PP_PC光扩散材料的制备及其抗紫外性能优化.pdf
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1、第 37 卷 第 8 期2023 年 8 月中国塑料CHINA PLASTICSVol.37,No.8Aug.,2023PP/PC光扩散材料的制备及其抗紫外性能优化王文惠,朱惠豪,李果,王玉,武凡,林镇斌,马玉录,谢林生*(华东理工大学绿色高效过程装备与节能教育部工程研究中心,上海 200237)摘要:采用实验室自制的密炼机制备了聚丙烯(PP)/聚碳酸酯(PC)共混材料,通过形貌分析、流变测试、拉伸试验、缺口冲击强度测试、光学测试等对复合材料的微观形貌、流变性能、力学性能和光学性能进行了表征,并研究了2(2 羟基5 甲基苯基)苯并三唑(UVP)填充PP/PC复合材料的抗紫外性能。结果表明,在透
2、光性和雾度的耦合性能方面,PC相含量存在一个阈值;在抗紫外性能方面,UVP的添加量存在一个阈值。当PC含量为3%(质量分数,下同)时,所制备的共混物的拉伸强度为30.40 MPa,抗冲击强度在44.85 J/m;在添加0.1份UVP之后,紫外光区域的平均透过率为1.04%,此时的透光率为83.39%,雾度为93.65%,制备的复合材料具有良好的散射效果,且对紫外光线有强烈的吸收作用。关键词:光扩散材料;聚丙烯;聚碳酸酯;抗紫外中图分类号:TQ317.6 文献标识码:B 文章编号:10019278(2023)08000805DOI:10.19491/j.issn.10019278.2023.08
3、.002Preparation and optimization of PP/PC light diffusing materials for ultraviolet shielding effectWANG Wenhui,ZHU Huihao,LI Guo,WANG Yu,WU Fan,LIN Zhenbin,MA Yulu,XIE Linsheng*(Engineering Center of Efficient Green Process Equipment and Energy Conservation of Ministry of Education,East China Unive
4、rsity of Technology,Shanghai 200237,China)Abstract:In this paper,PP/PC blends were prepared by using a laboratorymade internal mixer,and their microstructure,rheological properties,mechanical properties,and optical properties were characterized by topography analysis,rheological test,tensile test,no
5、tch impact strength test,and optical test.The UV shielding effect of UVP filled PP/PC compounds was studied.The results indicated that there was a threshold of dispersed phase content in the coupling performance of light transmittance and haze.There was a threshold for the addition amount of UVP acc
6、ording to the UV shielding effect.The tensile and impact strength of the asprepared blends reached 30.40 MPa and 44.85 J/m,respective,at a PC content of 3 wt%.When 0.1 phr UVP was incorporated,the blends presented an average transmittivity of 1.04%in the UV region,a transmittance of 83.39%,and a haz
7、e of 93.65%.The blends developed in this work exhibited a good scattering effect and strong absorption of ultraviolet light.Key words:light diffusing material;polypropylene;polycarbonate;ultraviolet shielding effect0 前言 传统的白炽灯因其光电转换效率低、寿命短逐渐被淘汰,为顺应环保、节能的发展要求,LED得到了发展并应用。为了解决LED灯直射对人产生的眩光危害,光扩散材料逐渐发展
8、起来,被广泛应用于发光照明、导光板、显示屏等领域1。光扩散材料主要是采用透明树脂作为基体材料,内部添加光散射剂粒子,利用两者的折射率差异实现光的散射。光扩散材料主要由透光率和雾度这2个指标进行评价,透光率和雾度越高,散射性能越好。无规共聚型PP,在具有良好的透明性、力学性能和可加工性23的同时,还具有密度小,价格低的特点,近些年来常被用作光散射材料的基材4。PC拥有良好的力学性能、耐热性和导电性能,是一种综合性能优良的透明性热塑性塑料5。PP和PC由于极性相差大,混合后将形成非均相体系,PC作为光散射剂的形式存在于PP中。但是PP材料在太阳光照射下易发生紫外老化现象,会对于制品的使用性能和寿命
9、造成很大影响6。目前,学者通常采用添加紫外吸收剂来赋予光扩收稿日期:20230223 通信作者:谢林生(1963),男,教授,从事橡塑成型加工及机械等研究,PP/PC光扩散材料的制备及其抗紫外性能优化2023 年 8 月散材料抗紫外的性能7。UVP作为一种苯并三唑类紫外吸收剂,可以选择性吸收高能量的紫外光线,同时还具有一定的光稳定性能,常被用于提升PP材料的抗紫外性能8。本文采用PP材料为基材,研究PC含量对共混材料微观形貌、流变性能、力学性能以及光学性能的影响,同时探索了UVP填料的加入对PP/PC体系抗紫外性能的影响,为高性能的光扩散材料的实际生产和应用提供参考。1 实验部分1.1 主要原
10、料PP,RP340R,熔体流动速率13 g/10 min(230/2.16 kg),折射率1.49,荷兰利安德巴塞尔工业公司;PC,L1250Y,熔体流动速率8 cm3/10 min(300,1.2 kg),折射率1.586,日本帝人株式会社;UVP,分子量225.25,东菀市山一塑化有限公司。1.2 主要设备及仪器密炼机,实验室自制;真空干燥箱,DXF6050,上海新苗医疗器械制造有限公司;平板硫化仪,YTLH102A,东菀市仪器检测设备有限公司;真空扫描电子显微镜(SEM),JSM6360LV,日本电子株式会社;旋转流变仪,Bohlin Gemini 2,英国马尔文仪器有限公司;冲击缺口制
11、样机,QTM1000,深圳三思纵横科技股份有限公司;摆锤冲击试验机,PTM1100B1,2.75 J摆锤,深圳三思纵横科技股份有限公司;万能拉伸试验机,RGM2020,深圳瑞格尔拉伸试验机有限公司;透光率/雾度测定仪,WGTS,上海精密科学仪器有限公司;紫外可见光光谱仪,UV3600,日本岛津公司。1.3 样品制备材料干燥:在真空干燥箱中,设定PP干燥温度为80,干燥时间12 h;PC干燥温度为120,干燥时间为12 h;共混物制备:转子转速30 r/min,混炼温度230,混炼时长 5 min;将 PP、PC 按照 99/1、97/3、95/5、90/10、80/20、70/30的配比(质量
12、比,下同)分别制样,后冷却切粒;选定最优的PP、PC配比,分别与0.1、0.3、0.5份的UVP进行熔融共混,冷却后切粒,得到PP/PC/UVP复合材料的粒料;将干燥后的粒料放入平板硫化仪中,压力设定15 MPa,在230 下预热5 min,将试样分别压制成厚度为 0.5 mm 的薄片和 1.5 mm 的圆片(直径 25 mm),保压 5 min,后在 12 MPa 下冷却至室温。1.4 性能测试与结构表征形貌分析:利用液氮将压制得到的圆片脆断,进行真空喷金处理后采用SEM对其微观结构进行表征,并统计分散相的平均粒径,样品中分散相的平均粒径(D,m)按式(1)计算:D=i=1Nnidii=1N
13、ni(1)式中 di分散相的粒径,m ni粒径为di的分散相颗粒数量 N总颗粒数量动态流变测试:测试温度设定为230,在0.01100 rad/s的范围内进行动态频率扫描,初始应变设置为1%;拉伸性能测试:按照GB/T 1040.32006标准中5型试样尺寸裁制出相应的哑铃形样品,每组样品不少于5个;选取拉伸速率为25 mm/min,标距25 mm进行拉伸试验,记录拉伸强度的平均值和标准方差;冲击性能测试:在冲击样条上制备45V型缺口,深度为2.54 mm;采用悬臂梁方式,按照ASTMD256标准在冲击试验机上测试材料的冲击强度,每组样品不少于5个,记录冲击强度的平均值和标准方差;光学测试:将
14、薄片试样(每组样品不少于3份)放在透光率/雾度测试仪上,在每一个样品上至少选定3个位置进行透光率和雾度的测定;紫外光谱测试:在紫外可见光光谱仪中测定样品的紫外光透过率,选定波长范围为200800 nm。2 结果与讨论2.1 微观形貌图1是不同PC含量下制备的PP/PC共混物截面的SEM照片,表1为PP/PC共混物的粒径分析。由图表可以看出,PC基本以球形颗粒状作为分散相分布在PP基体中,共混物呈现典型的“海岛”型相结构。在图1(a)中,当PC含量为1%时,D和中值粒径(D50)数值接近,表明 PC 所形成的球形颗粒小而疏,分布均匀。在图1(b)(d)中,PC粒径基本大于1 m,D大于D50,说
15、明小粒径的分散相颗粒数目减少,大粒径颗粒数目增加,粒径分布变宽。在图1(e)(f)中,PC相粒径增 9中国塑料大明显,累计粒度分布数达到 90%时所对应的粒径(D90)数值大幅度上升,大颗粒数目明显增多。说明在相同的剪切流场下,PC相质量分数的提高导致剪切作用对分散相液滴的破碎聚并作用程度不同,PC液滴之间的凝聚作用增强9,从而PC粒径的分布范围不断变宽,颗粒数量也明显增多。2.2 流变性能图2是在不同PC含量下的PP/PC共混材料的动态流变特性图。由图2(a)、(b)可以看出,PP/PC共混材料的储能模量和损耗模量是高于纯PP材料的,且随着PC含量的上升,储能和损耗模量也不断上升。由于PC的
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