pp紡粘布抗光氧老化性能的研究

pp紡粘布抗光氧老化性能的研究

隨著非紡織法紡織品的發(fā)展，聚苯單一化（pp）的市場(chǎng)逐漸飽和，公司之間的競(jìng)爭(zhēng)日益激烈。因此，提高產(chǎn)品質(zhì)量，生產(chǎn)多樣化、多功能的產(chǎn)品是紡織印染公司必須解決的問題。PP抗光氧老化紡粘非織造布作為功能性PP紡粘非織造布的一種,由于其自身良好的物理和化學(xué)性能及加工流程簡(jiǎn)單等特點(diǎn),可廣泛用于汽車篷蓋布、果實(shí)套袋、農(nóng)用蔬菜大棚布等,對(duì)其的開發(fā)研究越來越受到人們的重視。本文利用ZN-P型紫外線耐氣候試驗(yàn)儀加速PP抗光氧老化紡粘非織造布的老化過程,通過檢測(cè)老化前后斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率的變化,研究不同種類的抗光氧老化劑及其添加量對(duì)PP抗光氧老化紡粘非織造布性能的影響,從而為PP抗光氧老化紡粘非織造布的研制提供理論參考。1主要工藝參數(shù)本文采用Recofil-Ⅲ型紡粘生產(chǎn)線進(jìn)行PP抗光氧老化紡粘非織造布試制,其面密度為50g/m2。生產(chǎn)工藝流程:PP切片及各功能母粒按比例混配→螺桿擠壓機(jī)熔融擠出→計(jì)量泵計(jì)量→噴絲板紡絲→冷卻吹風(fēng)→氣流牽伸→分絲鋪網(wǎng)→熱軋加固→切邊卷繞→PP抗光氧老化紡粘非織造布卷材。在生產(chǎn)過程中,根據(jù)抗老化劑的種類和質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同,工藝參數(shù)需稍有改變,主要工藝參數(shù)如表1所示。由抗光氧老化機(jī)制可知,用于PP的抗光氧老化劑有紫外線吸收劑、激發(fā)態(tài)猝滅劑、氫過氧化物分解劑和自由基捕獲劑4種。在研制PP抗光氧老化紡粘非織造布的過程中,根據(jù)實(shí)際情況,選取了廣泛應(yīng)用于PP切片抗光氧老化的2類光穩(wěn)定劑:紫外線吸收劑類和自由基捕獲劑中常用的受阻胺類抗光氧老化劑。PP抗光氧老化紡粘非織造布的主體原料用上海賽科石油化工有限責(zé)任公司生產(chǎn)的S2040PP切片,熔融指數(shù)為35.4g/10min。為分析抗光氧老化劑的種類、質(zhì)量分?jǐn)?shù)、色母粒等因素對(duì)PP紡粘非織造布的抗光氧老化性能的影響,本文根據(jù)現(xiàn)有條件和試驗(yàn)的需要,設(shè)計(jì)了幾種配方,見表2。2性能試驗(yàn)2.1自然老化試驗(yàn)利用ZN-P型紫外線耐氣候試驗(yàn)儀,通過人工老化試驗(yàn)?zāi)M自然老化,按照GB/T18244—2000《建筑防水材料的老化試驗(yàn)方法》進(jìn)行老化試驗(yàn),老化時(shí)間為96h。2.2斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率按照企業(yè)標(biāo)準(zhǔn),采用YG026C型拉伸儀進(jìn)行斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率測(cè)試,試樣尺寸為5cm×20cm,夾持距離為10cm,拉伸速度為200cm/min。2.3抗疲勞性能將老化前后試樣的斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率之差與老化試驗(yàn)前相應(yīng)的數(shù)值相比,通過斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率的損失值來表征產(chǎn)品抗光氧老化性能的好壞。3分析與討論的結(jié)果3.1紫外線吸收劑的應(yīng)用PP抗光氧老化紡粘非織造布的生產(chǎn)主要是在紡絲過程中添加抗光氧老化劑母粒來實(shí)現(xiàn)。添加不同的抗光氧老化劑,生產(chǎn)出的PP紡粘非織造布抗光氧老化性能會(huì)有差異,這與抗光氧老化劑的作用機(jī)制、PP切片的相容性、在PP切片中的分布狀態(tài)等因素有關(guān)。表3示出采用不同種類抗光氧老化劑的PP紡粘非織造布抗光氧老化性能的測(cè)試結(jié)果。由表3可以看出,在老化試驗(yàn)箱里經(jīng)光照96h后,沒添加抗老化劑的1#試樣其斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率在縱橫向分別下降了51.3%、31.2%和43.0%、51.8%;而添加了紫外線吸收劑的2#試樣只下降了34.8%、30.5%和25.3%、12.2%,比1#試樣的耐老化性能提高了16.5%、0.7%和17.4%、39.6%;添加了受阻胺類抗老化劑的3#試樣其耐老化性能比未添加抗老化劑的1#試樣的耐老化性能提高了33.6%、11.5%和28.2%、31.3%。這個(gè)結(jié)果表明,添加抗老化劑后,試樣的抗老化性能都有很大程度的提高,而添加了受阻胺類抗老化劑后產(chǎn)品的抗老化性能提高的程度更大。2#試樣的抗光氧老化性能提高的原因主要是因添加的二苯甲酮類紫外線吸收劑有選擇性地吸收了對(duì)聚合物有害的太陽光紫外線。這類鄰羥基芳香化合物紫外線吸收劑可形成分子內(nèi)氫鍵螯合環(huán),其耐光性源于它們能通過非?？焖俚募ぐl(fā)態(tài)分子內(nèi)質(zhì)子轉(zhuǎn)移和高效無輻射去活性的過程進(jìn)行可逆酚式-醌式互變異構(gòu)轉(zhuǎn)換循環(huán),從而有效地將激發(fā)能轉(zhuǎn)化為無害的熱能,使添加了紫外線吸收劑類抗光氧老化的PP紡粘非織造布的抗光氧老化性能有了一定程度的提高。與2#試樣相比,添加了受阻胺類抗光氧老化劑的3#試樣的抗光氧老化性能有了更大的提高。這是因?yàn)?受阻胺類抗光氧老化劑加入到PP紡粘非織造布中后,它在光氧化老化過程中的主要功能在于對(duì)PP紡粘非織造布起光穩(wěn)定化作用,即PP受光引發(fā)后的氧化反應(yīng)主要是以分子鏈斷裂反應(yīng)為主,而受阻胺在起穩(wěn)定化作用的同時(shí),自身發(fā)生了氧化反應(yīng),產(chǎn)生了氮氧基,這個(gè)基團(tuán)可以捕獲斷裂后的大分子烷基,從而延緩PP分子鏈中羰基的形成和集聚,使得添加此類抗光氧老化劑的PP抗光氧老化紡粘非織造布的抗老化性能更加優(yōu)越。本文選用受阻胺類抗光氧老化劑作為研制PP抗光氧老化紡粘非織造布的首選抗光氧老化劑。3.2抗光氧老化紡粘非織造布的分布與結(jié)構(gòu)除了抗光氧老化劑的種類,其添加量也嚴(yán)重影響PP紡粘非織造布的抗光氧老化性能。如果混料時(shí)抗光氧老化劑大量粘結(jié)在混料器內(nèi)壁,或在高溫加工時(shí)揮發(fā)量過高,則PP紡粘非織造布中實(shí)際光穩(wěn)定劑的比例將遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于配方設(shè)計(jì)的量。加工時(shí)抗光氧老化劑與樹脂如混合不均勻,生產(chǎn)出的產(chǎn)品性能也不穩(wěn)定,因此,PP紡粘非織造布的力學(xué)性能受抗光氧老化劑的分布不均勻的影響極大,局部的力學(xué)性能低導(dǎo)致抗光氧老化紡粘非織造布提前失去使用價(jià)值。為研究抗光氧老化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)產(chǎn)品抗光氧老化性能的影響,選用性能較好的受阻胺類抗老化劑,其質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0、0.5%、1.5%、2%、2.2%、5%。質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)PP紡粘非織造布的抗光氧老化性能的影響如圖1所示。從圖中可明顯看出,隨著抗光氧老化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加,斷裂強(qiáng)度損失率逐漸減小,說明產(chǎn)品的抗光氧老化性能提高。當(dāng)添加量從0.5%增加到1.5%時(shí),強(qiáng)度損失值增大,這說明添加量小時(shí),雖然抗光氧老化劑起作用,但其破壞了PP單組分的均一相,使得纖維的薄弱點(diǎn)增多,導(dǎo)致纖維斷裂強(qiáng)度損失值增大。當(dāng)添加量從1.5%增加到2%時(shí),斷裂強(qiáng)度的損失值急劇下降,這時(shí)老化劑的作用明顯,抗光氧老化性能有很大的提高。當(dāng)添加量從2%增加到5%時(shí),抗光氧老化性能又有了一定的提高,但變化趨于平緩。這說明,當(dāng)抗光氧老化劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%左右時(shí),其添加量基本趨于飽和,再加入時(shí)抗光氧老化性能提高不是很明顯,但成本會(huì)急劇增加,因此,從原料的成本和抗光氧老化性能綜合考慮,添加量在2%~2.2%之間比較合適。3.3添加白、灰、紅、黑4種色母粒后pp抗光氧老化性能的對(duì)比目前市場(chǎng)上PP抗光氧老化紡粘非織造布的需求量越來越大,不同顧客對(duì)產(chǎn)品的外觀要求各不相同,其中PP抗光氧老化紡粘非織造布的顏色是首要考慮的因素之一,所以在研制PP抗光氧老化紡粘非織造布時(shí)必需加入一定量的色母粒,從而生產(chǎn)出不同顏色的PP抗光氧老化紡粘非織造布。研究表明,許多顏料是有效的光屏蔽劑,將它們添加至聚合物中除著色外,還能起到遮蔽紫外輻射和吸收紫外線的作用,從而減少紫外線對(duì)聚合物的直接作用,起到一定的抗光氧老化功能。表4示出添加白、灰、紅、黑4種色母粒后PP抗光氧老化抗紡粘非織造布的老化性能測(cè)試結(jié)果。由表可以看出,本文試驗(yàn)中灰、白、紅、黑4種PP紡粘非織造布的抗老化性能呈現(xiàn)一個(gè)上升的趨勢(shì)。這是因?yàn)?在PP紡粘非織造布加工過程中添加的黑色母粒的成分為炭黑,炭黑除了具有優(yōu)異的紫外光屏蔽效果外,還兼具抗氧化作用,也是有效的氧化抑制劑,在加入相同量的受阻胺類抗光氧老化劑后,能發(fā)揮一定的協(xié)同效應(yīng),因此其抗光氧老化性能最好。而鎘紅顏料對(duì)紫外線的吸收和屏蔽作用相對(duì)炭黑要弱一些,因此紅色PP紡粘非織造布抗光氧老化性能次之。而白色色母粒的主要成分是鈦白,顏色最淺,但研究表明,淺色顏料與受阻胺類抗光氧化劑的協(xié)同效應(yīng)最好,本文得到的白色PP紡粘非織造布抗光氧老化性能優(yōu)于灰色PP紡粘非織造布的結(jié)果與此相同。這說明,色母粒對(duì)PP紡粘非織造布的光穩(wěn)定性能也有較大的影響,因此在使用的過程中應(yīng)謹(jǐn)慎,以免影響紡粘制品的抗老化性能。4pp紡粘非織造布的抗光氧老化性能1)在相同添加量的情況下,添加受阻胺類抗老化劑的PP抗光氧老化紡粘非織造布性能要比添加紫外線吸收劑的