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当PC遇见紫外光

作者:admin    添加时间:2015-03-10 10:32:13    浏览量:4422

PC/ABS合金材料由于其优异的耐热性、韧性、耐疲劳强度和电镀性能,被广泛应用在存在光线照射的汽车内外饰部件上。如果不要求这些材料有耐光老化的效果,轻则发生颜色、表面光泽变化,重则,发生物性损失从而产生制品损坏甚至安全隐患。

 

那么,问题来了。

为什么PC/ABS合金的制品会在光照下产生颜色和物性的变化呢?

好吧,主页菌带大家先看看这些制品。


 

一般PC/ABS的这些制品大多是有光照部分的装饰件,为了美观和安全考虑,它的表面都具有一些粗糙的皮纹,从而达到美观和漫反射光线的效果。长期光照以后,这些皮纹会发生变化,从而导致了光泽度的不同。

可是为什么颜色和物性也会会发生变化呢?

我们把观察的尺度缩小一下,放到微米的范围。我们会发现PC和ABS分别独立的分为两个相。PC为连续相,称为海相,ABS为分散相,称为岛相。这些结构的不同带来了材料物理性质的不同。他们的变化,也导致了外观的变化。

以下我们具体看看:当PC(聚碳酸酯)遇到紫外光会发生什么?


 

为了详细研究聚碳酸酯分子,我们把视野缩小到埃(也就是10-10m),我们可以看到聚碳酸酯的每一个重复单元是由很多的原子按照一定规律组合而成的,而这些原子之间又通过各种化学键连接在一起。这许多的重复单元按照独特的规律连接在一起,带来了PC独特的特性。

我们再把目光往下放,我们可以看到碳原子上的p电子和空轨道如何和周围的氧原子、氢原子以及碳原子是如何拉手成为好朋友的。

我们再把目光缩小一点,夸克在向我们招手,波粒二相性逐渐体现出来。哦,不,这个……我们走的有点远,我们拉回到“埃”这个尺度。不同的分子键的能量(也就是键能)是不一样的,于是,PC的重复单元我们可以这样看:


 

从这里,可以发现,在异亚丙基和碳酸酯碳氧键上,存在两个最弱的键能。也就是说,这里是聚碳酸酯分子最薄弱的环节。

那么问题又来了,这些薄弱的环节是怎么发生变化的呢?

首先我们看看异亚丙基上的反应:

 

 

在受到长波长的作用的时候,PC的分子更加容易在异亚丙基上发生断裂,产生以上两个形态的自由基,引发链式反应。

接着,我们再看看碳酸酯键上是怎么运作的:


 

在受到短波长的作用的时候,PC的分子更容易发生上述两种形式的重排。

在光、氧的作用下,会逐渐产生苯醌等生色基团,从而导致材料发生颜色变化。同时,分子链的断裂,会导致分子量的降低,从而使得材料的物性发生劣化。

通过下图的红外我们也可以发现随着光照时间的增加,在2h光照后,1690cm-1处的C=O伸缩振动发生降低:酯键断裂并伴随CO和CO2的散发。在1050cm-1处(碳酸酯键C-O的伸缩振动峰)的强度降低,也可以看出碳酸酯断裂的发生


 

主页菌再带大家直观地看一下PC光老化的情况。下图是光老化前后PC表面的SEM(扫描电镜)照片。


 

SEM显示光照后出现黄色的突起物,直径250nm,高度146nm。平均的表面粗糙度从25.59nm增加到39.82nm。

当然,其他组分也会对PC的光老化产生影响。比如,从SEM照片可以看出,下面这种酞青蓝的色粉,就会导致PC的表面在光老化后发生粉化。


 

那么问题再一次来了。

当PC遇见紫外光,我们该如何改善PC的耐候性呢?

目前常用的是通过添加耐候剂,如紫外线吸收剂和炭黑来解决。

当然,也有童鞋会添加HALS这种自由基猝灭剂,只不过,在湿热老化以后,他会变成这样:


 

由于受阻胺的碱性的作用,会导致PC的降解,湿热老化后,物性基本完全丧失,ASTM的拉伸样条也完全发泡变形。

看到这里,主页菌也是醉了。所以,为了您和他人的安全,HALS虽好,可不要贪心哦。在PC的体系里,呵呵,最好还是不要no zuo no die了。