不饱和聚酯型人造石英石的紫外老化研究

2014-12-08徐贵红陈志龙余桐柏

合成材料老化与应用 2014年4期

徐贵红，陈志龙，余桐柏

(肇庆福田化学有限公司，广东肇庆526238)

不饱和聚酯型人造石英石是由93%～95%石英和7%左右的不饱和聚酯树脂粘合剂、色料、固化引发剂及其他辅助试剂，经固化成型所制得的一种复合材料。它质地坚硬，结构致密，色泽丰富，耐磨、耐压、耐高温、抗腐蚀、防渗透，得到广泛应用［1－2］。与大多数高分子复合材料一样，人造石英石制品长期在户外条件下使用时，会受到诸如太阳光、大气、雨雪等环境因素的作用而发生老化现象，进而影响制品的使用寿命，其中太阳光的紫外线影响尤为明显，考察其对制品的老化作用具有重要的意义。目前，关于人造石老化的文献还比较少，主要由于其体系成分复杂，难以用常规的仪器设备检测和表征。而人造石英石的紫外老化首先体现在制品表面颜色变化上(如发黄、泛白等)，通过比较制品表面紫外照射前后的色差值，可初步判定其老化的程度，即色差值越大，老化越严重，反之越小［3］。本文即从制品颜色变化的角度，采用人工加速紫外老化的方法，研究了几类不饱和聚酯树脂制得的人造石英石制品老化性能，以期为生产优质耐老化的人造石英石提供有帮助的指导意义。

1 试验部分

1.1 主要原材料

通用邻苯型、双环戊二烯型(DCPD型)、甘油－双环戊二烯型(简称甘油型)、己二酸型不饱和聚酯树脂，均为本公司产品;固化剂为过氧化(2－乙基己酸)叔丁酯，茂名市中准实业有限公司;石英粉，工业级，梧州市颖丰矿业有限责任公司。

1.2 主要仪器

DHG－9070A型电热恒温鼓风干燥箱，上海精宏实验设备有限公司;QUV/spray型紫外线老化试验机，美国Q-Lab公司;NR110型精密橡塑色差仪，深圳市三恩驰科技有限公司;NICOLET IS10型傅立叶红外光谱仪，美国THERMO公司;USB－200X型数字显微镜，上海翼彩检测仪器有限公司。

1.3 试验方法

(1)人造石的制备:称取定量的石英粉料，将预先混匀的色料及粉料倒入料桶中搅拌均匀;向一定量的不饱和聚酯中加入定量的固化剂，并拌匀;将聚酯和混合粉料在料桶中搅拌均匀后注入模具;机械合模并抽真空到－0.09MPa，然后在2kg～3kg压力、290Hz～300Hz的振动频率下压制5min;脱模，将树脂型人造石放入80℃烘箱中固化2h，待冷却后即可磨削、抛光［4］。

(2)紫外老化试验:采用QUV紫外老化试验机对试样进行老化试验。将打磨、抛光好的人造石板块放入老化试验箱中，按GB/T 14522－2008典型实验条件示例5进行加速老化试验［5］，紫外光照射500h，测定人造石英板表面在紫外照射前后的颜色变化。其中，老化机内紫外灯功率为400W，紫外灯类型UVA －340，辐照度0.76±0.02W/(m2·nm)，控制波长340nm。

(3)FTIR测试:刮取制品表面样品，磨成粉，与KBr按比例(浇铸体为1∶40、人造石为1∶20)混匀压片，采用NICOLET IS10型傅里叶变换红外光谱仪(波数范围 400cm－1～4000cm－1，分辨率 4cm－1)进行测试。

图1 人造石制备工艺流程Fig.1 Preparation process for artificial stone

2 结果与讨论

2.1 人造石英石板紫外老化

四类树脂制成的人造石英石经500h紫外老化后，板材在200倍数码显微镜下的表层形貌如图2所示。

每组图中左侧为未经紫外照射的对照样，右侧为500h紫外老化后的样品。从图可以看出，四类体系树脂石英石在经过500h紫外老化后，板面都有不同程度的白斑，会出现石英粉裸露、粉化脱落的现象。其中，甘油－DCPD型石英板表面白斑最多，石英粉裸露、脱落的最明显;己二酸型石英石板面白斑最少，石英粉脱落最不明显。表1为四类石英石板在500h紫外照射前后的色差值。试验说明甘油型和DCPD型不饱和聚酯树脂制得的石英石受紫外线的影响较大，老化破坏严重，而己二酸型其受影响小，抗老化效果好。

图2 人造石在显微镜下形貌对比Fig.2 Micrographs of artificial stones

表1 人造石500h紫外照射后色差值Table 1 Chromatism of artificial stones after 500h UV irradiation

2.2 FTIR谱图分析

四类体系树脂浇铸体与人造石英石红外吸收光谱结果如图3所示。

图3 500h紫外老化FTIR谱图对比(a.浇铸体;b.人造石)Fig.3 FTIR after 500h UV irradiation(a.The castings;b.Artificial stones)

从不饱和聚酯树脂浇铸体的FTIR谱图可以看出，经500h加速紫外老化试验后，聚酯分子结构中羰基(-C=O)与丁烯二酸中双键或苯二甲酸中苯环共轭吸收峰(1730cm－1)，羟基(-OH)吸收峰(3540cm－1)，甲基(-CH3)、亚甲基(-CH2-)吸收峰(3100cm－1～3000cm－1)，苯环吸收峰(1620cm－1～1450cm－1)及相应二取代的4个相邻氢吸收峰(730cm－1)均未见出现太大的变化。而在人造石英石的FTIR谱图中，吸收峰也没有明显的变化出现。这说明500h紫外老化后，不饱和聚酯树脂虽有一定程度的老化。分析人造石粉化的原因，树脂本身不会这么快发生粉化，石英石板面的粉化应是石英粉与树脂的接合面在老化试验中发生分离，导致石英粉脱落。为改善石英粉与树脂的接合面，可添加偶联剂进行改善，这还有待进一步的试验验证。