因?yàn)榭寡趸瘎┮环矫媾c滑石粉/PP 中的金屬離子形成了穩(wěn)定性高的絡(luò)合物，使金屬離子失去活性，大大降低了材料的光氧降解；另一方面紫外加速老化過(guò)程中，過(guò)量的抗氧化劑亦可能成為一種光氧化反應(yīng)的引發(fā)源，使 PP 材料更易吸收紫外線(xiàn)而被激發(fā)降解。
2.2 光澤度變化
表 4 顯示了添加不同種類(lèi)滑石粉的 PP 樣品表面光澤度隨輻照度水平的變化。由表 4 可以看出， 在不同的輻照度水平下， 樣品的失光度隨著輻照度水平的增加而增大， 而且滑石粉的種類(lèi)對(duì)光澤度變化的作用 影響不明顯。
表 5 顯示了不同含量抗氧化劑下樣品的失光度隨輻照度水平的變化。與表 4 相似，隨著輻照度水平的提高，樣品的光澤度下降，且失光度增大；而對(duì)同一種類(lèi)滑石粉的樣品，隨著抗氧化劑含量的加大，失光度反而降低，可見(jiàn)，抗氧化劑有利于樣品的光澤度保持。
3、結(jié)論
通過(guò)觀(guān)察材料紫外加速老化后的顏色變化與光澤度變化，可知，不同種類(lèi)滑石粉對(duì) PP 材料的顏色變 化影響較大，1#樣品的顏色保持性能明顯優(yōu)于 4#樣品，而滑石粉的種類(lèi)對(duì)光澤度的作用不明顯。添加有少量抗氧化劑的滑石粉/PP 材料，其顏色變化均隨著抗氧化劑含量的增加而變大，而光澤度變化則隨抗氧化 劑含量的增加而減小。由此可見(jiàn)，添加劑及其劑量對(duì) PP 材料的老化性能影響明顯。究其原因，第一，滑石粉粒徑越小，比表面積越大，越容易導(dǎo)致熱穩(wěn)定性的降低第二，滑石粉中含有的金屬離子在紫外加速老化過(guò)程中，易成為引發(fā)源引發(fā)光氧化反應(yīng)，導(dǎo)致材料的光氧降解，使固體聚合物相對(duì)分子質(zhì)量降低，同時(shí)引起材料表面的變色、失光、粉化、開(kāi)裂等現(xiàn)象；第三，抗氧化劑一方面可與PP/滑石粉中的金屬離子形成穩(wěn)定性高的絡(luò)合物，使金屬離子失去活性，大大降低了材料的光氧降解；第四，抗氧化劑殘余亦可能成為一種光氧化反應(yīng)的引發(fā)源，使 PP 材料更易吸收紫外線(xiàn)而被激發(fā)降解。
此外， 紫外加速老化試驗(yàn)可快速獲取材料的光老化性能，然而此試驗(yàn)所取得的數(shù)據(jù)是相對(duì)的，且重復(fù)性與再現(xiàn)性差，只能判定同一批同類(lèi)材料之間的耐候性?xún)?yōu)劣。
