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非织造布光老化性能评价方法

 发布时间:2021-12-22 点击量:29
  聚丙烯非织造布按耐用性能分为耐久性非织造布(如服饰用、土木建筑用)和环保可降解性非织造布(如环保型购物袋、农用非织造布地膜等)。聚丙烯非织造布在使用过程中发生的老化主要由太阳光中的紫外线辐射所引起,对聚丙烯非织造布光老化性能的宏观评价方法有自然老化试验法和人工模拟老化实验法,微观分析方法有特性粘度法、差示扫描量热法、红外光谱法等,本文将对聚丙烯非织造布光老化的反应机理及其宏观和微观评价方法进行讨论。
 
  聚丙烯非织造布光老化性能的现有宏观测试评价方法和标准主要分为自然老化和人工加速老化两种方式。
 
  1.自然老化
 
  自然老化评价方法是把样品在室外自然条件下暴露规定的时间,利用自然环境条件,包括日光、昼夜温差、雨水以及空气等对其进行老化试验,评价其光学性能、机械性能及其他相关性能的变化。自然老化试验接近于材料的实际使用情况,获得的耐候性能比较可靠。
 
  上世纪美国、苏联、日本以及欧洲发达国家都先后建立了高分子材料曝晒场,我国也在上世纪60年代初于广州和海南岛等地建立了曝晒场,用于研究高分子材料的耐候性能试验。目前,我国聚丙烯非织造布的自然老化性能测试标准主要采用GB/T 3681—2011《塑料 自然日光气候老化、玻璃过滤后日光气候老化和菲涅耳镜加速日光气候老化的暴露试验方法》,标准中有三种环境条件,可以根据实际的使用情况选择实验条件,有一定的针对性,但具有太多的不稳定因素,如气候变化、地理位置差异等,且时间较长。
 
  由于自然老化试验中的自然环境条件是不可控的,试验的重现性和一致性很难保证,所以这种方法多用在特殊用途的特定产品上,且通常在其对应的实际使用地点附近进行测试,如大型工程项目使用的耐久性土工布、特定环境使用的可降解型非织造布等。
 
日晒机3_副本.jpg
        2.人工加速老化
 
  人工加速老化评价方法是采用实验室光源(氙弧灯、荧光紫外灯或开放式碳弧灯模拟材料使用条件,使样品在可控的温湿度条件下暴露规定时间后,评价其光学性能、机械性能及其他相关性能的变化。
 
  现在我国聚丙烯非织造布的人工加速老化性能测试标准主要有GB/T 16422《塑料 实验室光源暴露试验方法》系列标准即等同采用ISO 4892《Plastics--Methods of exposure to laboratory light sources》系列标准。标准以“加速”和“强化”为特点,标准总则中明确说明试验的结果仅能够用于某一环境下暴露材料相对耐久性的比较,不能用于判定相同材料在不同环境下的相对耐久性,故测试其光老化性能时通常根据产品使用者的要求设定实验条件与试验周期,并采用与对照样品的性能进行对比的方式对产品性能进行衡量。GB/T 16422系列标准中包括了氙弧灯、荧光紫外灯以及开放式碳弧灯加速老化三种试验方法,可以模拟多种使用条件下的光照条件,且条件可控、时间更短、重现性和一致性更为可靠,适用于大多数产品。
 
  自然老化和人工加速老化评价方法各有优缺点:自然老化试验更加接近实际使用情况,对于特定用途的产品光老化性能评价较为可靠;人工加速老化试验条件可控,可以实现在不同时间对多种产品的光老化性能进行对比,结果具有较好的重现性和再现性。由于试验条件不同,对同一样品的自然老化结果和人工加速老化结果不具有可比性。
 
  聚丙烯非织造布光老化性能的微观评价方法:
 
  非织造布光老化性能的宏观变化与材料的微观结构变化密切相关,如相对分子质量的变化和新官能团的产生,都会最终表现为其物理性能的变化,光老化的微观结构变化可通过特性粘度、差式扫描量热(DSC)曲线、红外光谱等方式来评价。
 
  特性粘度
 
  特性粘度与高分子的相对分子质量存在定量关系,可以作为相对分子质量的量度,与非织造布的强度等物理性质线性相关,可以用于表征聚丙烯非织造布的光老化程度。杨旭东的研究表明,无论是在自然老化还是人工加速老化条件下,聚丙烯非织造布的断裂强力和特性粘度均有相同的变化规律。杨旭东等人还采用特性粘度保持率作为光老化程度的指标,建立了基于累积紫外辐射能的寿命预测方程。
 
  采用特性粘度来表征聚丙烯材料的光老化性能,可以减少因测试聚丙烯非织造材料宏观性能时所产生的随机误差。
 
  差示扫描量热法
 
  采用差示扫描量热法(DSC)可以分析出高聚物的熔点和结晶情况,熔点的高低反应了材料熔融的难易程度,与材料的相对分子质量有关,而相同条件下得出的DSC结晶曲线的变化可以反映出结晶情况的变化,这些都可以从一定程度上反映出聚丙烯非织造布光老化的程度。解昊采用DSC研究了聚丙烯非织造布在自然老化和人工加速老化过程中熔融温度和结晶情况的变化,发现自然老化时随时间变化,熔融温度几乎不变,结晶度和结晶速率逐渐提高;而人工老化过程中熔融温度不断降低,结晶度温度也不断下降。
 
  差示扫描量热法可用于分析光老化过程材料的结晶情况、相对分子质量等微观性能的变化,对于分析聚丙烯非织造布的光老化机理十分重要。
 
  红外光谱法
 
  聚丙烯高分子材料在光老化过程中必然会形成新的基团,而红外光谱可以分析出新生成的基团以及分子结构变化等,由于不论聚丙烯光老化向什么方向进行均有羰基产生,可以通过计算羰基指数来表征聚丙烯光老化程度,同时根据所产生羰基吸取峰的不同还可以研究聚丙烯的光老化机理,现在红外光谱分析已经成为研究聚丙烯材料光老化过程与机理为重要的手段之一。

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