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聚碳酸酯（PC）一種熱塑性高分子材料，同時(shí)兼具高抗沖、高透光和高耐熱的優(yōu)點(diǎn)。但在長(zhǎng)時(shí)間陽(yáng)光照射之下，會(huì)吸收紫外光而發(fā)生光降解現(xiàn)象。Rivaton等利用傅里葉紅外光譜（FTIR）和紫外線(xiàn)（UV）進(jìn)行光老化測(cè)試，提出了聚碳酸酯的降解機(jī)制（如下圖所示）。而Andrady等的研究顯示，聚碳酸酯在照射紫外光會(huì)產(chǎn)生Photo-Fries重排現(xiàn)象導(dǎo)致黃色物質(zhì)的產(chǎn)生，從而影響聚碳酸酯產(chǎn)品的外觀。

 

 

PC中常用的助劑有3類(lèi)：一類(lèi)是高溫加工保護(hù)助劑抗氧劑，抗氧劑因其保護(hù)原理不同又分為受阻酚類(lèi)主抗氧劑和亞磷酸酯類(lèi)輔抗氧劑；第二類(lèi)是材料加工成型用潤(rùn)滑劑，常用的是硬脂酸類(lèi)潤(rùn)滑劑；第三類(lèi)是調(diào)整顏色的色粉，常用的是有機(jī)顏料。

 

抗氧化助劑對(duì)PC黃變的影響分析

 

1.亞磷酸酯類(lèi)抗氧劑對(duì)PC黃變的影響

 

添加不同廠家168的PC與空白PC在注塑機(jī)中熱滯留前后顏色變化見(jiàn)圖1。

 

 

從圖1可以看出，不同廠家168加入后，直接注塑樣品的黃色指數(shù)(YI)值均有一定幅度的降低，說(shuō)明168對(duì)材料加工時(shí)的顏色有保護(hù)作用。經(jīng)過(guò)20min熱滯留后，添加亞磷酸酯抗氧劑，PC黃色指數(shù)高于空白PC，可能原因是亞磷酸酯類(lèi)抗氧劑在高溫過(guò)程中三價(jià)磷逐漸被消耗轉(zhuǎn)變?yōu)槲鍍r(jià)磷而失去抗氧化能力，抗氧劑中的小分子及雜質(zhì)反而進(jìn)一步影響PC在高溫下的分解，造成320℃熱滯留20min后PC的YI值高于空白樣品。

 

2.受阻酚類(lèi)抗氧劑對(duì)PC黃變的影響

 

添加不同廠家1076的PC與空白PC在注塑機(jī)中熱滯留前后顏色變化見(jiàn)圖2。

 

 

從圖2中藍(lán)色柱狀圖可以看出，加入不同廠家1076直接注塑的PC樣品YI值高于空白PC，沒(méi)有像168一樣降低材料黃色指數(shù)。從紅色柱狀圖看出，熱滯留20min后，添加1076的YI值高于空白PC的YI值，且幅度較熱滯留前有所增加，說(shuō)明主抗氧劑作為長(zhǎng)效抗氧劑在高溫加工過(guò)程中不會(huì)像亞磷酸酯類(lèi)抗氧劑對(duì)高溫加工過(guò)程起到有效防護(hù)，且由于受阻酚結(jié)構(gòu)影響，受阻酚類(lèi)失氫后生成的酚氧自由基雖然較為穩(wěn)定，但高溫環(huán)境下可能產(chǎn)生醒類(lèi)發(fā)色基團(tuán)，導(dǎo)致YI變大，影響PC的光學(xué)性能。

 

硬脂酸類(lèi)潤(rùn)滑劑對(duì)PC黃變的影響

 

添加不同廠家 PETS的PC與空白PC在注塑機(jī)中熱滯留前后顏色變化見(jiàn)圖3。

 

 

從圖3中藍(lán)色柱狀圖對(duì)比可見(jiàn)，空白PC和添加潤(rùn)滑劑的PC直接注塑后YI值未見(jiàn)明顯差異。經(jīng)熱滯留后YI值略有增加，但影響有限，可能原因是潤(rùn)滑劑中有極少量季戊四醇或硬脂酸殘留，長(zhǎng)時(shí)間高溫下會(huì)導(dǎo)致PC產(chǎn)生醇解和酯交換反應(yīng)，加速PC的老化，從而導(dǎo)致黃變?cè)黾印?/span>

 

色粉對(duì)PC黃變的影響

 

添加不同種類(lèi)色粉的PC與空白PC在注塑機(jī)中熱滯留前后顏色變化見(jiàn)圖4。

 

 

從圖4中可以看出，2種色粉以相同量添加均可以大幅降低PC的YI值，但經(jīng)過(guò)320℃下 20min熱滯留后，色粉A的色差發(fā)生較大的反彈，而色粉B的變化幅度與空白顆粒相當(dāng)，說(shuō)明不同種類(lèi)的色粉在短時(shí)間高溫加工下應(yīng)用效果和長(zhǎng)時(shí)間高溫停留有較大的差異，可能會(huì)導(dǎo)致PC高溫加工嚴(yán)重變色。

 

色粉耐熱性能分析

 

對(duì)色粉A和色粉B分別進(jìn)行TGA檢測(cè)，在氮?dú)鈿夥障乱?0℃ / min的升溫速率升至700℃，二者的耐熱性差異見(jiàn)圖5。圖5中2種色粉在失重5%、15%、25%、35%四個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度見(jiàn)表1。

 

 

通過(guò)圖5曲線(xiàn)可發(fā)現(xiàn)，2種色粉熱穩(wěn)定性有較大差異，色粉B熱分解初始溫度為325℃左右，而色粉A初始分解溫度僅為275℃，失重過(guò)程色粉B高于色粉A約50℃。

 

在600nm波長(zhǎng)下，對(duì)添加色粉A 的PC熱滯留前后樣品與空白PC進(jìn)行分光光度曲線(xiàn)對(duì)比分析，所得結(jié)果見(jiàn)圖6。圖中3條曲線(xiàn)自上而下分別為空白PC曲線(xiàn)、添加色粉A的PC熱滯留后曲線(xiàn)、添加色粉A的PC熱滯留前曲線(xiàn)。

 

 

從圖6可以看出，色粉A在450～700nm處有明顯吸收峰，而經(jīng)過(guò)20min熱滯留后吸收峰明顯減弱，說(shuō)明部分色粉A的發(fā)色基團(tuán)發(fā)生了變化，導(dǎo)致了PC嚴(yán)重變色。

 

PC中添加多種助劑黃變分析

 

使用168、PETS、色粉B開(kāi)展進(jìn)一步分析，將抗氧劑、潤(rùn)滑劑、色粉兩兩混合或三者共混后與PC 開(kāi)展熱滯留注塑實(shí)驗(yàn)，所得結(jié)果見(jiàn)圖7。

 

 

從圖7的前2個(gè)柱狀圖可以看出，添加抗氧劑和PETS的PC與空白PC的YI值基本一致，未見(jiàn)明顯差異，二者對(duì)材料高溫加工黃變影響不大，此結(jié)果與兩種助劑單獨(dú)添加結(jié)果一致。

 

添加色粉和 PETS的PC熱滯留前后色差與空白色差相差不大，說(shuō)明PETS與色粉之間不會(huì)相互影響，且對(duì)PC黃變影響不大。

 

從圖7中最后兩個(gè)柱狀圖可以看出，抗氧劑＋色粉配合和三者配合后，PC均出現(xiàn)黃變?cè)龃蟮那闆r，說(shuō)明抗氧劑與色粉有相互影響，可能原因是抗氧劑自身或其高溫分解產(chǎn)物與色粉發(fā)生了反應(yīng)，影響了色粉的發(fā)色基團(tuán)。