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當PC遇見紫外光

作者:admin    添加時間:2015-03-10 10:32:13    瀏覽量:7013

PC/ABS合金材料由于其優異的耐熱性、韌性、耐疲勞強度和電鍍性能,被廣泛應用在存在光線照射的汽車內外飾部件上。如果不要求這些材料有耐光老化的效果,輕則發生顏色、表面光澤變化,重則,發生物性損失從而產生制品損壞甚至安全隱患。

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那么,問題來了。

為什么PC/ABS合金的制品會在光照下產生顏色和物性的變化呢?

好吧,主頁菌帶大家先看看這些制品。


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一般PC/ABS的這些制品大多是有光照部分的裝飾件,為了美觀和安全考慮,它的表面都具有一些粗糙的皮紋,從而達到美觀和漫反射光線的效果。長期光照以后,這些皮紋會發生變化,從而導致了光澤度的不同。

可是為什么顏色和物性也會會發生變化呢?

我們把觀察的尺度縮小一下,放到微米的范圍。我們會發現PC和ABS分別獨立的分為兩個相。PC為連續相,稱為海相,ABS為分散相,稱為島相。這些結構的不同帶來了材料物理性質的不同。他們的變化,也導致了外觀的變化。

以下我們具體看看:當PC(聚碳酸酯)遇到紫外光會發生什么?


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為了詳細研究聚碳酸酯分子,我們把視野縮小到埃(也就是10-10m),我們可以看到聚碳酸酯的每一個重復單元是由很多的原子按照一定規律組合而成的,而這些原子之間又通過各種化學鍵連接在一起。這許多的重復單元按照獨特的規律連接在一起,帶來了PC獨特的特性。

我們再把目光往下放,我們可以看到碳原子上的p電子和空軌道如何和周圍的氧原子、氫原子以及碳原子是如何拉手成為好朋友的。

我們再把目光縮小一點,夸克在向我們招手,波粒二相性逐漸體現出來。哦,不,這個……我們走的有點遠,我們拉回到“?!边@個尺度。不同的分子鍵的能量(也就是鍵能)是不一樣的,于是,PC的重復單元我們可以這樣看:


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從這里,可以發現,在異亞丙基和碳酸酯碳氧鍵上,存在兩個最弱的鍵能。也就是說,這里是聚碳酸酯分子最薄弱的環節。

那么問題又來了,這些薄弱的環節是怎么發生變化的呢?

首先我們看看異亞丙基上的反應:

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在受到長波長的作用的時候,PC的分子更加容易在異亞丙基上發生斷裂,產生以上兩個形態的自由基,引發鏈式反應。

接著,我們再看看碳酸酯鍵上是怎么運作的:


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在受到短波長的作用的時候,PC的分子更容易發生上述兩種形式的重排。

在光、氧的作用下,會逐漸產生苯醌等生色基團,從而導致材料發生顏色變化。同時,分子鏈的斷裂,會導致分子量的降低,從而使得材料的物性發生劣化。

通過下圖的紅外我們也可以發現隨著光照時間的增加,在2h光照后,1690cm-1處的C=O伸縮振動發生降低:酯鍵斷裂并伴隨CO和CO2的散發。在1050cm-1處(碳酸酯鍵C-O的伸縮振動峰)的強度降低,也可以看出碳酸酯斷裂的發生


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主頁菌再帶大家直觀地看一下PC光老化的情況。下圖是光老化前后PC表面的SEM(掃描電鏡)照片。


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SEM顯示光照后出現黃色的突起物,直徑250nm,高度146nm。平均的表面粗糙度從25.59nm增加到39.82nm。

當然,其他組分也會對PC的光老化產生影響。比如,從SEM照片可以看出,下面這種酞青藍的色粉,就會導致PC的表面在光老化后發生粉化。


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那么問題再一次來了。

當PC遇見紫外光,我們該如何改善PC的耐候性呢?

目前常用的是通過添加耐候劑,如紫外線吸收劑和炭黑來解決。

當然,也有童鞋會添加HALS這種自由基猝滅劑,只不過,在濕熱老化以后,他會變成這樣:


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由于受阻胺的堿性的作用,會導致PC的降解,濕熱老化后,物性基本完全喪失,ASTM的拉伸樣條也完全發泡變形。

看到這里,主頁菌也是醉了。所以,為了您和他人的安全,HALS雖好,可不要貪心哦。在PC的體系里,呵呵,最好還是不要no zuo no die了。

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伊人