聚丙烯黄色指数测试的影响因素研究

王 叶,刘 义

(神华新疆化工有限公司，新疆 乌鲁木齐 831404)

黄色度指数值(YI)表征一个物体的颜色偏离无色或理想白色而偏向黄色的程度。YI为负值，表示物体颜色偏向蓝色的程度。YI为正值，表示物体颜色偏向黄色的程度。聚丙烯树脂由于链端甲基的存在导致其贮存、加工以及使用过程中，极易受到光照以及热辐射而老化，直观表现为产品颜色偏黄，产品黄色指数测试结果偏大。由于塑料黄色指数的测试和塑料在太阳光照射下观察到的黄色程度能够很好地吻合，因而通过测试试样的黄色指数，可用来评价高分子材料老化的程度。

1 实 验

1.1 测试样品

聚丙烯S1003，神华新疆化工有限公司生产。

1.2 仪器设备

Victory 200/110 tech PRO注塑机，奥地利恩格尔公司；Hunterlab LabScan XE色差仪，美国Hunterlab公司；LP-S-50/S.ASTM压片机，泰国Labtech公司。

1.3 分析方法

HG/T 3862-2006《塑料黄色指数测定方法》[1]；ASTM E313-2010《根据仪器测定的颜色坐标计算黄色和白色指标的标准实施规程》[2]。

1.4 仪器校正及稳定性检查

仪器预热30 min后，按仪器提示分别用标准黑、白板校正仪器，校正完成后设置仪器连续测试标准白板20次，在标准湿度和温度条件下D/65°测得X、Y、Z三刺激值与标准值偏差在±0.09范围内且ΔE<0.09表示仪器稳定性良好，仪器测试结果可靠，仪器连续运行4 h左右进行一次仪器校正，以保证测试数据的正确性[3]。

2 结果与讨论

2.1 不同的分析标准对测试结果的影响

塑料黄色指数，指无色透明或半透明或近白色塑料产品对国际照明委员会(CIE)标准C光源，以氧化镁为基准的黄色值，也即偏离白色的程度。它是在标准C光源照射下，测量塑料的三刺激值X、Y、Z，按式YI=100(CxX-CzZ)/Y 计算得到样品的黄色指数值。本文用两批次聚丙烯S1003样品分别用标准HG/T 3862-2006和标准ASTM E313-2010进行测试，测得的结果如表1所示。

表1 不同测试方法黄色指数测试结果

由表1可知由于两个测试标准中计算公式中的系数Cx和Cz值不同导致计算结果存在差异。用ASTM E313-2010标准计算出来的黄色指数比用HG/T 3862-2006标准计算出来的黄色指数小0.2左右，也就是说用两个标准测得样品黄色指数值存在0.2左右的偏差。

2.2 不同的样片制备方法对测试结果的影响

用同一批次聚丙烯S1003样品分别注塑机和压片机制成2.0 mm厚的样片，样片表面应平整无划痕，然后分别测试注塑试样片和压塑试样片黄色指数值，测试时试样片上加盖同一标准白板，测试结果见表2。

表2 注塑和压塑试样黄色指数测试结果

由表2可知，压塑试样片测得黄色指数值明显小于注塑制样片黄色指数值。因为两种制样方式试样冷却方式不一样，压塑制样采用的是匀速降温的缓慢冷却，缓慢冷却容易聚丙烯制品产生大的球晶，其制品表面对光线的反射比注塑样片多，从而使测得的黄色指数值比注塑样片小。

2.3 不同的样品形式对测试结果的影响

Hunterlab LabScan XE黄色指数仪既可测定片材样的黄色指数，也可以测定聚丙烯粒料的黄色指数。聚丙烯由于晶区和非晶区的密度和折光率不同，而且晶区的尺寸通常大于可见光的波长(400～780 nm)，所以光线通过聚丙烯时在两相的界面上发生折射和反射，导致聚丙烯制品呈现半透明。HG/T 3862《塑料黄色指数测定方法》方法中规定对于半透明和不透明试片测试相对于工作白板的光谱反射率，对于粒料须在玻璃容器中用反射法从底部测试。本文分别测定了同一批次聚丙烯S1003片材和粒料的黄色指数值，测试结果见表3。

表3 不同形式样品黄色指数测试结果

从表3可知，不同的样品形式对聚丙烯黄色指数测试结果的影响较大，当样品形式发生变化时，其反射曲线发生了较大的变化，导致测得的三刺激值X、Y，Z也发生了较大的变化[4]，这种变化并不代表样品的颜色发生改变，只是说明不同的反射形式会导致黄色指数存在较大的差异。

2.4 不同的样片厚度对测试结果的影响

用同一个聚丙烯S1003粒料样品用压片机分别压制成1.0 mm、2.0 mm、4.0 mm的试样片，然后按分析标准用反射法分别测量其黄色指数值，测试结果见表4。

表4 不同样片厚度黄色指数测试结果

从表4可以看出，在相同的样片制备条件下，随着聚丙烯试样片厚度的增加其黄色指数呈现下降趋势，2.0 mm片材与4.0 mm片材测得的黄指指数差异较大。

2.5 不同的白色背景板对测试结果的影响

用聚丙烯S1003样品压塑成2.0 mm的片材，然后用黄色指数值不同的两块标准白板分别盖在试样片上进行黄色指数测定，测试结果见表5。

表5 不同背景白板黄色指数测试结果

由表5可知，标准白板的黄色指数不一样，以标准白板为背板测试的试片的黄色指数差距也比较大。从表5中可以看出，标准白板黄色指数高，标准白板+试片测试的黄色指数就高[5]。这是因为标准白板黄色指数越高，对光线的三原色刺激值反射率越大，从而使标准白板+试片的黄色指数增大。扣除标准白板背景后所测得黄色指数值一致，因此在进行片材试样黄色指数比较时最好扣除白色背景板黄色指数值后再进行比较。

2.6 不同的样品存留时间对测试结果的影响

本文测试了样品生产当天和留存90天及180天的同一个聚丙烯S1003样品的黄色指数，测试结果见表6。

表6 不同存留时间的样品黄色指数测试结果

从表6可知，聚丙烯黄色指数值随着存放时间的增加而变大，因聚丙烯在存留期间会发生光氧老化而发生结构变化从而使其黄色指数发生变化，聚丙烯在存留期黄色指数的变化量与样品的存留环境及样品中所含有效的抗氧剂的量有关。

2.7 不同的样品装填方式对测试结果的影响

用同一个聚丙烯S1003粒料样品，分别测试了装入满杯的样品振实和不振实时的黄色指数值，结果见表7。

表7 不同振实程度样品的黄色指数测试结果

从表7可知，样品杯中的聚丙烯样品振实和不振实对黄色指数测试有一定程度的影响，颗粒之间的空隙越小测得黄色指数越大。

3 结 论

(1)不同的测试标准测得的聚丙烯黄色指数存在一定的差异；不同的样品形式对聚丙烯黄色指数测试结果影响较大；不同的试样片制备方法对聚丙烯黄色测试结果也有影响；片材试样测试黄色指数，片材越厚测得黄色指数值越小；样品杯中的样品振实测得的黄色指数比不振实测得的黄色指数大。因此在比较聚丙烯样品的黄色指数时应在相同的条件进行，条件不同结果不具有可比性。

(2)不同的标准白板作为背景白板测定聚丙烯黄色指数，因标准白板的黄色指数不同，会影响测量样品的黄色指数值，建议在对比聚丙烯片材试样黄色指数时应关注标准白板黄色指数值。

(3)聚丙烯黄色指数值随着存留时间的增加而变大，因聚丙烯在存留期间会发生光氧老化而发生结构变化从而使其黄色指数发生变化。