聚丙烯黃色指數(shù)測(cè)試的影響因素研究

王 葉,劉 義

(神華新疆化工有限公司，新疆 烏魯木齊 831404)

黃色度指數(shù)值(YI)表征一個(gè)物體的顏色偏離無(wú)色或理想白色而偏向黃色的程度。YI為負(fù)值，表示物體顏色偏向藍(lán)色的程度。YI為正值，表示物體顏色偏向黃色的程度。聚丙烯樹脂由于鏈端甲基的存在導(dǎo)致其貯存、加工以及使用過(guò)程中，極易受到光照以及熱輻射而老化，直觀表現(xiàn)為產(chǎn)品顏色偏黃，產(chǎn)品黃色指數(shù)測(cè)試結(jié)果偏大。由于塑料黃色指數(shù)的測(cè)試和塑料在太陽(yáng)光照射下觀察到的黃色程度能夠很好地吻合，因而通過(guò)測(cè)試試樣的黃色指數(shù)，可用來(lái)評(píng)價(jià)高分子材料老化的程度。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 測(cè)試樣品

聚丙烯S1003，神華新疆化工有限公司生產(chǎn)。

1.2 儀器設(shè)備

Victory 200/110 tech PRO注塑機(jī)，奧地利恩格爾公司；Hunterlab LabScan XE色差儀，美國(guó)Hunterlab公司；LP-S-50/S.ASTM壓片機(jī)，泰國(guó)Labtech公司。

1.3 分析方法

HG/T 3862-2006《塑料黃色指數(shù)測(cè)定方法》[1]；ASTM E313-2010《根據(jù)儀器測(cè)定的顏色坐標(biāo)計(jì)算黃色和白色指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施規(guī)程》[2]。

1.4 儀器校正及穩(wěn)定性檢查

儀器預(yù)熱30 min后，按儀器提示分別用標(biāo)準(zhǔn)黑、白板校正儀器，校正完成后設(shè)置儀器連續(xù)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)白板20次，在標(biāo)準(zhǔn)濕度和溫度條件下D/65°測(cè)得X、Y、Z三刺激值與標(biāo)準(zhǔn)值偏差在±0.09范圍內(nèi)且ΔE<0.09表示儀器穩(wěn)定性良好，儀器測(cè)試結(jié)果可靠，儀器連續(xù)運(yùn)行4 h左右進(jìn)行一次儀器校正，以保證測(cè)試數(shù)據(jù)的正確性[3]。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同的分析標(biāo)準(zhǔn)對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響

塑料黃色指數(shù)，指無(wú)色透明或半透明或近白色塑料產(chǎn)品對(duì)國(guó)際照明委員會(huì)(CIE)標(biāo)準(zhǔn)C光源，以氧化鎂為基準(zhǔn)的黃色值，也即偏離白色的程度。它是在標(biāo)準(zhǔn)C光源照射下，測(cè)量塑料的三刺激值X、Y、Z，按式Y(jié)I=100(CxX-CzZ)/Y 計(jì)算得到樣品的黃色指數(shù)值。本文用兩批次聚丙烯S1003樣品分別用標(biāo)準(zhǔn)HG/T 3862-2006和標(biāo)準(zhǔn)ASTM E313-2010進(jìn)行測(cè)試，測(cè)得的結(jié)果如表1所示。

表1 不同測(cè)試方法黃色指數(shù)測(cè)試結(jié)果

由表1可知由于兩個(gè)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)中計(jì)算公式中的系數(shù)Cx和Cz值不同導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果存在差異。用ASTM E313-2010標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算出來(lái)的黃色指數(shù)比用HG/T 3862-2006標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算出來(lái)的黃色指數(shù)小0.2左右，也就是說(shuō)用兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)得樣品黃色指數(shù)值存在0.2左右的偏差。

2.2 不同的樣片制備方法對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響

用同一批次聚丙烯S1003樣品分別注塑機(jī)和壓片機(jī)制成2.0 mm厚的樣片，樣片表面應(yīng)平整無(wú)劃痕，然后分別測(cè)試注塑試樣片和壓塑試樣片黃色指數(shù)值，測(cè)試時(shí)試樣片上加蓋同一標(biāo)準(zhǔn)白板，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 注塑和壓塑試樣黃色指數(shù)測(cè)試結(jié)果

由表2可知，壓塑試樣片測(cè)得黃色指數(shù)值明顯小于注塑制樣片黃色指數(shù)值。因?yàn)閮煞N制樣方式試樣冷卻方式不一樣，壓塑制樣采用的是勻速降溫的緩慢冷卻，緩慢冷卻容易聚丙烯制品產(chǎn)生大的球晶，其制品表面對(duì)光線的反射比注塑樣片多，從而使測(cè)得的黃色指數(shù)值比注塑樣片小。

2.3 不同的樣品形式對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響

Hunterlab LabScan XE黃色指數(shù)儀既可測(cè)定片材樣的黃色指數(shù)，也可以測(cè)定聚丙烯粒料的黃色指數(shù)。聚丙烯由于晶區(qū)和非晶區(qū)的密度和折光率不同，而且晶區(qū)的尺寸通常大于可見(jiàn)光的波長(zhǎng)(400～780 nm)，所以光線通過(guò)聚丙烯時(shí)在兩相的界面上發(fā)生折射和反射，導(dǎo)致聚丙烯制品呈現(xiàn)半透明。HG/T 3862《塑料黃色指數(shù)測(cè)定方法》方法中規(guī)定對(duì)于半透明和不透明試片測(cè)試相對(duì)于工作白板的光譜反射率，對(duì)于粒料須在玻璃容器中用反射法從底部測(cè)試。本文分別測(cè)定了同一批次聚丙烯S1003片材和粒料的黃色指數(shù)值，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 不同形式樣品黃色指數(shù)測(cè)試結(jié)果

從表3可知，不同的樣品形式對(duì)聚丙烯黃色指數(shù)測(cè)試結(jié)果的影響較大，當(dāng)樣品形式發(fā)生變化時(shí)，其反射曲線發(fā)生了較大的變化，導(dǎo)致測(cè)得的三刺激值X、Y，Z也發(fā)生了較大的變化[4]，這種變化并不代表樣品的顏色發(fā)生改變，只是說(shuō)明不同的反射形式會(huì)導(dǎo)致黃色指數(shù)存在較大的差異。

2.4 不同的樣片厚度對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響

用同一個(gè)聚丙烯S1003粒料樣品用壓片機(jī)分別壓制成1.0 mm、2.0 mm、4.0 mm的試樣片，然后按分析標(biāo)準(zhǔn)用反射法分別測(cè)量其黃色指數(shù)值，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 不同樣片厚度黃色指數(shù)測(cè)試結(jié)果

從表4可以看出，在相同的樣片制備條件下，隨著聚丙烯試樣片厚度的增加其黃色指數(shù)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，2.0 mm片材與4.0 mm片材測(cè)得的黃指指數(shù)差異較大。

2.5 不同的白色背景板對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響

用聚丙烯S1003樣品壓塑成2.0 mm的片材，然后用黃色指數(shù)值不同的兩塊標(biāo)準(zhǔn)白板分別蓋在試樣片上進(jìn)行黃色指數(shù)測(cè)定，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 不同背景白板黃色指數(shù)測(cè)試結(jié)果

由表5可知，標(biāo)準(zhǔn)白板的黃色指數(shù)不一樣，以標(biāo)準(zhǔn)白板為背板測(cè)試的試片的黃色指數(shù)差距也比較大。從表5中可以看出，標(biāo)準(zhǔn)白板黃色指數(shù)高，標(biāo)準(zhǔn)白板+試片測(cè)試的黃色指數(shù)就高[5]。這是因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)白板黃色指數(shù)越高，對(duì)光線的三原色刺激值反射率越大，從而使標(biāo)準(zhǔn)白板+試片的黃色指數(shù)增大?？鄢龢?biāo)準(zhǔn)白板背景后所測(cè)得黃色指數(shù)值一致，因此在進(jìn)行片材試樣黃色指數(shù)比較時(shí)最好扣除白色背景板黃色指數(shù)值后再進(jìn)行比較。

2.6 不同的樣品存留時(shí)間對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響

本文測(cè)試了樣品生產(chǎn)當(dāng)天和留存90天及180天的同一個(gè)聚丙烯S1003樣品的黃色指數(shù)，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 不同存留時(shí)間的樣品黃色指數(shù)測(cè)試結(jié)果

從表6可知，聚丙烯黃色指數(shù)值隨著存放時(shí)間的增加而變大，因聚丙烯在存留期間會(huì)發(fā)生光氧老化而發(fā)生結(jié)構(gòu)變化從而使其黃色指數(shù)發(fā)生變化，聚丙烯在存留期黃色指數(shù)的變化量與樣品的存留環(huán)境及樣品中所含有效的抗氧劑的量有關(guān)。

2.7 不同的樣品裝填方式對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響

用同一個(gè)聚丙烯S1003粒料樣品，分別測(cè)試了裝入滿杯的樣品振實(shí)和不振實(shí)時(shí)的黃色指數(shù)值，結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 不同振實(shí)程度樣品的黃色指數(shù)測(cè)試結(jié)果

從表7可知，樣品杯中的聚丙烯樣品振實(shí)和不振實(shí)對(duì)黃色指數(shù)測(cè)試有一定程度的影響，顆粒之間的空隙越小測(cè)得黃色指數(shù)越大。

3 結(jié) 論

(1)不同的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)測(cè)得的聚丙烯黃色指數(shù)存在一定的差異；不同的樣品形式對(duì)聚丙烯黃色指數(shù)測(cè)試結(jié)果影響較大；不同的試樣片制備方法對(duì)聚丙烯黃色測(cè)試結(jié)果也有影響；片材試樣測(cè)試黃色指數(shù)，片材越厚測(cè)得黃色指數(shù)值越??；樣品杯中的樣品振實(shí)測(cè)得的黃色指數(shù)比不振實(shí)測(cè)得的黃色指數(shù)大。因此在比較聚丙烯樣品的黃色指數(shù)時(shí)應(yīng)在相同的條件進(jìn)行，條件不同結(jié)果不具有可比性。

(2)不同的標(biāo)準(zhǔn)白板作為背景白板測(cè)定聚丙烯黃色指數(shù)，因標(biāo)準(zhǔn)白板的黃色指數(shù)不同，會(huì)影響測(cè)量樣品的黃色指數(shù)值，建議在對(duì)比聚丙烯片材試樣黃色指數(shù)時(shí)應(yīng)關(guān)注標(biāo)準(zhǔn)白板黃色指數(shù)值。

(3)聚丙烯黃色指數(shù)值隨著存留時(shí)間的增加而變大，因聚丙烯在存留期間會(huì)發(fā)生光氧老化而發(fā)生結(jié)構(gòu)變化從而使其黃色指數(shù)發(fā)生變化。