聚丙烯非织造布的光老化研究

摘要：采用拉伸性能、差示扫描量热法（DSC）、红外光谱分析仪等现代化的分析手段，研究了普通聚丙烯非织造布与抗老化非织造布在紫外老化和自然老化过程中的性能变化，分析了其不同及机理，得出了适合的紫外老化条件。

关键词：聚丙烯非织造布；光老化；诱导期

1 试验

1.1 试样

普通纯聚丙烯纤维热粘合非织造布，68g/m2，黄色，山东俊富；抗老化聚丙烯纤维热粘合非织造布，75g/m2，淡蓝色，山东俊富生产。

Instron 5969型万能材料试验机，英国Instron公司；TA Q2000型差示扫描量热仪，美国TA公司；Nicolet 6700型傅立叶红外光谱仪，美国ThermoFisher公司。

1.3 试验

1.4 性能测试与表征

2 结果与讨论

2.1 力学性能

为便于分析，测试所有定期取样样品的断裂强力相对于原样的断裂强度保持率，并记录其断裂伸长率，结果如图1所示。

（a）普通聚丙烯非织造布

（b）抗老化聚丙烯非织造布

图1 非织造布断裂强度及断裂伸长率随时间的变化图

2.2 DSC热分析研究

（a）普通聚丙烯非织造布

（b）抗老化聚丙烯非织造布

图2 非织造布在自然老化及紫外老化条件下熔融峰随时间的变化

如图2（a）所示，自然老化过程中，普通聚丙烯非织造布的熔融峰在光老化进行两个月后逐渐由单峰变成了多峰，且熔融温度不断下降，这说明自然老化两个月后出现了明显的分子链断裂，分子量变小，分子量分布变宽；紫外老化过程中，普通聚丙烯非织造布的熔融峰峰型基本没有变化，但熔融温度不断下降，这说明在80h后出现明显的分子量下降，但分子量分布较自然老化更为集中。自然老化与紫外老化出现以上不同是由于自然老化过程中普通聚丙烯非织造布受到水的作用，羟基OH-的引入使得光老化反应向多个不同的方向进行，而紫外老化过程中没有水的作用，光老化反应的方向较自然老化更为集中。 如图2（b）所示，抗老化聚丙烯非织造布在自然老化条件下，8个月后才出现熔融温度下降，而在紫外老化过程中熔融峰几乎没有变化。这说明抗老化剂的加入有效地抑制了光老化反应的进行，使得分子量下降变缓。

如图3为所有定期取样的样品在自然老化及紫外老化条件下结晶峰随时间的变化。

（a）普通聚丙烯非织造布

（b）抗老化聚丙烯非织造布

图3 非织造布在自然老化及紫外老化条件下结晶峰随时间的变化

由图3（a）可知，普通聚丙烯非织造布的结晶温度在自然老化进行两个月后出现明显下降，在紫外老化80h后出现明显下降。结晶温度的下降是分子量及结晶度下降的表现，这说明普通聚丙烯非织造布在自然老化和紫外老化过程中均存在一个诱导期，验证了2.1中的结论。

由图3（b）可知，抗老化聚丙烯非织造布的结晶温度在自然老化过程中不断下降，在紫外老化过程中几乎不变，这是由于自然老化过程中杂质引入起到成核剂的作用，导致了结晶温度的下降，结合熔融峰的变化可以发现其分子量并没有太大的变化。

2.3 红外光谱分析

聚丙烯高分子材料在光老化过程中必然会形成新的基团，而红外光谱可以分析出新生成的基团以及分子结构变化等，根据所产生的羰基的吸收峰不同，还可以研究聚丙烯的光老化机理[5]，对所有定期取样的样品按1.4中所述扫描红外图谱，结果如图4所示。

（a）普通聚丙烯非织造布

（b）抗老化聚丙烯非织造布

图4 非织造布在自然老化及紫外老化条件下不同时间的红外图谱

由图4（a）可知，随着自然老化的进行，两个月时普通聚丙烯非织造布在1710cm-1和1656 cm-1处出现了吸收峰，随着时间的推移1656 cm-1处的吸收峰逐渐消失，而1710cm-1处的吸收峰不断增强；在紫外老化过程中进行80h后，普通聚丙烯非织造布在1710cm-1和1656 cm-1处出现了明显的吸收峰，1710cm-1处的吸收峰随着时间的推移不断增强，而1656 cm-1处的吸收峰有慢慢减弱的趋势。在自然老化及紫外老化条件下分别在两个月和80h时出现明显的吸收峰，这证明普通聚丙烯非织造布光老化诱导期存在，1656cm-1处可以判断为碳碳不饱和双键的吸收峰，属于光老化过程中的过渡产物的特征峰，1710cm-1处的吸收峰可以认为是聚丙烯光老化最终产物羰基官能团的特征峰，这说明虽然紫外老化在机械性能方面可以与自然老化相对应，但由于更为复杂的环境，自然老化的老化程度更高。

3 结论

（1）普通聚丙烯非织造布的光老化存在诱导期，在自然老化过程中约为一个月左右，而在紫外老化过程中则为60h左右，诱导期后分子量和结晶度会随光老化的进行迅速下降，宏观表现为断裂强度的急剧下降；在机械性能下降相同时，自然老化的光老化程度更高且更为复杂。

（2）抗老化聚丙烯非织造布的光老化过程中同样存在诱导期，这是由于抗老化剂的作用会慢慢消失，在自然老化过程中为6个月左右，而在紫外老化过程中则为600h左右，在这个过程中抗老化聚丙烯非织造布分子量及结晶度变化不大，断裂强度持续缓慢下降，但由于老化过程中自由基引起的交联作用，会出现断裂伸长率先下降后上升再下降的情况；抗老化剂的加入保护了叔碳原子不被氧化，可以有效抑制光老化反应的进行，在自然老化和紫外老化试验中均表现出良好的抗老化性。

（3）对于普通聚丙烯非织造布，紫外老化的时间需在80h～120h之间较为合理；对于抗老化聚丙烯非织造布，紫外老化的时间需在800h以上较为合理。

参考文献：

[2] 李宁，袁志磊，陆维民，等. 短周期非织造材料光降解性能及评价方法[J]. 上海纺织科技， 2014，

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[3] Gardette J，Sinturel C，Lemaire J. Photooxidation of Fire Retarded Polypropylene[J]. Polymer Degradation and Stability， 1999， 64

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[4] 解昊. 聚丙烯无纺布的光老化与降解[D].广州： 华南理工大学， 2012.

[5] 杨旭东. 聚丙烯土工织物的使用寿命预测[D].上海： 东华大学， 2005.