聚碳酸酯添加阻燃劑耐候性研究

邱均回，時宇，王受和

（中國電器科學研究院股份有限公司，工業產品環境適應性國家重點實驗室，廣東省高分子材料環境適應性評價與檢測技術重點實驗室，廣州 510663）

引言

溴代聚碳酸酯類阻燃劑是用四溴雙酚A制成的純溴代聚碳酸酯齊聚物。它有很高的熱穩定性，滲出量少，具有良好的加工性能，且對樹脂的物理性能影響較小，耐腐蝕等優點[1]。

我國地域遼闊，太陽輻射、大氣環流、經緯度、氣候模式、不同的地形和地理位置，形成了各種典型氣候，在全國各具代表性典型氣候地區進行大氣自然暴曬試驗，表征各典型氣候特點，分析各典型氣候自然暴曬試驗的因素，聚碳酸酯在濕熱內陸、干熱沙漠、亞熱帶季風、高原半干旱、溫帶季風氣候、寒溫帶半濕潤等各典型氣候條件下、根據各行各業實際的應用情況，不斷提高聚碳酸酯在各領域的可靠性。如今全球各地（如歐洲各國、北美洲、日本等）在各種典型氣候條件下，設置各行各業、各種領域的大氣自然暴曬試驗場，對產品進行自然大氣暴曬試驗，建立不同產品在各種典型氣候條件下的模型數據庫，對材料提供可靠的自然暴曬參考數據，為各行各業、國家標準、阻燃性聚碳酸酯研究提供可靠數據和參考依據[2]。

1 材料及配方

1）試驗材料選用阻燃性聚碳酸酯。阻燃性聚碳酸酯配方見表1。

表1 阻燃性聚碳酸酯配方

2）阻燃劑成分

四溴雙酚A、溴化環氧樹脂。

四溴雙酚A比例：PC-U > PC-O > PC-G。

2 自然暴曬試驗

自然暴曬試驗主要用來研究自然環境對聚碳酸酯老化性能的影響因素，自然環境下研究聚碳酸酯的自然老化機理和規律，為預測聚碳酸酯的壽命提供重要的依據。

按GB/T 3681-2000《塑料大氣暴露試驗方法》，分別在瓊海、吐魯番、廣州、拉薩、青島和海拉爾（相關試驗場環境數據見表2）6個自然暴露試驗場開展聚碳酸酯的自然大氣背板暴曬試驗，暴曬角為南向45 °試驗期為30個月，前12個月每隔3個月取一次樣，之后隔6個月取一次樣，進行失光率和色差測試。

表2 相關試驗環境數據

3 材料性能測試

失光率和色差主要是測試材料在氣候老化試驗前后的光澤和色差變化情況，是衡量測試聚碳酸酯材料耐候性能的重要指標之一，本章節主要對失光率和色差進行說明。

3.1 失光率測試

失光率，全稱光澤度失持率，即光澤度測試值相對初始值的百分比。測試設備為 byk 4430 mrco-tri-gloss微型多角度光澤儀； 參數設置： 測試角度為60 °。

光澤是在規定的入射角下，試樣的鏡面反射率與同一條件下基準面的鏡面反射率之比。試驗樣品氣候老化試驗前后光澤的測量可應用光澤計，依據GB/T 8807-1988、GB/T 9754的相關規定進行。

圖1 光澤儀原理示意圖

光澤儀測量時的重要參數是入射角度，一般有20 °、60 °或85 °三種角度，其中20 °用于高光澤試樣、85 °用于低光澤試樣、60 °是最常選用的入射角度，本文中對試樣的測試主要選用光澤測試。測量時，先對光澤儀進行校準，在選定的入射角度下測量試樣的光澤值，通常每個試樣測三點，取三點測量平均值作為試樣的光澤測量值。

從對氣候老化后試樣光澤的實際測量結果來看，光澤測量值受試樣表面光滑程度的影響較大，而老化后的試樣表面形態變化較大，會導致即使同批試樣的光澤測量值波動也很大，因此對光澤數據的處理和選用要謹慎。

必須注意的是，一般來說，隨著老化周期的延長，試樣光澤會明顯下降，即有可能從初始的高光澤變為試驗完畢后的低光澤，為失光前后光澤數據的可比性，一般在氣候老化試驗中，常選定60 °作為測量角度，并在老化前后失持一致[3]。

用公式（1）計算失光率

式中：

A0─老化前光澤測定值；

A1─老化后光澤測定值[4]。

分別在瓊海、吐魯番、廣州、拉薩、青島和海拉爾（相關試驗場環境數據見表2）六個自然暴露試驗場開展聚碳酸酯的自然大氣背板暴曬試驗，暴曬角為南向45 °試驗期為30個月，前12個月每隔3個月取一次樣，之后隔6個月取一次樣，進行光澤測試，試驗結果如圖2～4所示。

圖2 PC-G材料失光率曲線圖

3.2 小結

根據標準GB/T 1766-2008[4]《色漆和清漆 涂層老化的評級方法》進行失光率評定等級。失光率評定等級見表3所示。

表3 聚碳酸酯失光率評定等級

聚碳酸酯經過12個月暴曬試驗后，添加不同比例四溴雙酚A失光率評定等級如下：

圖3 PC-O材料失光率曲線圖

圖4 PC-U材料失光率曲線圖

1）PC-C分別在瓊海、吐魯番、廣州、拉薩、青島評定等級為1，海拉爾評定等級為2。

2）PC-O分別在瓊海、吐魯番、廣州、拉薩、海拉爾評定等級為1，青島評定等級為0。

3）PU-U分別在瓊海、吐魯番、廣州、青島評定等級為1，拉薩、海拉爾評定等級為0。

經試驗證明，添加高比例四溴雙酚A 對光澤度基本無影響，反而添加低比例四溴雙酚A在寒溫帶半濕潤地區有輕微失光。

3.3 色差測試

試驗樣品氣候老化試驗前后顏色的測量可應用色差儀，依據GB/T 3979-2008和GB/T 7921-2008的相關規定進行。

測試設備：X-Rite948便攜式分光色差儀，參數設置：D65光源，10 °觀察角。

國際照明委員會（CIE）規定用儀器測得的三色色標系統數據來表示顏色，常用表示方式如下：

1）用三刺激值X、Y、Z表示；

2）用刺激值Y和色度坐標，X、Y表示；

3） 用CIE均勻色空間色坐標L*、a*、b*表示。

目前，L*、a*、b*色空間是常用的表示顏色的色度坐標。該空間是三維直角坐標系統，以明度L*和色度坐標a*、b*來表示顏色在色空間中的位置。L*、a*、b*可由三刺激值X、Y、Z換算而來。

在氣候老化顏色測量中，通常采用光譜光度計或光電積分類色差儀。積分球色差儀原理示意圖見圖5。一般在D65光源，10 °視場下測量試樣顏色的L*、a*、b*，通常每個試樣測三點，取三點測量平均值作為試樣的顏色測量值。

圖5 積分球色差儀原理示意圖

式中：

分別在瓊海、吐魯番、廣州、拉薩、青島和海拉爾（相關試驗場環境數據見表2）六個自然暴露試驗場開展聚碳酸酯的自然大氣背板暴曬試驗，暴曬角為南向45 °試驗期為30個月，前12個月每隔3個月取一次樣，之后隔6個月取一次樣，進行光澤測試，試驗結果如圖6～8所示。

圖6 PC-G材料色差曲線圖

3.4 小結

根據標準GB/T 1766-2008[4]《色漆和清漆 涂層老化的評級方法》進行色差評定等級。色差評定等級見表4所示。

表4 聚碳酸酯色差評定等級

聚碳酸酯經過12個月暴曬試驗后，添加不同比例四溴雙酚A色差評定等級如下：

圖7 PC-O材料色差曲線圖

圖8 PC-U材料色差曲線圖

PC-G和PC-O在吐魯番評定等級為1，其余地區和材料評定等級為0 。

經試驗證明，添加四溴雙酚A 色差基本無影響。

4 結論

根據聚碳酸酯自然暴曬試驗分析數據表明，在高溫、高濕和較高輻照量的濕熱地區，聚碳酸酯的表觀性能變化最大；而在干熱地區，雖然輻照量比濕熱地區還高，但由于其溫濕度較低，聚碳酸酯的表觀性能劣化程度相對較低，反映出對于聚碳酸酯的光學性能而言，溫度和濕度所起的影響作用比輻照量更為顯著。