抗老化防护涂料的制备及其防护效果的研究.pdf

全国中文核心期刊新癯建巍粉撕 中国科技核心期刊 抗老化舫护涂料的制备 及其防护效果的研究 杨稳华 余剑英 吴敏 吴力立 武汉理工大学材料科学与工程学院 湖北武汉4 3 0 0 7 0 摘要 以有机硅溶液为成膜剂 分别添加不同类型的抗氧剂 光稳定剂 制备了抗老化防护涂料 通过热和紫外光老化前后力学 性能变化 评价不同组成的抗老化防护涂料对P V C 卷材的防护效果 结果表明 不同抗氧剂制备的抗老化防护涂料对P V C 卷材的 热氧老化性能均有一定程度的改善效果 其中抗氧剂1 0 1 0 的改善作用最为显著 不同光稳定剂制备的抗老化防护涂料对P V C 卷材 的紫外老化性能也有良好的改善作用 尤以U V 7 7 0 效果最佳 添加抗氧剂1 0 1 0 与U V 7 7 0 复合制备的抗光热老化防护涂料进一步 提高了P V C 卷材的抗紫外光老化性能 关键词 抗氧剂 光稳定剂 抗老化防护涂料 防护效果 中图分类号 T U 5 6 1 6 9 文献标识码 A文章编号 1 0 0 1 7 0 2 x 2 0 1 6 0 5 一o 0 0 5 0 4 P r e p a r a t io no fa n t i a g in gco a t in ga n dit sp r o t e ct io n e f f e ct s Y AN GW e 砒眦 Y U 血m 咖唱 形UM in W UL ilt S ch o o lo fM a t e r ia lsS cie n cea n dE n g in e e r in g W u h a nU n iv e r s it yo fT e ch n o lo g y W u h a n4 3 0 0 7 0 C h in a A b s t r a ct A n t i a g in gco a t in gw a sp r e p a r e db ya d d in gd if f e r e n tt y p e so fa n t io x id a n t s a n dlig h ts t a b iliz e r sin t oo r g a n ics ilico n s o lu t io nw h ichu s e da sf ilm f o r m in g a g e n t T h ep r o t e ct io n e f f e ct so fa n t i a g in g co a t in g st oP V Cw e r ee v a lu a t e db yin v e s t ig a t in g m e ch a n ica l p r o p e r t ie sb e f o r ea n da f t e rh e a ta n du lt r a v io le ta g in gt e s t T h er e s u lt ss h o wt h a ta n t i a g in gco a t in g sp r e p a r e db yd if f e r e n ta n t io x id a n t sca nim p r o v et h er e s is t a n cet ot h e r m a l o x id a t iv e a g in go f P V Ct os o m ee x t e n ta n dt h eim p r o v e m e n to fa n t io x id a n t lO lOist h em o s t s ig n if ica n t A n t i a g in gco a t in gp r e p a r e db yd if f e r e n tlig h ts t a b iliz e r sa ls o h a sag o o de f f e cto nim p r o v in gt h er e s is t a n cet ou lt r a v io le ta g in go fP V C e s p e cia llyf o r t h eU V 7 7 0 A n t i a g in gco a t in gp r e p a r e db yt h eco m p o s it eo fa n t io x id a n t1 0 1 0 a n dU V 7 7 0ca nf u r t h e rim p r o v et h er e s is t a n cet ou lt r a v io le ta g in go fP V C K e yw o r d s a n t io x id a n t lig h ts t a b iliz e r a n t i a 百n gco a t in g p r o t e ct io ne f f e ct 高分子材料在户外服役过程中 受光 热 氧等外界环境 作用会发生降解或交联反应 导致其性能劣化 从而影响材料 的使用寿命 为延长高分子材料的服役寿命 通常采用内 掺抗氧剂和光稳定剂等防老化剂来提高高分子材料的抗老化 性能M 然而 防老剂的加入会对制品性能产生一定的负面 影响 同时由于紫外光只对高分子材料的表面层 约0 2m m 有影响 8 I 因而内掺光稳定剂对材料抗紫外光老化防护效果 有限 为避免内掺防老剂对高分子材料性能的影响及内掺光稳 定剂对紫外线防护效果差的不足 防老化涂料已被研究与应 用 如吴鹏唧以对紫外光有很好屏蔽吸收作用的纳米T iO 为 填料 研制出一种橡胶制品表面用抗老化防护纳米涂料 以改 善橡胶制品的耐光氧老化性能 黄云 1 0 t 采用光稳定剂和光屏 蔽剂制备了沥青路面紫外防护涂料 以提高沥青耐紫外光老 化性能 本文以有机硅为成膜剂 通过加入抗氧剂和光稳定剂来 制备抗老化防护涂料 以聚氯乙烯 P V C 卷材作为基材 通过 力学性能测试 评价了不同种类的抗氧剂和光稳定剂制备的 抗老化防护涂料对热和紫外光的防护效果 研究确定了抗老 化防护涂料中抗氧剂和光稳定剂的种类和适宜掺量 基金项目 国家科技支撑计划课题 2 0 1 5 B A B 0 7 8 0 4 1实验 收稿日期 2 0 1 6 一0 1 2 6 修订1 5 t 1 朝 2 0 1 6 0 2 2 8 1 1 实验原料 作者简介 杨稳华 女 1 9 9 0 年生 湖北黄冈人 硕士研究生 通讯作者 有机硅溶液 由硅树脂溶液 渗透剂和增粘剂组成 固含 余剑英 地址 武汉市洪山区珞狮路1 2 2 号 E m a il j y y u w h u t e d u cn 量为2 5 湖北环宇化工有限公司生产 三 2 4 一二叔丁基 NE WB U IL D I N GM A T E R I A L S 5 杨稳华 等 抗老化防护涂料的制备及其防护效果的研究 亚磷酸酯 抗氧剂1 6 8 B 一 4 一羟基一3 5 一二叔丁基苯基 丙 酸正十八碳酸醇 抗氧剂1 0 7 6 1 四 1 3 37 57 一二叔丁基一4 7 一羟 基苯基 丙酸1 季戊四醇酯 抗氧剂1 0 1 0 2 一羟基一4 一正辛氧 基二苯甲酮 U V 5 3 1 双 2 2 6 6 一四甲基 4 一哌啶基 葵二酸 酯 u v 一7 7 0 邻羟基苯甲酸 水杨酸 均为南京米兰化工有 限公司生产 P V C 卷材 厚度为2m m 抗拉强度6 1 5M P a 断 裂伸长率1 5 2 耐热1 0 0cc 耐寒一3 0 泉州市祥和塑料片 材有限公司 1 2 抗老化防护涂料的制备 抗热氧老化防护涂料的制备 选择适宜的有机溶剂分别 溶解抗氧剂1 6 8 1 0 7 6 1 0 1 0 然后分别与有机硅溶液混合配 制成l 2 3 和4 浓度的抗热氧老化防护涂料 抗紫外老化防护涂料的制备 选择适宜的有机溶剂分别 溶解光稳定剂U V 5 3 1 U V 7 7 0 水杨酸 然后分别与有机硅溶 液混合配制成l 2 3 和4 浓度的抗紫外老化防护涂 料 抗光热老化防护涂料的制各 通过上述实验进行抗氧剂 和光稳定剂种类和掺量的筛选 然后将抗氧剂和光稳定剂分 别溶解在适宜的有机溶剂中 再与有机硅溶液进行复合 配制 成抗光热老化防护涂料 1 3 老化试样的制备 将P V C 卷材裁成7 0 0m m x l5 0 lq l 试片 按照2 0 0 咖2 用量将有机硅溶液与不同类型抗老化防护涂料分别涂刷在 P V C 试片上 室温固化3d 每组试件均涂刷2 块试片 1 片用 于老化试验 另1 片作为对比样 1 4 老化实验 1 4 1 热氧老化实验 将涂覆抗热氧老化防护涂料的P V C 试片放入4 0 lA B 型 热老化试验箱中 试验温度为6 0 以6d 为1 个老化周期 进行3 个周期的老化 对老化后样品进行力学性能测试 1 4 2 紫外老化实验 将涂覆抗紫外老化防护涂料的P V C 试片放入紫外老化 试验箱中 试验温度为5 5 试样表面紫外光强度为9 5 0 0 L W cm z 以6d 为1 个老化周期 进行3 个周期的老化 对老 化后样品进行力学性能的测试 1 5 力学性能测试方法 按照G B T1 0 4 0 2 0 0 6 塑料拉伸性能的测定 将对比 样和老化试样分别裁成1 1 5m m x 2 5m m x 2m m 哑铃型试件 在深圳瑞格尔万能试验机上进行力学测试 拉伸速度为5 0 m m m in 每个样品试件数量为5 个 拉伸强度和断裂伸长率 取5 个试件的平均值 然后分别计算拉伸强度保留率和断裂 伸长率保留率 6 新型建筑材料 2 0 1 6 5 2 结果与讨论 2 1 有机硅涂膜对P V C 老化性能的影响 表1 为P V C 卷材试样和表面涂覆有机硅溶液的P V C 卷 材试样经热氧老化和紫外光老化后的抗拉强度保留率 表1有机硅涂膜对P V C 卷材拉伸强度保留率的影响 老化 热氧老化 时间 d 纯P V C有机硅涂覆P V C 紫外光老化 纯P V C 有机硅涂覆P V C 从表l可以看出 纯P V C 试样和表面涂覆有机硅溶液的 P V C 试样在热氧和紫外老化后的抗拉强度保留率随老化时 间的延长而降低 与未涂覆P V C 卷材相比 有机硅涂覆P V C 卷材的抗拉强度保留率明显提高 尤其是在紫外光老化条件 下 有机硅涂覆P V C 的抗拉强度保留率可提高7 8 个百分 点 表2 为P V C 卷材试样和表面涂覆有机硅涂膜的P V C 卷 材试样热氧老化和紫外老化后的断裂伸长率保留率 表2 有机硅涂膜对P V C 断裂伸长率保留率的影响 从表2 可以看出 热氧老化1 8d 后 P V C 卷材的断裂伸 长率保留率为6 9 5 表面涂覆有机硅涂膜P V C 的断裂伸长 率保留率为7 3 8 提高4 3 个百分点 紫外老化1 8d 后 纯 P V C 卷材的断裂伸长率保留率6 4 5 表面涂覆有机硅涂膜 P V C 的断裂伸长率保留率为7 1 6 提高7 1 个百分点 P V C 老化后抗拉强度保留率和断裂伸长率保留率的变 化表明有机硅涂膜本身具有一定的防老化作用 其中对紫外 老化性能的改善作用更明显 2 2 抗热氧老化防护涂料对P V C 老化性能的影响 图1 图2 分别为不同抗氧剂种类及掺量制备的抗热氧 老化防护涂料对P V C 卷材在热氧老化1 8d 后抗拉强度保留 率和断裂伸长率保留率的影响 由图1 图2 可见 与表1 和表2 中只涂覆有机硅溶液的 P V C 卷材热氧老化1 8d 后的拉伸强度保留率和断裂伸长率 保留率相比 表面涂覆掺加抗氧剂的抗热氧老化防护涂料后 P V C 卷材的拉伸强度保留率和断裂伸长率保留率均有显著 提高 对比3 种抗氧剂制各的抗老化防护涂料 掺加抗氧剂 1 2 5 纛 田 鬟 衷 羹 1 0 5 杨稳华 等 抗老化防护涂料的制备及其防护效果的研究 一一 M m l I I l l I I l I l 234 抗氧剂掺量 图1不同抗氧剂制备的防护涂料对 P V C 卷材抗拉强度保留率的影响 9 2 善8 8 墓s a 糌 釜8 0 冀7 6 7 2 抗氧剂掺量 图2 不同抗氧剂制备的防护涂料对 P V C 卷材断裂伸长率保留率的影响 1 0 1 0 的抗老化涂料对P V C 卷材的热氧老化防护效果最好 其 次为抗氧剂1 0 7 6 抗氧剂1 6 8 效果最差 掺加抗氧剂1 0 1 0 的 抗热氧老化防护涂料 在抗氧剂掺量为3 时 P V C 卷材热氧 老化后的拉伸强度保留率和断裂伸长率保留率达到最大值 而掺加抗氧剂1 6 8 和1 0 7 6 的抗热氧老化防护涂料 在抗氧剂 掺量为2 时 P V C 热氧老化后的拉伸强度保留率和断裂伸 长率保留率达到最大值 在热氧老化1 8d 时 涂覆掺加3 抗 氧剂1 0 1 0 的抗热氧老化防护涂料的P v C 拉伸强度保留率和 断裂伸长率保留率分别为1 2 2 和8 8 采用抗氧剂1 0 1 0 制备的抗热氧老化防护涂料的效果优 于抗氧剂1 6 8 和抗氧剂1 0 7 6 其原因在于抗氧剂1 0 1 0 和 1 0 7 6 均属于受阻酚类抗氧剂 通过抗氧剂分子中的酚羟基捕 获老化过程中已产生的自由基来终止链连锁反应 由于1 0 1 0 分子结构中有4 个酚羟基 而1 0 7 6 分子结构中只有1 个酚羟 基 故1 0 1 0 制备的涂料抗热氧老化性能更好 而抗氧剂1 6 8 属于亚磷酸酯类抗氧剂 主要作用是分解氢过氧化物 其对热 氧老化的防护作用相对较弱 2 3 抗紫外老化防护涂料对P V C 卷材老化性能的 影响 图3 图4 分别为不同光稳定剂制备的抗紫外老化防护 涂料对P V C 卷材在紫外老化1 8d 后抗拉强度保留率和断裂 伸长率保留率的影响 图3 不同光稳定剂制备的防护涂料对 P V C 卷材抗拉强度保留率的影响 图4 不同光稳定剂制备的防护涂料对 P V C 卷材断裂伸长率保留率的影响 由图3 图4 可见 与表l和表2 中只涂覆有机硅溶液的 P V C 卷材紫外老化1 8d 后的拉伸强度保留率和断裂伸长率 保留率相比 表面涂覆掺加光稳定剂的抗紫外老化防护涂料 后 P V C 卷材的拉伸强度保留率和断裂伸长率保留率均有显 著提高 3 种光稳定剂制各的防护涂料中 掺加U V 7 7 0 的防老 化涂料对P V C 卷材的紫外防护效果最好 其次为U V 5 3 1 水杨 酸的防护效果最差 对于掺加U V 7 7 0 的防护涂料 随着U V 7 7 0 掺量的增大 P V C 卷材紫外老化后的拉伸强度保留率和断裂 伸长率保留率均持续增加 在掺量达到4 时 拉伸强度保留率 和断裂伸长率保留率均超过8 8 而掺加U V 5 3 1 的防护涂料 在U V 5 3 1 掺量为3 时 P V C 卷材紫外老化后的拉伸强度保留 率和断裂伸长率保留率达到最大值 分别为8 2 和8 4 采用U V 7 7 0 制各的抗紫外老化防护涂料的效果优于 U V 5 3 1 和水杨酸 其原因是U V 7 7 0 为受阻胺类光稳定剂 能 够与聚合物老化过程中产生的不能长时间稳定存在的活性自 由基作用 形成可长时间稳定存在的自由基或稳定分子 且其 光稳定剂有效官能团具有再生循环功能 具有良好的长期抗 紫外老化性能 而U V 5 3 1 和水杨酸属于紫外吸收剂 能够吸 收2 9 0 3 7 5n m 的紫外光m 对于3 7 5 4 0 0n m 区间的紫外光 吸收作用较小 2 4 抗氧剂与光稳定剂复配抗光热老化防护涂料对 P V C 卷材老化性能的影响 NE WB U IL D lN GM A T E R I A L S 7 杨稳华 等 抗老化防护涂料的制备及其防护效果的研究 为进一步提高抗老化防护涂料的性能 将抗氧剂1 0 1 0 和U V 7 7 0 分别溶解于适宜的有机溶剂中 然后加入有机硅溶 液中 制得抗氧剂与光稳定剂复配抗光热老化防护涂料 抗氧 剂1 0 1 0 的掺量为3 U V 7 7 0 的掺量为4 图5 图6 分别为 涂覆1 0 1 0 和U V 7 7 0 复配抗光热老化防护涂料和单掺U V 7 7 0 抗老化防护涂料的P V C 卷材与P V C 卷材的抗拉强度保留率 和断裂伸长率保留率随紫外老化时间的变化曲线 1 0 4 罨9 6 篓8 8 壁8 0 壁 冀7 2 6 4 P V C 卷材 涂覆复配防老化涂料卷材 061 21 8 老化时间 d 图5 复配抗光热老化防护涂料对 P V C 卷材抗拉强度保留率的影响 P V C 卷材 老化时间 d 图6 复配抗光热老化防护涂料对 P V C 卷材断裂伸长率保留率的影响 从图5 图6 可以看出 P V C 卷材的抗拉强度保留率和断 裂伸长率保留率随老化时间的延长快速降低 直至老化1 2d 后降低速度才变缓 而P V C 卷材表面涂覆1 0 1 0 和U V 7 7 0 复 配抗老化防护涂料和单掺4 U V 7 7 0 抗老化防护涂料后 抗 拉强度保留率在老化6d 时有所提高 之后断裂伸长率保留 率虽随老化时间的延长而下降 但降低幅度远小于P V C 卷 材 其中1 0 1 0 和U V 7 7 0 复配抗老化防护涂料对P V C 卷材抗 老化性能的改善效果明显优于单掺U V 7 7 0 的抗老化防护涂 料 紫外老化1 8d 后 P V C 卷材的抗拉强度保留率和断裂伸 长率保留率均在9 0 以上 U V 7 7 0 和1 0 1 0 复配抗老化防护 涂料既可通过1 0 1 0 分子中的酚羟基捕获老化过程中已产生 的自由基来终止链连锁反应 又可通过U V 7 7 0 与产生的活性 自由基作用形成可长时间稳定存在的自由基或稳定分子 故 其对光热老化防护作用更好 8 新型建筑材料 2 0 1 6 5 3 结论 1 以有机硅溶液为基料添加不同抗氧剂制备的抗老化 防护涂料对P V C 卷材的热氧老化均有良好的防护作用 其中 掺加3 抗氧剂1 0 1 0 的抗老化防护涂料对P V C 卷材老化性 能的改善最为有效 2 有机硅溶液与不同光稳定剂制备的抗老化防护涂料 对P V C 卷材的紫外光老化均有较好的防护作用 其中掺加 4 光稳定剂U V 7 7 0 的抗老化防护涂料防护效果最好 3 抗氧剂1 0 1 0 光稳定剂U V 7 7 0 和有机硅溶液复配的 抗光热老化防护涂料对P V C 卷材的紫外老化防护效果更为 优良 紫外老化1 8d 后 P V C 卷材的抗拉强度保留率和断裂 伸长率保留率均在9 0 以上 参考文献 1 周勇 高分子材料的老化研翘J 国外塑料 2 0 1 2 3 0 1 3 5 4 1 2 2史继诚 高分子材料的老化及防老化研究叨 合成材料老化与应 用 2 0 0 6 3 5 1 2 7 3 0 3 M a r t a L e n a r t o w icz B e a t aS w in a r e w e tn f T h ee v a lu a t io no flo n g t e r ma g e dP V C 叨 I n t e r n a t io n a lJ o u r n a lo fP o ly m e rA n a ly s isa n d C h a r a ct e r iz a t io n 2 0 1 4 1 9 7 6 11 6 2 4 4 刘一鸣 胡贵 吴智华 抗氧剂对无规共聚聚丙烯抗紫外光老化 性能的影响叨 塑料科技 2 0 1 2 4 0 1 2 5 4 5 8 5 张丽娟 成睿 丁雪佳 等