PP无纺布在农业领域的农用丰收布、防霜冻保护罩等,绿化领域的城市绿地,高速公路、铁路两侧护坡绿化等,以及遮阳帽、遮阳伞、户外广告牌、帐篷、户外背包、户外运动服、汽车户外防尘罩等户外制品中被广泛使用。但是,由于PP本身的结构特点,其在加工和使用过程中均容易受到热、氧、光、环境气候等因素的影响而发生老化降解,导致产品寿命大大缩短,造成资源的极大浪费。尤其是在户外应用的PP无纺布制品,由于其材质本身较薄,在各种老化因素的影响下,老化速度更快。因此,提高户外用PP无纺布的耐候性和耐用性具有极大的经济和社会意义。
目前,提高PP耐候性的主要方法是添加防老化助剂。虽然现在市场上有很多适用于PP材料的抗老化助剂品种,但直接添加抗老化助剂的生产方式往往使得助剂在产品中的分散不均并导致其抗老化效能的降低,尤其在无纺布行业,该方法易造成无纺布生产过程中发生断丝,影响生产的正常进行和降低生产效率。在PP无纺布的抗老化方面,主要是采取在生产时加入耐候母粒的方式,目前市场上用于无纺布耐候改性的成熟助剂体系和产品绝大部分由国外公司供应,国内也有部分企业生产该类耐候母粒,但添加量较大,由于该类产品的售价较高,增加了企业的成本,压缩了相关企业的利润,国内厂家的抗老化无纺布主要以出口为主,这无疑阻碍了我国耐候无纺布行业的快速发展。
对此,我们根据PP无纺布的生产工艺及户外使用要求选择合适的抗老化助剂,通过抗老化助剂体系的多元化配方设计,开发出一种具有优异的加工稳定性、突出的长效热氧稳定性、高效光稳定性和耐候性的PP无纺布专用耐候母粒LS-133W,使得PP无纺布能有效抵抗在加工生产和户外使用过程中由于热、氧、光、环境和气候等因素导致的老化降解问题,显著延长户外产品的使用寿命。本文着重对其与国外同类进口母粒在PP无纺布中的应用进行了对比研究。
1 PP无纺布耐候母粒LS-133W的基本性能
表1为耐候母粒LS-133W的物性参数数据表。该母粒所用载体树脂与无纺布用PP基体树脂具有极好的相容性,且其熔融指为37g/10min (230℃,2.16kg),与无纺布用PP基体树脂具有相匹配的熔体流动性,易于实现其与基体树脂的共混和抗老化助剂成分的均匀分散;同时本产品的热分解温度达到320℃以上,完全满足PP纺丝的高温耐热要求。经PP无纺布生产厂家使用后,反馈结果表明本产品具有优异的加工稳定性,有效避免了生产过程中的断丝现象,保证了PP纺丝的可连续生产,提高了生产效率。
表1 耐候母粒LS-133W的物性参数
2 PP无纺布老化前后的力学性能
表2是分别添加了LS-133W耐候母粒和进口抗老化母粒的1#和2#PP无纺布及未添加抗老化母粒的0#无纺布经氙灯老化不同时间后的力学性能。
由表中数据可知,0#、1#和2#PP无纺布样品的断裂强力保持率和断裂伸长率保持率均随着老化时间的增加而降低。经240h的氙灯老化时间后,未添加抗老化母粒的PP无纺布的纵向断裂强力保持率分别为5.6%;断裂伸长率保持率为1.9%,性能明显下降,不能满足户外使用的要求。而添加了抗老化母粒的1#和2#无纺布的断裂强力保持率和断裂伸长率保持率均显著提高;经240h氙灯老化后,1#和2#无纺布的断裂强力保持率分别为84.4%和83.1%,断裂伸长率保持率分别为62.7%和62.1%。
这是因为PP受光照后,其光氧老化反应以分子链断裂反应为主,过程中产生的大量的自由基进一步加速了PP的老化降解,而抗老化母粒中含有对PP无纺布起光氧稳定化作用的光稳定化助剂成分,这些有效成分不仅可以吸收和屏蔽紫外光部分,也可同时捕获PP断裂产生的大分子链自由基,有效延缓了PP的进一步老化降解。
同时,由表2可知,经相同时间的氙灯老化后,1#无纺布的各项性能均高于2#无纺布,这表明LS-133W耐候母粒对PP无纺布的抗老化性能明显优于国外进口抗老化母粒。
表2. PP无纺布老化前后的纵向力学性能
3 PP无纺布老化前后的灰标评级
颜色的改变是材料老化的最直观反映,变色评级是评价其外观颜色变化的一种重要手段,灰标等级评定是在标准光源D65下评定,5级最好,1级最差。 表3为未添加抗老化母粒的0#无纺布,分别添加了LS-133W抗老化母粒和进口抗老化母粒的1#和2#PP无纺布在氙灯老化不同时间后的变色评级结果。
由表可知,经240h的氙灯老化时间后,未添加抗老化母粒的PP无纺布的灰标等级为2级;添加了LS-133W耐候母粒的1#无纺布和添加了进口抗老化母粒的2#无纺布的灰标等级分别为4-5级和4级。这表明,添加抗老化母粒对PP无纺布的色泽保持具有明显的效果,且LS-133W的效果更佳。
表4. PP无纺布材料老化前后的变色评级
4 结论
(1)未添加抗老化母粒的PP无纺布经氙灯老化后,断裂强力保持率和断裂伸长率保持率明显下降,远远不能满足户外实际应用的要求;
(2)耐候母粒LS-133W和进口抗老化母粒的添加均有效提高了PP无纺布的断裂强力保持率和断裂伸长率保持率,同时对PP无纺布的色泽保持具有显著效果;
(3)在添加量相同(2.5wt%)的情况下,耐候母粒LS-133W对PP无纺布的抗老化性能明显优于国外进口抗老化母粒,且性价比更具竞争力。
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