聚丙烯纤维的光稳定处理工艺及配方优化

（一）聚丙烯纤维（丙纶）^［3］

①规格：复丝130/37den*（1den*＝9tex，下同）。

②配方：见表4－2－29。

表4－2－29 防老化聚丙烯纤维含光稳定剂量 单位：%

③试验结果：见图4－2－7、图4－2－8。

图4－2－7 聚丙烯纤维的光稳定性

注：基本稳定处理：0.05%AO－13 +0.05%P－1+0.1%硬脂酸钙；暴晒：美国佛罗里达，朝南45 °；试验标准：千兰勒（kLY），到50% 拉伸强度保持率。

图4－2－8 聚丙烯纤维的光稳定性

注：基本稳定处理：0.05%A0－13 +0.59bP－l+0.1%硬脂酸钙。暴晒：氙灯光照老化试验仪，Xenotest 1200，黑板温度55℃。试验标准：到50%拉伸强度保持率的老化时间（h）。

④判断与分析：从图4－2－7可以看出，添加复合受阻胺类光稳定剂HALS－10（配方3），比添加单组分的受阻胺类光稳定剂HAIS－2（配方2）和受阻胺类光稳定剂HALS－3（配方4）的防老化性能好。同时，从图4－2－7也可看出，添加复合受阻胺类光稳定剂HALS－9（配方6），比添加单组分的受阻类光稳定剂HALS－2（配方5）和受阻胺类光稳定剂HALS－5（配方7）的防老化性能好。

（二）白色聚丙烯纤维^［9］

①规格：复丝130/37den。

②配方：见表4－2－30。

表4－2－30 防老化聚丙烯纤维含光稳定剂量 单位：%

③试验结果：见图4－2－9、图4－2－10。

图4－2－9 白色聚丙烯纤维的光稳定性

注：基本稳定处理：0.05%抗氧剂AO－13。颜料：0.25%二氧化钛（经稳定处理，表面涂覆金红石型）。暴晒：氙灯光照老化试验仪Xenotest 1200，黑板温度55℃。拉伸：20min，120℃。试验标准：老化时间（h），到50%拉伸强度保持率。

图4－2－10 白色聚丙烯纤维的光稳定性

注：基本稳定处理：0.05%抗氧剂AO－13 +0.1%硬脂酸钙。颜料：0.25%二氧化钛（经稳定处理，表面涂覆的金红石型）。暴晒：a. 氙灯光照老化试验仪，Xenotest 1200，黑板温度53℃；b. 美国佛罗里达，朝南45°（7月份开始）。试验标准：千兰勒（kLY）或老化时间（h），到50%拉伸强度保持率的照度。

④判断与分析：由于纤维的表面积同容积的比率大，因此，使用挥发性低、耐萃取性高（干洗水洗等）的稳定剂至关重要。聚合型受阻胺光稳定剂可以满足上述要求，它也是聚丙烯纤维光稳定处理的新工艺。它在热稳定方面的作用是许多应用中的另一重要优点（例如：汽车后架或行李箱衬里等）。

聚丙烯纤维在制造过程中，要经过几次热处理，类似于在120℃温度下将纤维拉伸20min。从图4－2－9可以看出，拉伸对聚丙烯纤维光稳定性的影响。受阻胺光稳定剂HALS－2，受阻胺光稳定剂HALS－1以及受阻胺光稳定剂HALS－3在拉伸前性能都差不多。经过热处理后受阻胺光稳定剂HALS－1（配方2）的效用显著下降，而聚合型阻胺光稳定剂（配方3、配方4）则仍然保持原来的性能。

从图4－2－10可以进一步看出，受阻胺光稳定剂HALS－2和受阻胺光稳定剂HALS－3的光稳定性。

（三）着色聚丙烯纤维^［12］

①规格：纤维18（DPF），聚丙烯8MFR。

②配方：见表4－2－31。

表4－2－31 着色聚丙烯纤维含光稳定剂及颜料量 单位：%

③试验结果：见图4－2－11。

图4－2－11 各种颜色聚丙烯纤维氙灯光照老化试验结果

注：试验标准：光照能量（kJ/m²）到40%保持率。

④判断与分析：从图4－2－11可以看出，本色聚丙烯纤维（配方1）随受阻胺光稳定剂HALS－7含量增加而防老化性能提高。同时可以看出，绿色（配方2）、蓝色（配方4）、灰色（配方6）、棕色（配方7）纤维随受阻胺光稳定剂HALS－7含量增加而防老化性能提高。但是，与本色（配方1）相比，防老化性能还有一些差距，这主要是颜料品种对它的影响。而红色（配方3）、黄色（配方5）且具有比本色纤维较好的防老化性能。

（四）阻燃聚丙烯纤维^［12］

①规格：纤维2600/160 den。

②配方：见表4－2－32。

表4－2－32 阻燃聚丙烯纤维含光稳定剂及阻燃剂量 单位：%

③试验结果：见表4－2－33。

表4－2－33 阻燃聚丙烯纤维老化测试结果

注：①1g/den≈0.088N/tex。

④判断与分析：从表4－2－33可以看出，只含阻燃剂的纤维（配方2）比普通纤维（配方1）老化还快，这说明阻燃剂有加速纤维老化作用。同时，还可以看出，不同的阻燃剂通过加光稳定剂可以改善防老化性能（配方3、4、5）。同一种阻燃剂通过不同含量光稳定剂的调整，也可以改善纤维的防老化性能（配方5、6、7）。

（五）聚酯纤维^［12］

①配方：见表4－2－34。

表4－2－34 聚酯（PET）纤维含光稳定剂量单位：%

②试验结果：见图4－2－12。

③判断与分析：从图4－2－12可以看出，聚酯纤维随苯并三唑类光稳定剂UVA－13含量的增加，而防老化性能不断提高。同时，还可以看出碳弧灯老化速率比氙灯快。

图4－2－12 PET纤维氙灯和碳弧灯光照老化试验结果

注：试验标准：老化时间（h），到拉伸强度保持率50%。

（六）尼龙6纤维^［12］

①配方：见表4－2－35。

表4－2－35 尼龙6（PA）纤维光稳定剂量 单位：%

②试验结果：见表4－2－36。

表4－2－36 PA纤维氙灯光照老化试验结果

③判断与分析：从表4－2－36可以看出，单独添加受阻胺类光稳定剂HALS－7（配方2）和羟基苯三嗪类光稳定剂UVA－25（配方3），不如复配防老化性能好（与配方4、5比较）。其中，配方4显示最好的防老化性能，说明受阻胺类光稳定剂HALS－7与羟基苯三嗪类光稳定剂UVA－25之间有较好的协同作用。

（七）丙纶带^［15］

①配方：见表4－2－37。

表4－2－37 丙纶（PP）带组成含量

②试验结果：丙纶长丝织成的丙纶带，在染色前进行染整单项处理和串联工艺处理，经大气老化试验的结果见表4－2－38和表4－2－39。

表4－2－38 丙纶（PP）带5个月大气老化试验结果

注：处理工艺：单项试验。暴晒：广州、朝南23 °（广州纬度）。

表4－2－39 丙纶（PP）带5个月大气老化试验结果

注：处理工艺：串联试验，即：a. 煮炼——丝光——保险粉/烧碱；b. 煮炼——氯漂——丝光——亚磷酸钠/硫酸；c. 煮炼——氧漂——丝光——亚磷酸钠/硫酸。

暴晒：广州、朝南23 °（广州纬度）。

③判断与分析：从表4－2－38和表4－2－39可以看出，未经染整的丙纶带有很好的防老化性能。同时，还可以看出无论单项或串联试验，染整处理对丙纶带的防老化性能均有影响，拉伸强度都有所降低，其中，影响最大的是氯漂工艺；其次是氧漂工艺。

（八）丙棉布^［15］

①丙棉布的织造：50%丙纶/50%棉混纺平纹细布。

②规格：38″，32×32S，73×69。

③配方：见表4－2－40。

表4－2－40 丙棉布中光稳定剂含量 单位：%

续表

注：①太原化工研究所产品。

④试验结果：各种丙棉色布大气老化试验结果见表4－2－41。丙棉布工作服试穿结果见表4－2－42。

表4－2－41 各种丙棉色布大气老化试验结果

注：暴晒：广州，朝南23°（广州地纬度角），10月份开始。老化终止指标：丙棉布采用15%～20%拉伸强度保持率。

表4－2－42 丙棉布工作服试穿结果

注：颜色：蓝色和灰色。试穿对象：长期在户外劳动的工人和农民。

⑤判断与分析：从表4－2－41可以看出，拉伸强度保持率下降至15%所需的时间：上海纺丝、纺纱和织布（制造）配方1、配方2蓝色、灰色均为5个月；北京制造配方1、配方2蓝色、灰色也均为5个月。而纯棉布大于9个月。

从表4－2－42可以看出，配方l、配方2制成的丙棉工作服，破损率比纯棉工作服低，比较耐穿耐用。

（九）纺黏法聚丙烯非织造布^［16］

①规格：20g/m²。

②配方：见表4－2－43。(www.xing528.com)

表4－2－43 纺黏法聚丙烯（PP）非织造布含老化母料量 单位：%

③试验结果：见表4－2－44。

表4－2－44 纺黏法PP非织造布老化测试结果

注：试验标准：澳洲羊毛协会《TM33－1979 合成羊毛包装织物抗紫外线试验方法》。测试仪器：Y951型编织物抗紫外线测试仪（荧光紫外灯），常州科乐仪器科技开发公司。

④判断与分析：纺黏法聚丙烯非织造布成型加工温度很高，一般高于200℃，从表4－2－44可以看出，配方2通过成型加工的布，经荧光紫外灯照射200h后，还有较好的防老化性能。而未加防老化母料的配方1，200h光照后已经粉化，失去使用价值。

（十）白色聚丙烯无纺布^［46］

①规格：厚0.35mm，白色聚丙烯（PP）。

②配方：见表4－2－45。

表4－2－45 聚丙烯无纺布光稳定剂含量 单位：%

注：树脂组分：PP；其他助剂：抗氧剂、填充母粒。

③试验结果：见图4－2－13、图4－2－14。

图4－2－13 紫外灯人工加速老化试验拉伸强度变化结果

图4－2－14 紫外灯人工加速老化试验断裂伸长率变化结果

注：试验说明：PP无纺布进行UV老化测试508h，光源UV－A，340nm；周期：4h 光照：0.8W/m²，55℃；2h 黑暗凝露：45℃。

④判断与分析：从图4－2－13、图4－2－14可以看出，随着光稳定剂HALS－29的添加量的增加，抗老化效果明显增强。配方3中HALS－29的加量是配方1的两倍，但力学性能保留率则不止两倍。

（十一）黄色聚丙烯无纺布^［47］

①规格：厚度0.18mm，黄色PP。

②配方：见表4－2－46。

表4－2－46 黄色聚丙烯无纺布光稳定剂含量 单位：%

注：树脂组分：PP；其他助剂：抗氧剂、填充母粒、色母粒。

③试验结果：见图4－2－15、图4－2－16。

图4－2－15 紫外灯人工加速老化试验拉伸强度变化结果

图4－2－16 紫外灯人工加速老化试验断裂伸长率变化结果

注：试验说明：PP无纺布进行UV老化测试，在240h、480h时分别取样，测试力学性能，光源UV－A，340nm；周期：4h光照：0.8W/m²，55℃；2h黑暗凝露：45℃。

④判断与分析：从图4－2－15、图4－2－16可以看出，PP无纺布中光稳定剂HALS－29、HALS－10同等添加比例时，HALS－29的耐候性能明显优于HALS－10。

（十二）黑色聚丙烯无纺布^［48］

①规格：1#厚度0.1mm，黑色；2#厚度0.18mm，黑色PP。

②配方：见表4－2－47。

表4－2－47 黑色聚丙烯无纺布光稳定剂含量 单位：%

注：树脂组分：PP；其他助剂：抗氧剂、填充母粒、色母粒。

③试验结果：见图4－2－17、图4－2－18。

图4－2－17 紫外灯人工加速老化试验拉伸强度变化结果

图4－2－18 紫外灯人工加速老化试验断裂伸长率变化结果

注：试验说明：不同厚度PP无纺布进行UV老化测试，在300h、600h时分别取样，测试力学性能，光源UV－A，340nm；周期：4h 光照：0.8W/m²，55℃；2h 黑暗凝露：45℃。

④判断与分析：从图4－2－17、图4－2－18可以看出，光稳定剂HALS－20在不同厚度的PP无纺布中使用，耐候性能随制品厚度的增加而增强，因此同等使用条件下，厚制品可适当减少光稳定剂的用量。

（十三）灰色聚丙烯纤维^［48］

①规格：灰色纤维PP。

②配方：见表4－2－48。

表4－2－48 灰色聚丙烯无纺布光稳定剂含量 单位：%

③试验结果：见图4－2－19、图4－2－20。

图4－2－19 紫外灯人工加速老化试验拉伸强度变化结果

图4－2－20 紫外灯人工加速老化试验断裂伸长率变化结果

注：试验说明：PP纤维进行UV老化测试，在250h、500h分别取样，测试力学性能，光源UV－A，340nm；周期：4h光照：0.8W/m²，55℃；2h黑暗凝露：45℃。

④判断与分析：从图4－2－19、图4－2－20可以看出，不添加光稳定剂的PP纤维在经过250h的UV照射后，完全老化，而添加了HALS－20的PP纤维在经过500h的UV照射后，拉伸强度保留率在48.66%，断裂伸长率保留率在38.14%。HALS－20在PP纤维上表现出优异的耐候性。

（十四）人造草坪丝（耐酸性环境改进型配方）^［49］：

①规格：厚100μm草丝。

②配方：见表4－2－49。

表4－2－49 人造草坪丝（PE）含光稳定剂量 单位：%

③试验结果：见表4－2－50。

④判断与分析：从表4－2－50可以看出，配方1的防老化性能佳于配方2、3。

表4－2－50 人造草坪丝人工加速老化试验结果

续表

注：暴晒：Q－Lab QUV Spray型老化箱，美国Q－Lab公司制造，灯源：UV－A，340nm，周期：4h，0.80W/m²，55°C；2h，黑暗凝露，45 °C。测试仪器：万能材料试验机UTM－0402。

（十五）人造草坪丝（比赛场地配方）^［49］

①规格：厚120μm草丝。

②配方：见表4－2－51。

表4－2－51 人造草坪丝（PE）含光稳定剂量 单位：%

③试验结果：见表4－2－52。

表4－2－52 人造草坪丝人工加速老化试验结果

注：暴晒：Q－Lab QUV Spray型老化箱，美国Q－Lab公司制造，灯源：UV－A，340nm，周期：4h，0.80W/m2，55°C；2h，黑暗凝露，45 °C。测试仪器：万能材料试验机UTM－0402。

④判断与分析：从表4－2－52可以看出，配方2的防老化性能佳于配方1、3。

（十六）人造草坪丝（景观草低成本配方）^［49］

①规格：厚140μm草丝。

②配方：见表4－2－53。

表4－2－53 人造草坪丝（PE）含光稳定剂量 单位：%

③试验结果：见表4－2－54。

表4－2－54 人造草坪丝人工加速老化试验结果

注：暴晒：Q－Lab QUV Spray型老化箱，美国Q－Lab公司制造，灯源：UV－A，340nm，周期：4h，0.80W/m²，55℃；2h，黑暗凝露，45℃。测试仪器：万能材料试验机UTM－0402。

④判断与分析：从表4－2－54可以看出，配方1的防老化性能佳于配方2。

（十七）人造草^［57］

①规格：单丝，基材聚乙烯（PE）。

②配方：见表4－2－55。

表4－2－55 人造草扁丝组成的含量 单位：%

③试验结果：见表4－2－56。

表4－2－56人造草扁丝人工加速老化试验结果

注：试验标准：老化（ASTMG154－2012、ISO－21898、《GB/T 1040.5－2008塑料 拉伸性能的测定 第5部分：单向纤维增强复合材料的试验条件》）；测试标准：《GAT 1045－2012道路交通事故现场防护服》。

④判断与分析：从表4－2－56可以看出，受阻胺光稳定剂HALS－3对材料的抗紫外线能力有着明显的提高，方面添加量为0.5%已满足材料紫外线照射3000h后，最大拉力保留率大于50%的要求；另一方面样品经老化后，颜色无明显变化，说明光稳定剂对酞青绿颜色具有非常好的保护作用，在实际应用中可根据使用年限和实际环境适当加大HALS－3的添加量。