氙燈老化對聚丙烯塑料地板性能的影響

楊海昌(廣州市增城質量技術監督檢測所，廣東 廣州 511300)

氙燈老化對聚丙烯塑料地板性能的影響

Effect of xenon lamp aging on the properties of polypropylene plastic fl oor

楊海昌(廣州市增城質量技術監督檢測所，廣東 廣州 511300)

用氙燈輻射，模擬自然氣候環境進行人工氣候老化試驗，研究聚丙烯（PP）塑料地板老化前后性能的變化。結果表明，氙燈老化后，試樣的顏色變化明顯，分子量顯著減少，分解溫度降低，生成C=C，C-O等新官能團。

動態頂空進樣；氣質聯用；液晶聚合物；揮發性組分

聚丙烯（PP）塑料地板是以聚丙烯為主體材料，添加抗氧化劑等添加劑制備而成[1]。PP塑料地板暴露在自然環境中，在光、熱、氧、水等因素的綜合作用下，容易發生老化現象，外觀變色甚至會脆化出現裂縫等，產品的各項性能大幅度降低，使用壽命縮短[2]。研究PP塑料地板在自然環境中的老化失效行為，可以預測其壽命長短以及使用環境條件。然而PP塑料地板在戶外自然條件下老化試驗周期長，為了在保證試驗質量的前提下，縮短試驗周期，研究人員借助現代先進儀器去模擬自然環境來探索塑料的老化特性[3～6]。本工作采用氙燈輻射，模擬自然氣候環境進行人工氣候老化試驗，研究PP塑料地板老化前后性能的變化。

1 實驗部分

1.1 材料和儀器

聚丙烯（PP）塑料地板（市售），Q-SUN 3100 XE-3HS型人工氣候老化機（美國），CM-2600d型色差計（日本），PL-GPC220型高溫凝膠滲透色譜儀（英國），TGA Q5000IR型熱重分析儀（美國）：Nicolet 6700型傅里葉變換紅外光譜儀（美國）。

1.2 人工加速氙燈老化試驗方法

采用黑標溫度65℃，相對濕度65%，輻照度0.51 W/m2@340nm，先干燥102 min再噴淋18 min如此反復1 500 h。

1.3 色差測試方法

以老化前的pp塑料地板為標準，分別測試老化前后試樣的L*、a*、b*值，得出△L*（黑白度）、△a*（紅綠度）、△b*（黃藍度），根據公式（1）得出色差△E*。

公式（1）如下所示：

1.4 分子量測試方法

將試樣溶于三氯苯中使其濃度為1 mg/ml，在160℃條件下使試樣充分溶解，過濾。設定進樣程序的流速為1 ml/min，柱溫為160℃，進樣量為200 μl，以示差檢測器監測信號。

1.5 分解溫度測試方法

稱取10～15 mg樣品量平放坩堝上，在40 ml/min 的N2氣氛中以20℃/min的升溫速率從常溫升至600℃。

1.6 ATR/FTIR測試方法

刮取樣品表面，保證其有足夠的面積平鋪在ATR附件上；選擇Ge為反射晶體材料；紅外光譜的選擇吸收范圍為4 000～400 cm-1，分辨率：4 cm-1，掃描32次。

2 結果與討論

2.1 色差測試結果分析

圖1為PP塑料地板老化前后樣品對比圖，表1 為PP塑料地板色差測量值。由圖1可知，試樣表面經過氙燈輻射后，老化前后顏色差異明顯，試樣褪色。由表1所示，老化后L*與a*值稍有增大，而b*值大幅度下降，△b*達到-22.3，這主要是由于試樣在氙燈輻射下，表面發生了降解，物理性能降低，試樣表面的有色分子減少。

圖1 PP塑料地板老化前后樣品對比圖

表1 PP塑料地板色差測量值

2.2 分子量測試結果分析

圖2為PP塑料地板老化前后凝膠滲透色譜圖，表1為PP塑料地板老化前后分子量。以一系列窄分布PS標樣配制標準曲線，得到校正工作曲線為LogM=13.08-0.623 5x1，曲線相關系數R2=0.998 9。由圖1與表1可知，PP塑料地板老化后，分子量下降明顯，曲線變扁平，其中數均分子量下降75.5%，重均分子量下降57.2%。這是由于經過氙燈輻射后，試樣降解，由長分子鏈斷裂成小分子，同時伴隨著分子鏈重組，分子結構受到極大破壞[4]。

2.3 分解溫度測試結果分析

圖3為PP塑料地板老化前后熱重曲線圖。由圖3可知，PP塑料地板老化前分解溫度為449℃，老化后為441℃，分解溫度下降了8℃。經過氙燈輻照后，PP塑料地板的分子結構發生變化，分子量下降，導致其熱分解溫度也相應的下降[5]。

圖2 老化前后凝膠滲透色譜圖

表1 老化前后試樣分子量

圖3 PP塑料地板老化前后熱重曲線圖

2.4 ATR/FTIR測試結果分析

圖4為PP塑料地板老化前后ATR/FTIR譜圖。由圖可知，PP塑料地板經過老化后，其表面分子結構發生了顯著變化，出現C==C伸縮振動峰（1 625 cm-1），C—O特征吸收譜帶（1 315～1 033 cm-1）。可見，PP塑料地板經過氙燈輻照后表面發生了化學反應。PP在氧化過程中生成了自由基R?與ROO?，同時伴隨分子鏈重組[6]。

3 結論

采用氙燈輻射，模擬自然氣候環境進行人工氣候老化試驗，研究PP塑料地板老化前后性能的變化，得到如下結論：

圖4 老化前后ATR/FTIR譜圖

(1)色差測試結果可知，PP塑料地板老化后，分子量下降明顯，曲線變扁平。

(2)分子量測試結果可知，PP塑料地板在氙燈輻射下表面氧化降解，分子結構的穩定性受到破壞，分子量明顯下降，曲線變扁平。

(3)分解溫度測試結果可知，PP塑料地板老化后分解溫度比老化前下降了8℃。

(4) ATR/FTIR測試結果可知，人工加速氙燈老化使PP塑料地板表面結構發生了顯著變化，分子鏈發生了斷裂與重組，紅外光譜中出現了C==C鍵、C—O鍵的特征吸收峰。

[1] 王淑萍.塑料的氧化老化及抗氧劑[J].橡塑技術與裝備（塑料），2016，42(6)：46～48.

[2] Asad Nasir,Tariq Yasin,Atif Islam.Thermo-Oxidative Degradation Behavior of Recycled Polypropylene[J].Journal of Applied PolymerScience，2011，119：3 315～3 320.

[3] Krishna K Pandey,Tapani Vuorine.Comparative study of photodegradation of wood by a UV laser and a xenon light source[J].Polymer Degradation and Stability.2008,93:2 138～2 146.

[4] 姚培培，李琛，肖生苓.紫外老化對聚苯乙烯泡沫性能的影響[J].化工學報，2014，(11)：4 620～4 626.

[5] 張曉東，揭敢新，彭堅，等.利用紫外加速老化試驗分析聚苯乙烯老化的影響因素[J].塑料科技，2010，38(10)：88～90.

[6] 張龔敏，覃紅陽，謝宇芳.塑料及其復合材料老化機理研究進展[J].合成材料老化與應用，2014，43(1)：74～78.

(R-03)

TQ323.3

1009-797X(2016)16-0033-03

B

10.13520/j.cnki.rpte.2016.16.007

楊海昌（1986-），男，主要從事計量檢定工作。

2016-07-11