氙灯老化对聚丙烯塑料地板性能的影响

杨海昌(广州市增城质量技术监督检测所，广东 广州 511300)

氙灯老化对聚丙烯塑料地板性能的影响

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

杨海昌(广州市增城质量技术监督检测所，广东 广州 511300)

用氙灯辐射，模拟自然气候环境进行人工气候老化试验，研究聚丙烯（PP）塑料地板老化前后性能的变化。结果表明，氙灯老化后，试样的颜色变化明显，分子量显著减少，分解温度降低，生成C=C，C-O等新官能团。

动态顶空进样；气质联用；液晶聚合物；挥发性组分

聚丙烯（PP）塑料地板是以聚丙烯为主体材料，添加抗氧化剂等添加剂制备而成[1]。PP塑料地板暴露在自然环境中，在光、热、氧、水等因素的综合作用下，容易发生老化现象，外观变色甚至会脆化出现裂缝等，产品的各项性能大幅度降低，使用寿命缩短[2]。研究PP塑料地板在自然环境中的老化失效行为，可以预测其寿命长短以及使用环境条件。然而PP塑料地板在户外自然条件下老化试验周期长，为了在保证试验质量的前提下，缩短试验周期，研究人员借助现代先进仪器去模拟自然环境来探索塑料的老化特性[3～6]。本工作采用氙灯辐射，模拟自然气候环境进行人工气候老化试验，研究PP塑料地板老化前后性能的变化。

1 实验部分

1.1 材料和仪器

聚丙烯（PP）塑料地板（市售），Q-SUN 3100 XE-3HS型人工气候老化机（美国），CM-2600d型色差计（日本），PL-GPC220型高温凝胶渗透色谱仪（英国），TGA Q5000IR型热重分析仪（美国）：Nicolet 6700型傅里叶变换红外光谱仪（美国）。

1.2 人工加速氙灯老化试验方法

采用黑标温度65℃，相对湿度65%，辐照度0.51 W/m2@340nm，先干燥102 min再喷淋18 min如此反复1 500 h。

1.3 色差测试方法

以老化前的pp塑料地板为标准，分别测试老化前后试样的L*、a*、b*值，得出△L*（黑白度）、△a*（红绿度）、△b*（黄蓝度），根据公式（1）得出色差△E*。

公式（1）如下所示：

1.4 分子量测试方法

将试样溶于三氯苯中使其浓度为1 mg/ml，在160℃条件下使试样充分溶解，过滤。设定进样程序的流速为1 ml/min，柱温为160℃，进样量为200 μl，以示差检测器监测信号。

1.5 分解温度测试方法

称取10～15 mg样品量平放坩埚上，在40 ml/min 的N2气氛中以20℃/min的升温速率从常温升至600℃。

1.6 ATR/FTIR测试方法

刮取样品表面，保证其有足够的面积平铺在ATR附件上；选择Ge为反射晶体材料；红外光谱的选择吸收范围为4 000～400 cm-1，分辨率：4 cm-1，扫描32次。

2 结果与讨论

2.1 色差测试结果分析

图1为PP塑料地板老化前后样品对比图，表1 为PP塑料地板色差测量值。由图1可知，试样表面经过氙灯辐射后，老化前后颜色差异明显，试样褪色。由表1所示，老化后L*与a*值稍有增大，而b*值大幅度下降，△b*达到-22.3，这主要是由于试样在氙灯辐射下，表面发生了降解，物理性能降低，试样表面的有色分子减少。

图1 PP塑料地板老化前后样品对比图

表1 PP塑料地板色差测量值

2.2 分子量测试结果分析

图2为PP塑料地板老化前后凝胶渗透色谱图，表1为PP塑料地板老化前后分子量。以一系列窄分布PS标样配制标准曲线，得到校正工作曲线为LogM=13.08-0.623 5x1，曲线相关系数R2=0.998 9。由图1与表1可知，PP塑料地板老化后，分子量下降明显，曲线变扁平，其中数均分子量下降75.5%，重均分子量下降57.2%。这是由于经过氙灯辐射后，试样降解，由长分子链断裂成小分子，同时伴随着分子链重组，分子结构受到极大破坏[4]。

2.3 分解温度测试结果分析

图3为PP塑料地板老化前后热重曲线图。由图3可知，PP塑料地板老化前分解温度为449℃，老化后为441℃，分解温度下降了8℃。经过氙灯辐照后，PP塑料地板的分子结构发生变化，分子量下降，导致其热分解温度也相应的下降[5]。

图2 老化前后凝胶渗透色谱图

表1 老化前后试样分子量

图3 PP塑料地板老化前后热重曲线图

2.4 ATR/FTIR测试结果分析

图4为PP塑料地板老化前后ATR/FTIR谱图。由图可知，PP塑料地板经过老化后，其表面分子结构发生了显著变化，出现C==C伸缩振动峰（1 625 cm-1），C—O特征吸收谱带（1 315～1 033 cm-1）。可见，PP塑料地板经过氙灯辐照后表面发生了化学反应。PP在氧化过程中生成了自由基R•与ROO•，同时伴随分子链重组[6]。

3 结论

采用氙灯辐射，模拟自然气候环境进行人工气候老化试验，研究PP塑料地板老化前后性能的变化，得到如下结论：

图4 老化前后ATR/FTIR谱图

(1)色差测试结果可知，PP塑料地板老化后，分子量下降明显，曲线变扁平。

(2)分子量测试结果可知，PP塑料地板在氙灯辐射下表面氧化降解，分子结构的稳定性受到破坏，分子量明显下降，曲线变扁平。

(3)分解温度测试结果可知，PP塑料地板老化后分解温度比老化前下降了8℃。

(4) ATR/FTIR测试结果可知，人工加速氙灯老化使PP塑料地板表面结构发生了显著变化，分子链发生了断裂与重组，红外光谱中出现了C==C键、C—O键的特征吸收峰。

[1] 王淑萍.塑料的氧化老化及抗氧剂[J].橡塑技术与装备（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.紫外老化对聚苯乙烯泡沫性能的影响[J].化工学报，2014，(11)：4 620～4 626.

[5] 张晓东，揭敢新，彭坚，等.利用紫外加速老化试验分析聚苯乙烯老化的影响因素[J].塑料科技，2010，38(10)：88～90.

[6] 张龚敏，覃红阳，谢宇芳.塑料及其复合材料老化机理研究进展[J].合成材料老化与应用，2014，43(1)：74～78.

(R-03)

TQ323.3

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

B

10.13520/j.cnki.rpte.2016.16.007

杨海昌（1986-），男，主要从事计量检定工作。

2016-07-11