光稳定剂对聚碳酸酯（PC）变黄、物性的影响

聚碳酸酯在长时间阳光照射之下，会吸收紫外光而发生光降解现象。照射紫外光会产生Photo-Fries重排现象导致黄色物质产生，从而影响聚碳酸酯产品的外观。添加光稳定剂能够起到有效的保护作用以及对紫外光的阻隔效果。聚碳酸酯（PC）是一种无定形、透明的热塑性聚合物，具有优良的机械性能及高耐热性等特点。可通过挤出、注射、压延等加工方式，制作成薄膜、板材以及各型组件。其适用的范围相当广泛，常见的应用有镜片、遮阳板、运动用品等相关应用产品。聚碳酸酯在长时间阳光照射之下，会吸收紫外光而发生光降解现象。Rivaton等利用傅里叶红外光谱（FTIR）和紫外线（UV）进行光老化测试，提出了聚碳酸酯的降解机制（如图1所示）。而Andrady等的研究显示，聚碳酸酯在照射紫外光会产生Photo-Fries重排现象导致黄色物质的产生，从而影响聚碳酸酯产品的外观。高分子降解的连锁反应如图2所示。X基团︰（树脂中的发色基团）在照射了紫外光后，产生自由基攻击高分子，进而产生连锁反应。光稳定剂主要可分为两种：紫外光吸收剂（UVA）和受阻胺光稳定剂(HALS)。UVA是吸收紫外光并转换成热，避免紫外光对高分子的破坏；而HAIS则是捕捉自由基，使连锁反应中止，进而降低高分子降解的程度。1光稳定剂对产品的影响1.1紫外光阻隔能力PC属于透明度高的高分子树脂，故可使用于镜片、遮阳板、车窗等。添加光稳定剂除了降低产品的降解之外，还能增加产品的紫外光阻隔率，使PC产品能对内/下层物产生保护，可提升产品的附加价值。如图3所示，在波长320~400nm之间，空白样品的平均透过率为56.72%，添加0.5%EV72可使平均透过率下降至0.185%，而添加0.5%EV234可使平均透过率下降至0.106%。上述结果表明添加（UVAEV72和EV234)能有效阻隔紫外光。按照Beer's定律，吸收度会随着样品的厚度和物质的浓度增加而提高，如公式所示:A=α×LXC式中，A–吸收度；α–消光系数；L–光径长；C–浓度。吸收度愈高，紫外光阻隔率愈高。如图4、5所示，在320~400nm波长范围内，添加0.25%EV72后，PC试样的平均透过率为3.850%，添加1.0%EV72后平均透过率下降至0.503%；而添加0.25%EV234的PC试样的平均透过率为1.040%，添加1.0%EV234后平均透过率降至0.018%。可见，添加了EV72和EV234的穿透图谱显示出浓度效应。1.2耐黄变性能PC因为吸收紫外光将产生光降解现象，导致产品黄变，这个问题对生产厂商和产品使用者而言是一大困扰，通过添加光稳定剂可降低产品黄变现象。如图6和图7所示，分别添加0.3%光稳定剂进行QUV（340nm)全照光加速老化实验，添加EV72和EV234能使空白试样照射1000h的△YI值由原本的30.89降低至12左右。HALS对聚烯烃的稳定作用是众所皆知的，但在PC中的应用则非常少见。本研究添加不同相对分子质量和不同类型的HALS在PC中，探讨HAIS对PC的耐候保护性。实验结果如图7、8所示，N–H型EV90、EV91分别将△YI值降低至26.1、24.6，而且EV91比EV90的保护性更好些，但二者的差异不是很明显。而N–OR型的EV95可使△YI降低至20.9，其效果明显比N–H型HALS更佳。1.3物性的保护在耐候测试里，除了观察PC试样的颜色变化之外，另一个重点就是考察其物性的保留率。本研究按照ASTMD638规范，测试PC试样经紫外线照射750h后（依照ASTMG154-1规范进行耐候测试)，其断裂伸长率的变化，结果如图9所示。空白试样紫外照射750h后，其断裂伸长率由118%下降至11.6%左右，添加0.5%光稳定剂在PC中，照射750h后，断裂伸长率只下降至约65%左右。进一步将照射时间延长至1500h，利用回归方程式计算耐候过程中断裂伸长率衰退至原来的50%所需要的时间，结果如图10所示。空白试样照射约490h，断裂伸长率保留率只剩下约50%，而添加UVA的PC则可达到1050h左右，其断裂伸长率保留率才会下降至50%。这说明UVA可防止紫外光对于PC的破坏，提升PC的耐候性能。1.4光稳定剂残留率将经过耐候试验的试样溶解于四氢呋喃（THF)中，利用HPLC测定试样中UVA添加剂的残留量,结果如表2所示，添加EV72和EV234的PC试样经过耐候试验后，其UVA保留率约95%以上，这可说明在1.3节所述的拉伸测试结果中，EV234和EV72的表现相当。2结论1）添加0.5%的UVA（EV72和EV234）能使紫外光平均透过率（320~400nm）由56.72%下降至0.106%（以EV234为例)，能明显降低紫外光的透过率。且随着紫UVA的添加量增加，紫外光阻隔率也有所增加。2）添加UVA能使PC的△YI由30.89下降至12左右，能明显延缓PC的黄变现象。而且就HAIS的添加对于PC的黄变现象保护效果而言，高相对分子质量和低相对分子质量HALS的差异并不显著，N–OR型HALS效果比N–H型HALS表现更