聚丙烯非織造布光老化性能方法

聚丙烯非織造布按耐用性能分為耐久性非織造布（如服飾用、土木建筑用）和環(huán)?？山到庑苑强椩觳迹ㄈ绛h(huán)保型購物袋、農(nóng)用非織造布地膜等）。聚丙烯非織造布在使用過程中發(fā)生的老化主要由太陽光中的紫外線輻射所引起，對聚丙烯非織造布光老化性能的宏觀評價方法有自然老化試驗法和人工模擬老化實驗法，微觀分析方法有特性粘度法、差示掃描量熱法、紅外光譜法等，本文將對聚丙烯非織造布光老化的反應(yīng)機理及其宏觀和微觀評價方法進行討論。

　　一、聚丙烯光老化反應(yīng)機理：

　　自上世紀80年代開始，眾多學(xué)者對聚丙烯的耐老化性能進行了廣泛而深入的研究，發(fā)現(xiàn)聚丙烯的老化主要與大分子鏈上大量存在的叔碳原子有關(guān)，由于叔碳原子具有較強的失電子能力，在有氧的情況下僅需很小的能量就可以使C—H鍵斷裂，形成活潑的叔碳自由基，在受到與聚丙烯中化學(xué)鍵鍵能相對應(yīng)的紫外光能量的作用后，引起分子鏈各種反應(yīng)發(fā)生，如鏈增長、鏈斷裂等，最后表現(xiàn)為聚丙烯材料的變色、強度下降、表面龜裂等老化現(xiàn)象。

　　太陽光中部分波長的紫外光能量與聚丙烯分子中某些化學(xué)鍵鍵能十分接近，所以聚丙烯中的相應(yīng)化學(xué)鍵可以吸收紫外線能量，導(dǎo)致化學(xué)鍵的斷裂，從而引發(fā)光老化。

　　Gardette等對聚丙烯光老化的反應(yīng)機理作了總結(jié)，其反應(yīng)機理為：活潑的叔碳原子在吸收了紫外光能量后，與空氣中的O2發(fā)生氧化反應(yīng)生成過氧化物，然后繼續(xù)在紫外光能量的作用下進一步發(fā)生鏈增長、鏈斷裂、鏈終止以及形成支鏈等反應(yīng)，最后表現(xiàn)為宏觀上的老化行為；不論聚丙烯光老化向什么方向進行，其最終產(chǎn)物中均有羰基的存在，所以很多研究人員采用羰基指數(shù)來表征聚丙烯光老化程度。這些研究成果為如何評價與衡量聚丙烯非織造布的光老化性能提供了一種新的思路，即通過各種手段分析光老化過程中的微觀變化評價其光老化性能，現(xiàn)代化的分析儀器可提供更加穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)，使評價結(jié)果更加準確可靠。

　　二、聚丙烯非織造布光老化性能的宏觀評價方法：

　　聚丙烯非織造布光老化性能的現(xiàn)有宏觀測試評價方法和標準主要分為自然老化和人工加速老化兩種方式。

　　1.自然老化

　　自然老化評價方法是把樣品在室外自然條件下暴露規(guī)定的時間，利用自然環(huán)境條件，包括日光、晝夜溫差、雨水以及空氣等對其進行老化試驗，評價其光學(xué)性能、機械性能及其他相關(guān)性能的變化。自然老化試驗接近于材料的實際使用情況，獲得的耐候性能比較可靠。

　　目前，我國聚丙烯非織造布的自然老化性能測試標準主要采用GB/T 3681—2011《塑料 自然日光氣候老化、玻璃過濾后日光氣候老化和菲涅耳鏡加速日光氣候老化的暴露試驗方法》，標準中有三種環(huán)境條件，可以根據(jù)實際的使用情況選擇實驗條件，有一定的針對性，但具有太多的不穩(wěn)定因素，如氣候變化、地理位置差異等，且時間較長。

　　由于自然老化試驗中的自然環(huán)境條件是不可控的，試驗的重現(xiàn)性和一致性很難保證，所以這種方法多用在特殊用途的特定產(chǎn)品上，且通常在其對應(yīng)的實際使用地點附近進行測試，如大型工程項目使用的耐久性土工布、特定環(huán)境使用的可降解型非織造布等。

　　2.人工加速老化

　　人工加速老化評價方法是采用實驗室光源（氙弧燈、熒光紫外燈或開放式碳弧燈模擬材料使用條件，使樣品在可控的溫濕度條件下暴露規(guī)定時間后，評價其光學(xué)性能、機械性能及其他相關(guān)性能的變化。

　　現(xiàn)在我國聚丙烯非織造布的人工加速老化性能測試標準主要有GB/T 16422《塑料 實驗室光源暴露試驗方法》系列標準，即等同采用ISO 4892《Plastics--Methods of exposure to laboratory light sources》系列標準。標準以“加速”和“強化”為特點，標準總則中明確說明試驗的結(jié)果僅能夠用于某一環(huán)境下暴露材料相對耐久性的比較，不能用于判定相同材料在不同環(huán)境下的相對耐久性，故測試其光老化性能時通常根據(jù)產(chǎn)品使用者的要求設(shè)定實驗條件與試驗周期，并采用與對照樣品的性能進行對比的方式對產(chǎn)品性能進行衡量。GB/T 16422系列標準中包括了氙弧燈、熒光紫外燈以及開放式碳弧燈加速老化三種試驗方法，可以模擬多種使用條件下的光照條件，且條件可控、時間更短、重現(xiàn)性和一致性更為可靠，適用于大多數(shù)產(chǎn)品。

　　自然老化和人工加速老化評價方法各有優(yōu)缺點：自然老化試驗更加接近實際使用情況，對于特定用途的產(chǎn)品光老化性能評價較為可靠；人工加速老化試驗條件可控，可以實現(xiàn)在不同時間對多種產(chǎn)品的光老化性能進行對比，結(jié)果具有較好的重現(xiàn)性和再現(xiàn)性。由于試驗條件不同，對同一樣品的自然老化結(jié)果和人工加速老化結(jié)果不具有可比性。

　　三、聚丙烯非織造布光老化性能的微觀評價方法：

　　非織造布光老化性能的宏觀變化與材料的微觀結(jié)構(gòu)變化密切相關(guān)，如相對分子質(zhì)量的變化和新官能團的產(chǎn)生，都會最終表現(xiàn)為其物理性能的變化，光老化的微觀結(jié)構(gòu)變化可通過特性粘度、差式掃描量熱（DSC）曲線、紅外光譜等方式來評價。

　　1.特性粘度

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