提高塑料耐候性能的有效途徑和制備方法

【摘要】本文以聚丙烯、ABS兩種典型塑料為例，探究了塑料的老化行為與機理；歸納了提高塑料耐候性的多種途徑，并總結(jié)出提高耐候性的有效手段。

【關(guān)鍵詞】塑料耐候性;聚丙烯;ABS;改性方法

1.前言

塑料以高分子化合物為主料，這些高分子的結(jié)構(gòu)或組分內(nèi)部具有易引起老化的弱點。因此在加工、貯存和使用過程中，由于受到光、熱、氧、水、高能輻射、化學(xué)以及生物侵蝕等內(nèi)外因素的綜合作用，材料的性能會逐漸下降，并失去其應(yīng)有的使用價值。在塑料廣泛應(yīng)用的今天，高分子材料的老化現(xiàn)象已成為一個亟待解決問題。

下面以聚丙烯（PP）和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）為例，研究總結(jié)塑料的典型老化行為以及提高耐候性的有效手段與制備方法。

2.聚丙烯的耐候性研究

聚丙烯的老化主要是光氧老化和熱氧老化[1]。其中光氧老化是影響性能的主要因素。對于高分子材料，經(jīng)受能量較高的紫外線照射后會形成電子激發(fā)態(tài)，由此引發(fā)了光化學(xué)和光物理過程。

2.1聚丙烯的光降解機理

聚丙烯等聚合物在鏈引發(fā)過程中會引入絡(luò)合物、催化劑以及羰基化合物等，這些物質(zhì)能夠吸收一定范圍波段的紫外光，分離產(chǎn)生自由基引發(fā)聚丙烯光氧老化。通過研究光線的貫穿深度，我們知道阻止紫外線對材料表面的作用是抗光氧老化的關(guān)鍵。

3.提高聚丙烯耐候性的途徑

3.1加入光穩(wěn)定劑

光穩(wěn)定劑依據(jù)作用原理不同分為許多種，例如將光能以熱量形式散發(fā)的紫外線吸收劑；將被紫外光激發(fā)的高分子激發(fā)態(tài)瞬間猝滅的激發(fā)態(tài)猝滅劑，除此之外還包括自由基捕捉劑、氫過氧化物分解劑和光屏蔽劑。

3.1.1紫外線吸收劑

紫外線在自身結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化的前提下吸收紫外線。常用的紫外線吸收劑有三嗪類、多羥基苯酮類、水楊酸酯類、苯并三唑類以及丙烯酸酯類。對于聚丙烯，UV-531(2-羥基-4-正辛氧基二苯甲酮)和苯并三唑類的UV-326 (2-(2’-羥基-3’-叔丁基-5’-甲基苯基)-5-氯代苯并三唑)可以吸收寬范圍波長的紫外光，并且具有抗氧性。[2]

3.1.2光屏蔽劑

炭黑、納米級氧化鋅和二氧化鈦是較為常用的光屏蔽劑，其中炭黑因含有醌、酚等多種基團對聚合物產(chǎn)生多重保護作用。但若要求制品為淺色，炭黑就不適用了。二氧化鈦可吸收波長小于410nm的紫外光，同時反射大部分可見光，并且可避免加深制品顏色，因此成為改性PP的最佳選擇。

3.2納米粒子改性聚丙烯

提高材料耐候性的傳統(tǒng)方法是加入有機助劑，但有機助劑也存在一些缺陷，而無機納米粒子的特性可以較好地克服上述助劑的不足。對于聚丙烯，較多的是加入納米TiO2進行耐候改性。例如，四川大學(xué)[3]利用聚丙烯、納米級二氧化鈦和聚烯烴彈性體（POE）制備復(fù)合材料，經(jīng)測試，二氧化鈦顆粒均勻分散在復(fù)合基體中，增韌效果明顯，使其抗老化性能得到巨大提升。

3.3滑石粉等無機物質(zhì)改性PP

滑石粉和碳酸鈣分別加入聚丙烯或混合加入聚丙烯會產(chǎn)生不同的抗老化效果。注射成型為制品后，對其測試比照后發(fā)現(xiàn)混合填充聚丙烯復(fù)合材料較前者具有更好的耐老化性能。

4.ABS的耐候性研究

ABS最大的不足之處是耐候性較差，這是由于其分子中丁二烯所產(chǎn)生的雙鍵在紫外線作用下易受氧化降解的緣故。

4.1添加改性ABS

為使ABS熱穩(wěn)定化和受熱不著色，常推薦含金屬的化合物與酚類、胺類或壓磷酸酯類抗氧劑并用的穩(wěn)定體系。含金屬的化合物可用第Ⅱ族金屬（Zn、Ca、Mg、Cd等）的脂族鹵氧酸鹽或硫化物（如ZnS），以及具有下式的化合物：[(CH3)2NCS2]M，式中M為Mg、Ca、Ba。

此外，還可用烷基硫醇加苯乙烯化苯酚和亞磷酸酯組成的并用體系，亞磷酸酯加含硫化合物組成的并用體系，以及亞磷酸的金屬（鋰、鈉、鉀、鈣、鎂）鹽。要制備耐熱ABS，可添加季戊四醇衍生物加亞磷酸酯的并用體系。為使ABS的顏色穩(wěn)定化，可添加堿金屬的磷酸鹽。

從表可見，配方4的耐老化性能明顯優(yōu)于配方2，原因在于配方4中添加了抗氧劑1076。分析認為，在抗氧劑1010、2246和1076之中，抗氧劑1076的熔點（50~55℃）最低，是酚類抗氧劑中比較好的品種之一。此外抗氧劑1076無污染，不變色，熱穩(wěn)定性好，能夠彌合兩大損失途徑，又與ABS有良好的相容性，故成為ABS應(yīng)用最多的抗氧劑。

4.2共混改性ABS

王士才等人[4]以丙烯睛-丁二烯-苯乙烯二元共聚物(ABS)、聚氯乙烯(PVC)為主要原料，配以紫外線吸收劑、抗氧劑等助劑，研制了耐老化ABS/PVC共混塑料，并對其各種性能進行研究。結(jié)果表明，在ABS和PVC質(zhì)量比為60:40，添加抗氧劑1076和紫外線吸收劑UV-327（兩者用量均為ABS/PVC共混塑料質(zhì)量的0.5%）后，所制得共混塑料不僅具有優(yōu)良的力學(xué)性能，而且還具有良好的耐老化性能。

5.結(jié)語

在塑料制品廣泛使用的今天，如何完善其性能，拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)成為首當其沖的問題。有機助劑會發(fā)生自身降解，造成污染；無機添加劑性能更加完善，只是成本偏高。探索環(huán)境友好，性能全面，易于工業(yè)化生產(chǎn)的抗老化改性手段成為拓寬塑料應(yīng)用的重要前提。

參考文獻

[1]王雅珍.助劑改性聚丙烯耐候性研究進展[J].廣州化工，2010，38(1):10-13

[2]周大綱等編.塑料老化與防老技術(shù)[M].北京:中國北京輕工業(yè)出版社，1998:11

[3]孫可華.四川大學(xué)進行聚丙烯彈性體復(fù)合材料的抗老化性能研究[J].國內(nèi)外石油化工快報，2006， 36(6): 23.

[4]王士財.耐老化ABS/PVC共混塑料的研制[J].合成樹脂及塑料，2004，21(3):55-57

作者簡介

許璐，女，1992年10月，內(nèi)蒙古通遼市，本科在讀，高分子材料。

李穎瑜，女，1992年9月，廣東東莞市，本科在讀，高分子材料。

1通訊作者：林湖彬（1963生），男，漢族，廣東揭陽人，惠州市昌億新材料有限公司，碩士，主要研究廢棄塑料的再資源化技術(shù)。