聚碳酸酯材料耐UVC的辐照应用

聚碳酸酯材料耐UVC的辐照应用

曾建广1,,胡齐新2

1.东莞市惠科新材料有限公司,东莞，523622；2.广州润峰科技股份有限公司，广州511430

摘要：在聚碳酸酯材料的应用过程中，紫外线UVC辐照对聚碳酸酯材料的影响直接表观为颜色的色差上；使用光稳定剂，紫外线吸收剂，抗氧剂等对聚碳酸酯材料进行改性，采用辐照前后色差差异进行聚碳酸酯材料对紫外线UVC耐受性的比较；实验结果显示：单独使用光稳定剂，紫外线吸收剂，抗氧剂，均能在一定程度上提高聚碳酸酯材料对紫外线UVC耐受效果；复配使用能发挥各种助剂的协同作用，增加聚碳酸酯材料对紫外线UVC的耐受性，延缓了材料的老化，提高聚碳酸酯材料的使用寿命。

关键词：紫外线辐照；紫外线UVC；加速老化测试；聚碳酸酯；色差

中图分类号：TQ322.3         文献标识码：A

Application of polycarbonate materials to UVCirradiation

Zeng Jianguang1     Hu Qixin2

1.Dongguan Huike New Material Co. LTD,Dongguan,523622  2.Guangzhou Runfeng Technology Co., LTD,Guangzhou,511430

Abstract：For the application of polycarbonate ,with the UVC Exposure ,the influence of polycarbonate apparent directly for color change; Use light stabilizer, UV absorber,antioxidant, to modified polycarbonate , using color difference before and after irradiation to polycarbonate material for uv UVC tolerance; Experimental results show that single use light stabilizer,UV absorber, antioxidant, all can improve the effect of polycarbonate material UVC resistance to uv light; Compound with them, can increase the polycarbonate material UVC tolerated to ultraviolet ray, delay the aging of the material, improve the service life of polycarbonate material.

Key words：UV Exposure;UVC;accelerated aging test；polycarbonate;chromaticaberration

作者简介：曾建广（1988-），男，广东梅州市，本科，从事聚碳酸酯及其合金改性，E-mail：hugewavechdb@126.com

聚碳酸酯材料为五大工程塑料之一，其分子链中含碳酸酯基和刚性大的苯环空间位阻结构，使其形成一种无定型的透明工程塑料，具有优异的冲击强度和耐蠕变性,透光率高及耐热性能,因此被应用于各个领域；随着COVID-19流行,许多行业例如医疗设备、汽车内饰和消费电子、智能家居产品都在寻找对产品进行消毒的新方法。已经广泛用于水消毒的紫外线（UVC）灯也越来越多地用于表面消毒[1-2]。UVC对细菌和病毒具有有效的杀菌作用,由于消毒可能会影响聚碳酸酯材料外观性能的变化,因此对聚碳酸酯材料耐UVC辐照的改性，使其在反复进行UVC消毒后仍能保留其物理和美学特性的材料非常重要[3-5]。

聚碳酸酯能轻松的达到耐紫外线UVA 和 UVB的光老化，然而对于聚碳酸酯在UVC的耐受方面，相对比较欠缺，在后续的使用过程中还未有相应的普及相关的缺陷及其应对措施，因此针对聚碳酸酯材料耐UVC的应用研究显得尤为必要[6-7]。通常会使用光稳定剂，紫外线吸收剂，抗氧剂等，根据实际需求和特定的使用情况单独或是复配使用，来提高聚碳酸酯材料紫外线耐受性[8-10]。

1. 试验部分

1.1.主要原料

PC:ST-6 3022 PJ(简称：ST-6)，广州润峰科技股份有限公司；

TINUVIN 770,简写（770），Basf；

TINUVIN 326,简写（326），Basf；

IRGANOX 1010,简写（1010），B1asf；

Irgastab HP-136,简写 (HP-316)，Basf；

IRGAFOS P-EPQ,简写（P-EPQ），Basf；

Chiguard 380 W,简写（380 W），Chitec；

Deox 608，简写（608），Chitec；

1.2.仪器设备：

鼓风干燥箱,101C-3B,上海实验器材厂；

双螺杆挤出机：SHJ-30型，南京瑞亚高聚物装备有限公司；

注塑机,MAⅢ,海天塑机集团有限公司；

台式分光测色计，CM-5，柯尼卡美能达；

紫外线老化试验箱,QUV/UVC，Q-LAB。

1.3.材料制备

1　先将PC放置于鼓风干燥箱中，在120°C下烘干2 h；

2然后将各组分按比例加入到PC中进行混合均匀后添加到双螺杆挤出机中进行共混挤出造粒；

3按试验顺序进行编号并将各编号试验样料置于烘箱中，120°C下烘干2 h；

4将各编号试验样料注塑成所需测试样条；

5将各编号试验样条置于23℃ ，50% 湿度下恒温放置处理后进行各性能测试。

1.4.性能测试

1色差测试按GB/T 7921-2008进行测试，依据CIE 1976（L*a*b*）色空间；

2紫外老化QUV/UVC按照GB/T16422.3-2014进行。

2.结果与讨论

2.1.不同类型光稳定剂对聚碳酸酯材料的影响

试验条件：UVC灯管波长为252 nm，辐照时间为168 h，辐照强度50 W。

实验对比：光稳定剂770 ；紫外线吸收剂326 和380W，如表1.

辐照前，添加770，326和380W后，相比空白的ST-6，材料本身显示出偏黄色，△E依次是326 > 770 > 380 W > 空白；另外，在共混挤出和注塑制样过程发现，770和326的添加量过大，容易导致材料表面产生花丝现象（有催化降解的趋势，表观成花丝现象）；

辐照后的△E依次是：ST-6 >380 W >770 > 770+326，空白的ST-6是有明显的发黄；770的加入后，可以降低UVC对聚碳酸酯的光老化作用；770+326的复配有明显降低UVC对聚碳酸酯的老化效果，△E明显降小；380 W的△E介于两者中间；

表1. 不同类型光稳定剂对聚碳酸酯的对比：

Table 1.Comparison of polycarbonate with different types of light stabilizers

在上述实验对比中，770和326虽能提高聚碳酸酯对UVC的耐受性，但在添加量增多的条件下，在共混造粒后容易出现催化降解的负面影响，在后续有严格的外观要求中，宜慎重选用，可以选用对聚碳酸酯物性和外观等综合物性好的380 W。

2.2.不同类型抗氧剂对聚碳酸酯材料的影响

试验条件：UVC灯管波长为252 nm，辐照时间为168 h；辐照强度50 W；

实验对比：抗氧剂1010，HP-136，608 和P-EPQ；如表2.

表2. 不同抗氧剂对聚碳酸酯的对比

Table 2. Comparison of polycarbonate with different antioxidants

辐照前，添加不同类型的抗氧剂后，依次△E是：HP-136 >P-EPQ > 608 > 1010 > ST-6；在ST-6 的熔融温度下，由于不同类型的抗氧各自的折射率与聚碳酸酯的差异，各自类型的抗氧剂的融化温度致使各自类型的抗氧剂加入聚碳酸酯后显示出偏白发雾现象；受阻酚类1010 的影响最小，其次是有机亚磷酸酯类608 和P-EPQ；苯并呋喃酮类的HP-136次之，但以上在辐照前，对聚碳酸酯物性的影响不明显；

在辐照后，各种类型抗氧剂对聚碳酸酯的△E依次为：1010> ST-6 > 608 > P-EPQ > HP-136；在高能的UVC辐照下，与ST-6 相比，受阻酚类抗氧剂1010对提高聚碳酸酯的耐受性不明显，添加量的过大反而有拮抗作用；亚磷酸酯类抗氧剂 608和抗氧剂P-EPQ,对提高聚碳酸酯的UVC 耐受较好；苯并呋喃酮类抗氧剂HP-136对提高聚碳酸酯的UVC耐受性明显，是一种高效碳自由基捕捉剂和链终止型抗氧剂，因此，在后续的应用中，可以选用亚磷酸酯类和苯并呋喃酮类抗氧剂于聚碳酸酯在UVC 的辐照中的应用。

2.3.各种助剂复配对聚碳酸酯的影响

试验条件：UVC灯管波长为252 nm，辐照时间为168 h，辐照强度50 W；

实验对比：空白和多种助剂复配的对比；如表3，

表3. 各种助剂复配对聚碳酸酯的效果Table3. The effect of polycarbonate with compoundvarious additives

辐照前：其△E依次是：多种助剂复配>空白；因此多种助剂复配后的，其△E与空白的ST-6 相近，外观影响不大。

辐照后：其△E依次是：ST-6 > 多种助剂复配；多种助剂的复配使用，辐照后其△E变化相较于ST-6,及其单独使用对聚碳酸酯的5 #～8 #耐UVC辅助后的△E小；

2.4.长期辐照对聚碳酸酯的影响

试验条件：UVC灯管波长为252 nm，辐照强度50 W；

试验对比：0 h ，1000 h 和2000 h；如表4.

表4. 长期辐照测试效果

Table4. Long-term irradiation test effect

辐照后：其△E依次是：ST-6 >多种助剂复配；含有多种助剂复配下的聚碳酸酯材料，在经过2000 h后，其△E也明显低了14.5%；外观上多种助剂复配的外观也较ST-6 的好，外观有微小裂纹，半透明（ST-6 的外观是：哑光发雾网裂纹）；

因此：在长期UVC辐照中，多种助剂复配使用（光稳定剂，紫外线吸收剂，抗氧剂）情况下，可延缓聚碳酸酯对UVC的耐受性，从而提高聚碳酸酯的使用寿命。

3.结论：

各种光稳定剂，紫外线吸收剂，抗氧剂等单独添加，均能在一定程度上对聚碳酸酯的UVC辐照有耐受效果；针对聚碳酸酯在不同的紫外线消毒领域的应用，选用多种助剂的复配，能协同作用于聚碳酸酯材料对紫外线UVC的耐受效果，对聚碳酸酯材料在紫外光UVC辐照条件下的使用，提供重要的数据支撑。

参考文献

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