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色素碳黑在塑料中防紫外线的原理

2019-12-09 10:02:17

一般塑料暴晒与太阳底下,会因为紫外线产生光化学降解或者称之为光老化现象,从而表面开裂、发脆和机械性能下降。在聚烯烃塑料中,高密度聚乙烯的耐光性最好,低密度聚乙烯次之,甲基分枝较多的聚丙烯最差,塑料稳定性的顺序也是这样。

添加色素碳黑可以显著提高聚乙烯塑料的耐候性。塑料吸收紫外线,使得塑料表面的附近的分子分解并产生自由基,生成的自由基和氧及聚合物分子发生反应。产生过氧基再和聚合物发生反应,从而导致聚合物老化。

色素碳黑之所以能够阻止塑料发生老化现象,一方面是因为色素碳黑能够吸收紫外线,当分散在塑料中的炭黑聚集体和附聚体收到紫外线照射时,会引起紫外线的散射,散射光也被炭黑聚集体和附聚体吸收,从而使聚合物吸收的紫外线显著减少。另一方面,因为炭黑表面的烃基,羧基等含氧官能团和聚合物受紫外线照射分解后产生的聚合物反应,从而清除这些集团的作用,防止聚合物的进一步分解。

色素碳黑对塑料防紫外线的老化作用,取决于色素碳黑的粒径,结构和表面化学性。炭黑的粒径较小时表面积增大,吸收光或遮光能力增强,故紫外线防护作用增强,但是粒径比20nm更小时,防紫外线作用趋同于一般,原因是粒径较小,逆向散射减少,而继续向前的光会威胁聚合物的稳定性。

结构低,聚集体尺寸较小的时候,会增加逆向散射,因此会增强对聚合物的防护作用,这也是结构低的炭黑趋于较黑的原因。色素碳黑表面含氧官能团多,及表面挥发份较高时,能消除聚合物分解产生的基团,因此防护作用增强。

电缆护套,塑料管,农膜和汽车用工程塑料等常用于室外的塑料制品,通常需要添加1%到2.5%的,粒径20nm的炭黑以防护紫外线老化。