摘 要

高密度聚乙烯材料因为其优异的性能和低廉的价格，在市场上被人们所关注，但在实际应用中，自然环境中的紫外光会严重降低其使用性能和使用寿命，因此需要对材料进行改性后再使用。添加无机填料和助剂都能够在一定程度上解决耐紫外光性能差的缺点，但添加无机填料之后，材料的力学性能会有一部分损失，所以常常采用添加抗氧剂和紫外光吸收剂的方法。本实验将纯高密度聚乙烯与不同配比的抗氧剂和紫外光吸收剂进行共混，共混后制成样片后，放入氙灯老化箱中进行模拟户外紫外光老化，最长老化时间达到2000小时，最后通过傅里叶红外光谱仪、紫外-可见光光度仪、万能试验机、粗糙度仪和光泽度仪对老化后的样品进行表征。实验结果表明，抗氧剂对高密度聚乙烯耐紫外光性能提升并不是十分明显，而紫外光吸收剂却有着很好的效果。紫外光吸收剂可以吸收紫外光并将其能量以热能的形式释放出去，减少了抗氧剂的消耗速度，从而延缓老化的进行。与此同时，抗氧剂和紫外光吸收剂在老化中存在协同作用，其效果明显优于单一助剂对材料耐紫外光性能的提升。在实验过程中，老化和交联是一对竞争反应，前期老化占据主导地位，后期交联占据优势。虽然紫外光吸收剂UV-326吸收紫外光的能力要优于UV-531，但是其与高密度聚乙烯的相融性并不好，在老化过程中会产生析出，所以实验中UV-531对高密度聚乙烯性能的提升更优异。

关键词：紫外光辐射 协同作用 降解 光氧老化

The synergic effect of antioxidants and UV absorbers to the UV degradation resistance of HDPE

Abstract

Owing to excellent properties and low price, people pay amounts of their attention to high density polyethylene. However, ultraviolet lights in the natural environment could heavily damage its using properties and life time; therefore, HDPE could only be put into use after modification. Blending with inorganic particle or auxiliaries can both fix HDPE’s defects of bad resistance to ultraviolet lights, but materials will lose plenty of its mechanical properties by adding inorganic particles; therefore, adding auxiliaries are always being utilized by factories. In our experiments, pure HDPE were blended with different ratios of antioxidants and UV absorbers, and then they were put in to Xenon lamp test chamber after made into different samples. The longest irradiation time is 2000h. Finally, they were characterized by FTIR, UV-VIS, universal tester, roughness tester and lustrousness tester. The results showed that the improvement of HDPE’ UV degradation resistance by antioxidants is not obvious, while UV absorbers have really excellent effect on HDPE. UV absorbers could absorb UV light in the environment and convert energy from UV light into thermal energy, reducing the loss of antioxidants and thus, degradation can be efficiently delayed. In the meanwhile, antioxidants and UV absorbers have strong synergic effect when irradiation began, and the effect of them both exceeded single auxiliaries. During the experiments, degradation and cross-linking have competitive effect. Degradation predominated the reaction in the beginning, while cross-linking effect reversed the condition later. Although UV-326 have better UV absorbing ability than UV-531, the compatibility of UV-326 and HDPE is not fitted; hence, UV-531 have better effect in the irradiation process.

Keywords: UV Irradiation; Synergic effect; Degradation; light oxygen aging

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题背景 1

1.2 国内外研究进展 2

1.3 理论部分 4

1.3.1 HDPE简介 4

1.3.2 酚类抗氧剂简介 4

1.3.3 亚磷酸酯类抗氧剂 5

1.3.4 苯并三唑类紫外光吸收剂 5

1.3.5 二苯甲酮类紫外光吸收剂 5

1.4 本课题的工作内容与方法 5

第二章 实验部分 7

2.1 实验原料 7

2.2 实验仪器及设备 7

2.3 实验配方 8

2.4 样品制备 8

2.4.1 UV-VIS试样制备 8

2.4.2 HDPE样品的制备 8

2.5 表征及其性能测试 9

2.5.1 UV-VIS测试 9

2.5.2 粗糙度测试 9

2.5.3 光泽度测试 9

2.5.4 力学性能测试 9

2.5.5 傅里叶红外光谱分析 9

第三章 结果与讨论 11

3.1 UV-VIS分析 11

3.2 粗糙度分析 12

3.3 光泽度分析 13

3.4 力学性能测试 14

3.5 傅里叶红外光谱 15

第四章 结果与展望 17

4.1 结论 17

4.2 展望 18

参考文献 19

致谢 22

绪论

课题背景

随着人们日常生活中对材料的需求越来越高，高性能且价格较低的材料受到了人们更多的关注。高分子材料因其廉价且具有各种优异性能，在市场上的适用范围十分广阔。

高密度聚乙烯（HDPE）是一种十分常见的高分子材料，被广泛的用于工业生产，可被制成管材，板材，电缆外壳等。很高的结晶度赋予了它高硬度、高冲击强度、耐酸碱腐蚀性等优良特性，能够满足日程生活中的使用要求^[1-4]。因为广泛应用于室外，HDPE的使用寿命易被太阳辐射，温度，热循环，湿度，天气以及污染等影响，但是其中影响最大的还是紫外光辐射。在户外，光和氧对材料的双重作用会加重材料的老化^[5]。虽然大气层会过滤掉一部分辐射，但剩下的光能依然会作用在材料上，特别是290-400nm波段的紫外光，会给材料造成不可逆转影响^[6]。造成的老化会使材料分子量下降，颜色改变以及物理性能损失，并在短时间内使其丧失使用价值^[7]。

目前可以通过添加无机粒子或者稳定剂来改善材料的耐紫外光性能。通过无机粒子共混可以一定程度上改善高分子材料耐老化的劣势，但是这样会影响材料的力学性能。虽然强度得到了提升，却使得材料的韧性和柔性下降。无机粒子没有任何基团具有吸收紫外光的能力，所以并不能减少作用在基材上的紫外光。并且无机粒子中或多或少会存在着金属离子，其会加速光氧老化进行，反而起到负面作用^[8-12]。