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PC/ABS耐光照老化的秘密

相信不少细心的同学会发现,一般由塑料制成的汽车内外饰件经过光照老化后,容易发生褪色、表面光泽降低,皮纹丢失等现象,这就是光照老化现象。


太阳光照射至地球表面,被臭氧层吸收后所剩余的紫外部分,以及波长为290-400nm的辐射,会引发塑料的降解。PC/ABS同样避免不了光照后的加速老化,影响到外观及其性能,如何改善PC/ABS的耐光照老化性?那么就让小编带你破解PC/ABS耐光照老化的秘密吧!


一、首先,我们来了解下市面上有哪些常用的紫外吸收剂?


① 二苯甲酮类:主要吸收位于波长260nm附近,给电子取代基可以使它的吸收向长波方向移动至300-400nm范围内,使总的紫外吸收增高。


② 2-羟苯基苯并三唑类:这类紫外线吸收剂在300-385nm内有较高的吸光指数,接近于理想吸收剂的要求。它的作用机理是将吸收的光能转化为热能,也是基于互变异构体。由于其分子量较小,容易向表面迁移,挥发后效率大大降低。


③ 受阻胺(HALS)类:受阻胺与紫外稳定剂的作用方式不同,而是通过捕获自由基、分解氢过氧化物和传递激发态分子的能量等多种途径来抑制光氧降解反应。受阻胺对塑料的光稳定化作用常是其他紫外稳定剂的2~4倍。


④ 炭黑:最好的紫外吸收剂,能够把光能转化为热能,保护塑料表面免遭一定波长的射线照射,其防护作用的效率,取决于炭黑的粒径、结构和表面化学性。当炭黑的粒径较小时,因表面积增大,其吸收光或遮光能力增加,故紫外线防护作用增强,当粒径小于20nm以后,其防护作用趋于同一水平。


二、我们把PC/ABS分解一下,来单独看看ABS和PC的耐光照老化性。


1、ABS的光稳定化


ABS的光老化降解,开始是发生于表面的,随后力学性能很快加速恶化,苯并三唑能够保护ABS的深层,而受阻胺(HALS)则可以保护ABS的表层。因此, HALS与苯并三唑的复配使用,可获得真正的协同效应,最大限度赋予ABS良好的光稳定性,如表1所示。


表1 2mm厚注塑ABS样板经光照后贮存于暗处的颜色变化

光稳定剂

黄度指数

最初值

光照100h后

光照100h在贮存暗处10个月后

(黄度指数变化)

(黄度指数变化)

10

28

46

0.5%HALS-8+0.5%UVA-1

16

4

12

0.5%HALS-1+0.5%UVA-1

15

7

25

注:1. 采用Weather-Ometer WRC600 人工老化箱,不喷水,黑板温度约53℃。2. 黄度指数按ASTM D1925-70执行


2、PC的光稳定化


PC收到紫外辐照时,吸收紫外光线后,自身能够形成强烈吸收紫外光的物质,所以PC的降解一般局限于表层250μm以内。据研究,PC对波长360nm的紫外光有吸收,但其强吸收区是在波长300nm以下。


另外,PC光照老化时生成的各种化学基团,虽然不直接与环境中存在的水发生反应,但是,在PC分子链断裂时形成的极性基团非常有利于水的穿透,结果使PC水解而释放出低聚物和双酚A,这些物质更容易被氧化,所以水解会大大提高PC的光照老化速度。因此,当PC较长时间被辐照时,光照和水的协同老化作用就显得更加明显。


PC光照老化后,首先发生变化的是颜色和光泽。大量的实验证明,在延缓PC发黄方面2-(2’-羟苯基)苯并三唑的效果是最佳的,如图1所示。



2mm厚PC样板的黄变情况(采用Xenotest 1200老化箱,不喷水,黑板温度约53℃)

a:无光稳定剂

b:PC-0.25% UVA-25

c:PC-0.25% UVA-23

d:PC-0.25% UVA-1


需要注意的是:受阻胺(HALS)是禁止使用在PC/ABS中的,在一般情况下,碱性化合物的胺类会大大加速PC的分解,在干态的光照条件下,虽然能够部分提高PC/ABS的光照老化性能,但是,将使用了受阻胺(HALS)的PC/ABS放在高温高湿的条件下,PC/ABS基材会严重发泡,面目全非,无任何使用性能,如图2所示。


图片


显而易见,如果要提高PC/ABS的光照老化性能,则需结合PC和ABS各自的耐光照老化性能,选用高低分子量及不同种类的苯并三唑和二苯甲酮进行复配,如果是深色的制品,加入一些耐候性能优越的炭黑,这样的协同作用,才能使PC/ABS具有良好的光照老化性能


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