光穩(wěn)定劑對PE木塑復合材料老化性能的影響

盛清泉，吳章康

（西南林業(yè)大學材料工程學院，云南 昆明 650224）

光穩(wěn)定劑對PE木塑復合材料老化性能的影響

盛清泉，吳章康

（西南林業(yè)大學材料工程學院，云南 昆明 650224）

木塑復合材料集合了木材和塑料的優(yōu)點，對廢棄資源進行了很好地回收與利用，可應用于室內(nèi)裝修、公共設施、建筑及汽車領域，如做公園的路徑用地板、柵欄、涼亭、裝飾等，近年來發(fā)展迅速。然而，由于戶外環(huán)境中經(jīng)受陽光、水分、溫度變化及生物腐蝕等多方面綜合作用，木塑復合材料的外觀受到影響，其力學性能也開始下降。文章對木塑復合材料的強制老化性能進行了探討。

木塑復合材料；強制老化；光穩(wěn)定劑

木塑復合材料(Wood Plastic Composites，簡稱WPC)是以木材（木粉、木纖維）為主要原料，利用合適的處理方法使其與各種熱塑性塑料，通過不同的復合和成型方法生成的高性能、高附加值的新型復合材料。文章選用三種光穩(wěn)定劑，分別是UV-531二苯甲酮類光穩(wěn)定劑、UV-326苯并三唑類光穩(wěn)定劑、和GW-944受阻胺類光穩(wěn)定劑，通過測試PE基木塑復合材料的彎曲破壞載荷、靜曲強度、24h吸水率、耐光色牢度，研究三種光穩(wěn)定劑對PE基木塑復合材料的抗老化效果。

1 材料和方法

1.1 實驗材料

木粉（60目）取自于楚雄中信塑木新型材料有限公司；聚乙烯為聚乙烯飲料瓶回收再造粒料；偶聯(lián)劑、碳酸鈣等添加劑，均由楚雄中信塑木新型材料有限公司提供；三種光穩(wěn)定劑市購。試驗原輔材料見表1。

表1 試驗所用原輔材料

1.2 試件制備

將木粉、聚乙烯、阻燃劑、偶聯(lián)劑及其它添加劑按相應配方在高速混煉機中180℃條件下混合，再利用同向雙螺桿造粒機（溫度為180℃）進行造粒，最后通過錐形雙螺桿擠出機（溫度為180℃）擠出成型，并經(jīng)冷卻、截取獲得最終試件。PE、橡膠木木粉與阻燃劑的配比見表2。

1.3 試驗設備

試驗主要設備和性能測試儀器見表3。

1.4 性能測試

將試件按照GB/T17657-1999鋸切好后，將試件放入老化箱，按照GB/T16422.2-1999進行老化試驗，按照GB/T24508-2009設置試驗條件黑板溫度為65℃、相對濕度為50%、輻照度為290～800nm、550W/m2、老化時間為2000h(為了節(jié)省時間和成本，D、E、F三組老化時間為1000h)。彎曲破壞載荷、彈性模量、吸水率按照國標GB/ T17657-1999進行測試，測試試件的樣本數(shù)為2；色牢度按照國標GB/T16422.2-1999進行測試。具體試件尺寸見表4。

表2 PE 基木塑復合材料配比

表3 試驗儀器

2 結果與分析

2.1 三類光穩(wěn)定劑對力學性能的影響

三類光穩(wěn)定劑木塑地板彎曲破壞載荷殘余率、靜曲強度殘余率，測試結果見表5。為了更加清晰直觀的區(qū)分三種光穩(wěn)定劑力學性能的優(yōu)劣，通過柱狀圖進行表征，結果見圖1、圖2，圖中橫坐標代表三種光穩(wěn)定劑，縱坐標分別代表彎曲破壞載荷殘余率、靜曲強度殘余率。

（1）彎曲破壞載荷殘余率。由圖1可知：采用三類不同的光穩(wěn)定劑的木塑復合材料經(jīng)強制老化后彎曲破壞載荷的殘余率有一定差別，總的來說二苯甲酮類最優(yōu)、苯并三唑類次之，受阻胺類最差。采用了UV-326的木塑復合材料的彎曲破壞載荷殘余率最大為91.65%，但其市場價格較高，增加了生產(chǎn)成本；采用了GW-770的木塑復合材料彎曲破壞載荷殘余率最低為82.19%，但仍滿足國標 GB/T24508-2009《木塑地板》對木塑地板彎曲破壞載荷殘余大于80%的要求。

表4 試件尺寸

表5 抗老化型木塑復合材料力學性能測試結果（不同老化劑）

圖1 木塑復合材料彎曲破壞載荷殘余率（不同老化劑）

圖2 木塑復合材料靜曲強度殘余率（不同老化劑）

（2）靜曲強度。由圖2可得：采用三種不同的光穩(wěn)定劑的木塑復合材料經(jīng)強制老化后靜曲強度的殘余率有一定差別，總的來說二苯甲酮類最優(yōu)、苯并三唑類次之，受阻胺類最差。采用了UV-326的木塑復合材料的靜曲強度殘余率最高為92.59%；采用了GW-944的木塑復合材料靜曲強度殘余率最低為72.40%。

2.2 三類光穩(wěn)定劑對24h吸水率的影響

三種光穩(wěn)定劑木塑地板24h吸水率測試結果見表6。為了更加清晰直觀的區(qū)分三種光穩(wěn)定劑對吸水率的影響，通過柱狀圖進行表征，結果見圖3，圖中橫坐標代表三種光穩(wěn)定劑，縱坐標代表24h吸水率。

表6 抗老化型木塑復合材料吸水率測試結果（不同老化劑）

圖3 木塑復合材料吸水率（不同老化劑）

由圖3可知：采用三類不同的光穩(wěn)定劑的木塑復合材料經(jīng)強制老化后24h吸水率均有增幅。其中采用了UV-327的木塑復合材料24h吸水率增幅最大為0.25%，老化后的24h吸水率為0.70%，滿足國標GB/T24508-2009《木塑地板》基于不發(fā)泡木塑地板吸水率＜3%的要求。

對吸水率測試結果進行無重復雙因素方差分析，結果見表7，其P的行值、列值分別為：P行=0.001571，說明光穩(wěn)定劑種類和老化對木塑地板的吸水率有顯著性影響（α=0.05）。

2.3 三類光穩(wěn)定劑對色牢度的影響

三類光穩(wěn)定劑木塑地板色差測試結果見表8。

由表8可知：經(jīng)過強制老化后，采用三類光穩(wěn)定劑的木塑復合材料都發(fā)生了明顯的褪色現(xiàn)象，其中以使用了GW-944的木塑復合材料褪色最為嚴重，明度值上升了21.03，藍度上升了5.3，色差變化ΔE*為21.93。但總體來說三類光穩(wěn)定劑對木塑復合材料的色牢度影響差別較小。

3 結束語

（1）采用三類不同的光穩(wěn)定劑，木塑復合材料力學性能的保留率有明顯差別，采用UV-326的木塑復合材料的彎曲破壞載荷、靜曲強度保留率最大為91.65%、92.59%。

（2）采用三類不同的光穩(wěn)定劑，木塑復合材料的吸水率變化存在明顯差異。采用UV-327的木塑復合材料的吸水率變化最大，老化前后的差值達到0.25%。

（3）采用三類不同的光穩(wěn)定劑，木塑復合材料的耐光色牢度變化有一定差異，但差異不明顯。采用GW-944的木塑復合材料的顏色變化最大，明度上升了21.03。

表7 抗老化型木塑復合材料吸水率方差分析（不同老化劑）

表8 抗老化型木塑復合材料色差測試結果（不同老化劑）

綜合考慮力學性能、吸水率、色牢度和三類光穩(wěn)定劑的市場價格，GW-944對木塑顏色的保護效果差，UV-327對木塑吸水率的影響大，而且市場價格高，因此比較適合實際生產(chǎn)的光穩(wěn)定劑是UV-531。

[1]克列阿索夫.木塑復合材料[M].北京:科學出版社,2010.

[2]賀湘?zhèn)?王美珍,吳智華.擠出口模結構對木塑微孔片材性熊的影響[A].第五屆兩岸三地先進成型技術與材料加工研討會論文集[C].北京,2008:142-147.

[3]周大綱,謝鴿成.塑料老化與防老化技術[M].北京:中國輕工業(yè)出版社,1998.

[4] Falk R H, Lundin T, Felton C. The Effects of Weathering on Wood-Thermoplastic Composites Intended for Outdoor Applications[J]. International Journal of Rotating Machinery, 2000, 4(4):283-291.

[5] Stark N M, Matuana L M. Ultraviolet weathering of photostabilized wood-flour-filled highdensitypolyethylene[J].Journal of Applied Polymer Science, 2003, 90(10):2609-2617.

[6]呂群,張清鋒,蔡培鑫,等.環(huán)境因素對木塑復合材料性能的影響[J].塑料,2011,(6):20-22+44.

[7]James S.Fabiyi, Armando G. McDonald，MichaelP．Woleott，Peter R． Griffiths．Wood plastic composites weathering:Visual appearance and chemical changes[J]．Polymer Degradation and Stability,2008.

[8]Robert H．Falk，F(xiàn)elton Colin ，Lundin Tomas．Effect of/ Weathering on Color Loss of Natural Fiber Thermoplastic Composites[J]．Natural Polymers and Composites，2000,17,(4):382-385．

[9]卜凡華.稻殼粉/廢舊高密度聚乙烯復合材料的耐老化性能[D].東北林業(yè)大學,2010.

[10] James S．Fabiyi，Armando G．McDonald．Effect of wood species on property and weathering performance of wood plastic composites[J].Composites：Part A,2010.

Effects of Light Stabilizers on Aging Properties of PE Wood Plastic Composite Materials

Qing-quan Sheng,Zhang-kang Wu
(Southwest Forestry University,School of material engineering,650224)

Wood plastic composite materials set the advantages of both wood and plastic.By using it the waste resource were good recovery and utilization. This material can be used in indoor decoration,public facilities, construction and automotive fields,such as park of the path with the floor,fence,pavilion,decoration etc.,and developed rapidly in recent years. However,due to the outdoor environment subjected to sunlight,moisture, temperature changes and biological corrosion etc. various comprehensive effect,the appearance of wood plastic composite materials was affected and the mechanical properties have also begun to decline. The WPC forced aging performance is discussed in this paper.

WPC;Forced aging;Light stabilizer

TB33

A

1671-3818（2016）04-0045-03

盛清泉（1989-）男，湖南長沙人，西南林業(yè)大學2013級碩士研究生，研究方向：木質(zhì)復合材料

吳章康（1967-），男，安徽樅陽人，博士生導師，研究方向：木質(zhì)復合材料。