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主要吸收位于波长260nm附近,添加剂或处理过程会对其耐候性能产生一些不利的影响
发布时间:2020-03-31 17:28
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耐候PC/ABS发布于:2019-05-12 16:17发布人:chsj145来源:PC/ABS合金 耐候PC/ABS点击量:188耐候级PC/ABS)常采用的方案如下: 添加耐候剂。添加时应考虑与基材的匹配性。应尽量避免使用受组胺类光稳定剂。大部分的受组胺光稳定剂属于弱碱物质,很容易使PC降解,导致材料的性能下降。 提高色粉浓度,并尽量避免使用荧光增白剂OB。如金红石型的钛白粉能屏蔽紫外线,不易变色;炭黑能吸收紫外线灯。通常荧光增白剂通过吸收波长为300-400nm的紫外光,能发射出500nm以下的蓝光或蓝紫光达到使制品增白和增亮的效果,在长期使用过程中容易使分子活化,导致分子链断裂,表现出来就是产品发黄、变脆,在耐候要求较高的白色产品中慎用。

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。

ABS树脂是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯组成的三元共聚物,三种聚合物协同作用,所以具有表面硬度高、坚韧、耐低温冲击性好、耐蠕变性好、尺寸稳定性好、成型收缩率小等优异性能,但其氧指数仅18.3 3~20 (< 21 ),属于易燃材料,这已成为ABS树脂进一步推广应用和发展的一大障碍。在ABS消费结构中主要是家用电器 、机械配件 、办公用品和用具等。如电视机、电冰箱、洗衣机、电风扇、空调、计算机、复印机、电话、吸尘器等,此外还有汽车、摩托车和管道等。上述用途中ABS主要做内外壳体、支撑和各种零配件,同时ABS在通讯器材、商品器材、文教娱乐用品及建材的需求前景也十分看好。随着科技进步和生活质量的提高,人们安全意识越来越强,国内外对汽车、建筑、家用电器、办公用品等方面使用的塑料材料提出了严格的防火阻燃要求,制定了相应的技术标准与规范。为此,研究和开发ABS阻燃新技术已显得十分重要。目前ABS树脂的阻燃研究主要采用的方法有以下几种:● 在合成中添加反应型阻燃剂作为第四单体进行聚合,其缺点是工艺复杂,成本高且不易控制。● 加入具有阻燃性且与ABS有一定相容性的聚合物,如PVC、CPE等。● 添加阻燃剂。添加的阻燃剂分为无机和有机两大类,其中含卤有机类的阻燃剂阻燃效果好,但存在燃烧时发黑烟和耐候性差的缺点。无机的阻燃剂主要是氢氧化铝、氢氧化镁等,这类阻燃剂只有大量添加才能达到一定的阻燃效果,但会使ABS的力学性能和加工性能恶化。● 复合方法。即将上述第2、3种方法结合起来,对ABS的阻燃性能、力学性能、消烟性能进行综合的研究,从而得到较为理想的阻燃ABS合金材料。ABS的“阻燃添加剂”对ABS塑料具有较好阻燃作用的主要有磷系、卤系有机物及某些无机化合物,其中无机阻燃剂在ABS中添加量需要达到 40%以上才有较明显的效果,同时由于其添加量大,因此会严重损害ABS的物理力学性能。而磷系阻燃剂品种、数量较少,且多数又为液体和低熔点化合物,不适用于ABS的造粒加工工艺。因此,当前对于ABS的阻燃体系主要采用卤系阻燃剂,其中阻燃效果最好的为含溴有机化合物,如十溴联苯醚 (DBDPO)、四溴双酚A等。聚氯乙烯和CPE由于其与ABS良好的相容性和高含氯量,因而既是ABS的一种高效阻燃剂,又可作为ABS的共混改性组份。用它还可以降低小分子阻燃剂对ABS的力学损失,但在使用过程中应充分考虑到其热稳定性差的缺点。研究表明,十溴联苯醚和Sb2O3共同使用具有协同效应。当DBDPO/Sb2O3为 2∶ 1时,阻燃效率最好,氧指数最高。其阻燃机理为:卤素阻燃剂分解产生的卤化氢气体是不燃性气体,有稀释作用,且卤化氢能够抑制高聚物燃烧的连锁反应,同时加入辅助阻燃剂Sb2O3与HBr反应得SbBr3相对密度很大,覆盖于聚合物表面。另外,生成的SbBr3 在高温下分解,产生固体小颗粒分散于气相中,起到隔绝空气和热的作用。提高阻燃ABS冲击性能大部分阻燃剂的加入肯定会对ABS的力学性能带来影响,尤其是冲击强度会有所下降。为提高阻燃ABS的冲击强度,主要采用以下几种方法:● 添加与ABS相容性好的树脂。大量的研究表明,PVC、CPE在提高ABS的阻燃效果的同时都能改善它的冲击性能,而SBS等橡胶也能提高阻燃ABS的冲击强度,但会不同程度降低体系的阻燃性,需补充一定的阻燃剂用量以保持阻燃效果。ABS中添加 PC可明显提高阻燃性能,从而达到减少阻燃剂的添加量的目的,减少由于阻燃剂的加入而对冲击强度带来的影响。● 对阻燃剂的表面进行偶联处理。这一点尤其在大量使用无机阻燃剂如A1(OH)3、Mg2时尤为重要。经钛酸酯偶联剂表面处理过的Mg2,因与ABS树脂的相容性有所改善,冲击强度略有增加,同时有利于阻燃效果的提高。● 使用粒径更小的无机阻燃剂,对冲击性能的损失会更小。● 不同的溴类阻燃剂对ABS的力学性能的影响也不同ABS的低烟化研究在阻燃ABS的研究中,采用溴类的阻燃剂虽然添加量少,阻燃效果好,但在燃烧时冒黑烟,且有许多黑色的扬灰,对环境带来严重的污染。因此在使用溴类阻燃体系时,最好同时加入抑烟剂,A1 3、Mg2和MoO3等。研究表明,阻燃体系中引入ATH以后,不仅提高了体系的阻燃效果,同时有效地抑制了体系燃烧时产生的大量烟雾。这一结果是由于三水合氢氧化铝含有 34.6 %的键合水,受热后会释放出大量水蒸气,起到了降温作用。且每克ATH要吸收1.97KJ热量,同时在燃源和基材间形成不燃屏障,起到了阻燃的作用。另外A13有较大的表面积,能吸附烟核和烟颗粒,起到消烟作用。三氧化钼亦有阻燃和抑烟的双重作用,它与三水合氢氧化铝和氧化锑都显示出了一定的协同效果。阻燃ABS的耐候性ABS分子链中由于存在不稳定的双键,易热氧老化和光老化,而一些卤素阻燃剂的光稳定性较差,使得阻燃ABS的耐侯性不好,颜色稳定性差,限制了ABS在户外的应用。因此,对于ABS耐侯性的研究主要集中在三个方面。首先,使用耐侯性、稳定性好的阻燃剂,这方面无机阻燃剂就有它的优点。而不同溴类阻燃剂的耐侯性是有差异的,十溴联苯醚是目前我国用量最大的阻燃剂之一,但由于分子结构中存在醚键,键间的结合力较差,所需的能级跃迁的能量低,易吸收紫外光能量而产生活性自由基,既影响阻燃剂本身的紫外光稳定性,又会引发ABS分子链自由基的降解。四溴双酚A在ABS中的耐紫外光老化性能就要优于十溴联苯醚,这是因为十溴联苯醚的两个苯环之间是由氧原子连接,氧上的孤对电子与其两边的苯环上的电子云产生共轭效应,从而可使联苯醚自由基稳定存在,导致更多的溴自由基产生引发ABS的降解。而四溴双酚A两个苯环之间是由碳原子连接,没有共轭效应,使自由基引发ABS的降解能力降低。其次,紫外吸收剂、热稳定剂和光稳定剂复合使用。在TBBPA/Sb2O3复配阻燃的ABS共混物中单独添加苯并三唑类紫外光吸收剂或受阻胺光稳定剂都能使共混物在300h氙灯照射后的ΔE减小,同时共混物力学性能的下降幅度也有所减缓。苯并三唑类紫外光吸收剂是一种具有共轭大π键分子结构的化合物,当氙灯照射到测试样品表面时,分散在共混物中的苯并三唑类化合物能够吸收300~380nm波长的紫外光并导致苯环中的电子向高能级跃迁。由于其存在共轭大π键,能保持化合物的稳定性,因而减弱了紫外光对ABS的降解作用。受阻胺光稳定剂则是一种含有氮杂环的化合物。由于这种化合物的分子结构中存在大量空穴,能够吸收自由电子,因此,当共混物受氙灯照射并产生溴自由基,受阻胺光稳定剂可以捕捉一部份溴自由基,减弱紫外光对ABS的降解程度。但大部分受阻胺类的光稳定剂显弱碱性,而大多数卤素阻燃剂属于酸性,二者的复合使用降低了这类光稳定剂的效果。第三,TiO2 紫外线屏蔽剂能提高ABS耐候性能。金红石晶态的TiO2 是一种白色颜料,其粒子直径为 200~ 300nm,正好是可见光波长的一半,因此添加到聚合物中能够对日光起到折射作用。大量TiO2 粒子产生的折射光会发生漫射,从而使聚合物变成白色。TiO2 粒径又恰好与日光中的紫外光波长相当,能够对紫外线产生反射和阻隔作用。同时能够与起化学作用的苯并三唑类紫外光吸收剂和受阻胺光稳定剂产生协同效应,使ABS具有优异的耐候性能,且在长期使用过程中的力学性能不出现下降。 (end)

在开发新材料或者增加材料的用途时,应该要考虑到材料的性能将会如何受到气候的影响。一个经过精心设计的耐候测试程序可以识别出这些可能产生的问题,可惜一些产品的生产商和他们的顾客并没有真正地理解这类测试。

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!

塑料零件的耐候测试是防止材料产生一些可能性失效的关键一步。在生产商设计和选择材料时,耐候测试服务的义务也逐渐列入于产品的需求上。在这种压力下,生产商利用一些新材料和新的添加剂来作为解决的办法。如果不进行测试,改变树脂,添加剂或处理过程会对其耐候性能产生一些不利的影响。

一、首先,我们来了解下市面上有哪些常用的紫外吸收剂?

塑料材料产生问题的原因

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。

塑料材料的失败主要有三个原因:结构设计时未考虑到最终使用环境;使用产品时未考虑到其设计参数;对加工过程或原料有改动影响了产品性能。

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。

这些问题包括产品的颜色和表面形貌的改变,例如发黄、褪色、变色或者失去了光泽。对于其他的一些产品,这些问题还指材料的完整性或一些物理性能的改变,例如尼龙在洗衣机里逐渐磨损而逐渐变脆,从而破裂。

③ 受阻胺类: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。

产生问题的一些新因素

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。

在某些应用领域,塑料产品需要先进行耐候测试才可以进入。比如交通控制产品的制造者会对产品样本进行户外测试,有时候他们会很惊奇一些产品对于当地的环境具有出乎意料的敏感性。

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。

一些新的聚合物,例如茂金属类化合物以及一些共聚混合物和合金等新材料的耐用性仍然是个很大的问题,至今仍然没有足够的检测方法。同样,一些新的着色剂具有着未预料到的色牢度和耐光性问题。

1、ABS的光稳定化

在使用中,塑料家具某部分在经过从窗外射进的太阳光的短期照射后,表现出严重的褪色和变色。这种产品首先表现出整体的褪色,然后是色调转移成棕褐色,进而变绿,这正如有机着色剂在不同的比例下失去不同的饱和性一样。

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。

室内的紫外光照射可能并不是唯一的关键褪色因素,通过聚丙烯荧光仪表灯的照射证明确实是这样,由于附近灯光的照射,材料表现出褪色,并逐渐变白而脆,而远离灯光的部位并未表现出这些明显的现象。

表1. 2mm厚注塑ABS样板经光照后贮存于暗处的颜色变化

来源于不同工厂相同规格的树脂在性能上也可能有所不同,所有这些都会影响到产品的生产和性能上——包括它的耐候性能。这种情况尤其体现在一些半结晶的聚合物,例如聚丙烯。造粒过程中水源的不同也会影响原料的钙含量,导致耐候性能的不同。

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