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抗老化防護涂料的制備及其防護效果的研究

文檔作者：楊穩(wěn)華余劍英吳敏吳力立文檔來源：武漢理工大學(xué)		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年10月16日
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全國中文核心期刊新癯建巍粉撕中國科技核心期刊
抗老化舫護涂料的制備
及其防護效果的研究
楊穩(wěn)華，余劍英，吳敏，吳力立
(武漢理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，湖北武漢430070)
摘要：以有機硅溶液為成膜劑，分別添加不同類型的抗氧劑、光穩(wěn)定劑，制備了抗老化防護涂料。通過熱和紫外光老化前后力學(xué)
性能變化，評價不同組成的抗老化防護涂料對PVC卷材的防護效果。結(jié)果表明：不同抗氧劑制備的抗老化防護涂料對PVC卷材的
熱氧老化性能均有一定程度的改善效果，其中抗氧劑1010的改善作用最為顯著：不同光穩(wěn)定劑制備的抗老化防護涂料對PVC卷材
的紫外老化性能也有良好的改善作用，尤以UV770效果最佳。添加抗氧劑1010與UV770復(fù)合制備的抗光熱老化防護涂料進一步
提高了PVC卷材的抗紫外光老化性能。
關(guān)鍵詞：抗氧劑；光穩(wěn)定劑；抗老化防護涂料：防護效果
中圖分類號：TU56+1．69 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1001—702x(2016)05一o005—04
Preparation of anti-aging coating and its protection effects
YA NG We砒眥，YU血m咖唱，形U Min，WU Lilt
(School of Materials Science and Engineering，Wuhan University of Technology，Wuhan 430070，China)
Abstract：Anti—aging coating was prepared by adding different types of antioxidants and light stabilizers into organic silicon
solution which used as film-forming agent．The protection effects of anti—aging coatings to PVC were evaluated by investigating
mechanical properties before and after heat and ultraviolet aging test．The results show that anti—aging coatings prepared by differ—
ent antioxidants can improve the resistance to thermal—oxidative aging of PVC to some extent and the improvement of antioxidant
lOlO is the most significant．Anti-aging coating prepared by different light stabilizers also has a good effect on improving the re--
sistance to ultraviolet aging of PVC，especially for the UV770．Anti-aging coating prepared by the composite of antioxidant 1010
and UV770 can further improve the resistance to ultraviolet aging of PVC．
Key words：antioxidant，light stabilizer，anti—a百ng coating，protection effect
高分子材料在戶外服役過程中，受光、熱、氧等外界環(huán)境
作用會發(fā)生降解或交聯(lián)反應(yīng)，導(dǎo)致其性能劣化，從而影響材料
的使用壽命㈣。為延長高分子材料的服役壽命，通常采用內(nèi)
摻抗氧劑和光穩(wěn)定劑等防老化劑來提高高分子材料的抗老化
性能M。然而，防老劑的加入會對制品性能產(chǎn)生一定的負面
影響，同時由于紫外光只對高分子材料的表面層(約0．2 mm)
有影響【8I，因而內(nèi)摻光穩(wěn)定劑對材料抗紫外光老化防護效果
有限。
為避免內(nèi)摻防老劑對高分子材料性能的影響及內(nèi)摻光穩(wěn)
定劑對紫外線防護效果差的不足，防老化涂料已被研究與應(yīng)
用。如吳鵬唧以對紫外光有很好屏蔽吸收作用的納米TiO：為
填料，研制出一種橡膠制品表面用抗老化防護納米涂料，以改
善橡膠制品的耐光氧老化性能。黃云【10t采用光穩(wěn)定劑和光屏
蔽劑制備了瀝青路面紫外防護涂料，以提高瀝青耐紫外光老
化性能。
本文以有機硅為成膜劑，通過加入抗氧劑和光穩(wěn)定劑來
制備抗老化防護涂料。以聚氯乙烯(PVC)卷材作為基材，通過
力學(xué)性能測試，評價了不同種類的抗氧劑和光穩(wěn)定劑制備的
抗老化防護涂料對熱和紫外光的防護效果，研究確定了抗老
化防護涂料中抗氧劑和光穩(wěn)定劑的種類和適宜摻量。
基金項目：國家科技支撐計劃課題(2015BAB07804)
1 實驗
收稿日期：2016一01—26；修訂15t1朝：2016-02—28 1．1 實驗原料
作者簡介：楊穩(wěn)華，女，1990年生，湖北黃岡人，碩士研究生。通訊作者： 有機硅溶液，由硅樹脂溶液、滲透劑和增粘劑組成，固含
余劍英，地址：武漢市洪山區(qū)珞獅路122號，E—mail：jyyu@whut．edu．cn。量為25％，湖北環(huán)宇化工有限公司生產(chǎn)。三(2，4一二叔丁基)
N EW BUI LDING MATERIALS ·5·
萬方數(shù)據(jù)
楊穩(wěn)華，等：抗老化防護涂料的制備及其防護效果的研究
亞磷酸酯(抗氧劑168)、B一(4一羥基一3，5一二叔丁基苯基)丙
酸正十八碳酸醇(抗氧劑1076)、1四[13—3 7，5 7一二叔丁基一47一羥
基苯基)丙酸1季戊四醇酯(抗氧劑1010)、2一羥基一4一正辛氧
基二苯甲酮(UV531)、雙(2，2，6，6一四甲基．4一哌啶基)葵二酸
酯(uv一770)、鄰羥基苯甲酸(水楊酸)，均為南京米蘭化工有
限公司生產(chǎn)。PVC卷材：厚度為2 mm，抗拉強度6．15 MPa，斷
裂伸長率152％，耐熱100 cc，耐寒一30℃，泉州市祥和塑料片
材有限公司。
1．2抗老化防護涂料的制備
抗熱氧老化防護涂料的制備：選擇適宜的有機溶劑分別
溶解抗氧劑168、1076、1010，然后分別與有機硅溶液混合配
制成l％、2％、3％和4％濃度的抗熱氧老化防護涂料。
抗紫外老化防護涂料的制備：選擇適宜的有機溶劑分別
溶解光穩(wěn)定劑UV531、UV770、水楊酸，然后分別與有機硅溶
液混合配制成l％、2％、3％和4％濃度的抗紫外老化防護涂
料。
抗光熱老化防護涂料的制各：通過上述實驗進行抗氧劑
和光穩(wěn)定劑種類和摻量的篩選，然后將抗氧劑和光穩(wěn)定劑分
別溶解在適宜的有機溶劑中，再與有機硅溶液進行復(fù)合，配制
成抗光熱老化防護涂料。
1．3老化試樣的制備
將PVC卷材裁成700 mmxl50／lq／l}試片，按照200咖2
用量將有機硅溶液與不同類型抗老化防護涂料分別涂刷在
PVC試片上，室溫固化3 d。每組試件均涂刷2塊試片，1片用
于老化試驗，另1片作為對比樣。
1．4老化實驗
1．4．1熱氧老化實驗
將涂覆抗熱氧老化防護涂料的PVC試片放入40lAB型
熱老化試驗箱中，試驗溫度為60℃，以6 d為1個老化周期，
進行3個周期的老化，對老化后樣品進行力學(xué)性能測試。
1．4_2紫外老化實驗
將涂覆抗紫外老化防護涂料的PVC試片放入紫外老化
試驗箱中，試驗溫度為55℃，試樣表面紫外光強度為9500
}LW／cmz。以6 d為1個老化周期，進行3個周期的老化，對老
化后樣品進行力學(xué)性能的測試。
1．5力學(xué)性能測試方法
按照GB／T 1040--2006《塑料拉伸性能的測定》，將對比
樣和老化試樣分別裁成115 mmx25 mmx2 mm啞鈴型試件，
在深圳瑞格爾萬能試驗機上進行力學(xué)測試，拉伸速度為50
mm／min，每個樣品試件數(shù)量為5個，拉伸強度和斷裂伸長率
取5個試件的平均值，然后分別計算拉伸強度保留率和斷裂
伸長率保留率。
·6· 新型建筑材料2016．5
2結(jié)果與討論
2．1有機硅涂膜對PVC老化性能的影響
表1為PVC卷材試樣和表面涂覆有機硅溶液的PVC卷
材試樣經(jīng)熱氧老化和紫外光老化后的抗拉強度保留率。
表1 有機硅涂膜對PVC卷材拉伸強度保留率的影響
老化熱氧老化，％ 時間——
／d 純PVC 有機硅涂覆PVC
紫外光老化／％
純PVC 有機硅涂覆PVC
從表l可以看出，純PVC試樣和表面涂覆有機硅溶液的
PVC試樣在熱氧和紫外老化后的抗拉強度保留率隨老化時
間的延長而降低；與未涂覆PVC卷材相比，有機硅涂覆PVC
卷材的抗拉強度保留率明顯提高，尤其是在紫外光老化條件
下，有機硅涂覆PVC的抗拉強度保留率可提高7—8個百分
點。
表2為PVC卷材試樣和表面涂覆有機硅涂膜的PVC卷
材試樣熱氧老化和紫外老化后的斷裂伸長率保留率。
表2有機硅涂膜對PVC斷裂伸長率保留率的影響
從表2可以看出，熱氧老化18 d后，PVC卷材的斷裂伸
長率保留率為69．5％，表面涂覆有機硅涂膜PVC的斷裂伸長
率保留率為73．8％，提高4．3個百分點；紫外老化18 d后，純
PVC卷材的斷裂伸長率保留率64．5％，表面涂覆有機硅涂膜
PVC的斷裂伸長率保留率為71。6％，提高7．1個百分點。
PVC老化后抗拉強度保留率和斷裂伸長率保留率的變
化表明有機硅涂膜本身具有一定的防老化作用，其中對紫外
老化性能的改善作用更明顯。
2．2抗熱氧老化防護涂料對PVC老化性能的影響
圖1、圖2分別為不同抗氧劑種類及摻量制備的抗熱氧
老化防護涂料對PVC卷材在熱氧老化18 d后抗拉強度保留
率和斷裂伸長率保留率的影響。
由圖1、圖2可見，與表1和表2中只涂覆有機硅溶液的
PVC卷材熱氧老化18 d后的拉伸強度保留率和斷裂伸長率
保留率相比，表面涂覆摻加抗氧劑的抗熱氧老化防護涂料后，
PVC卷材的拉伸強度保留率和斷裂伸長率保留率均有顯著
提高。對比3種抗氧劑制各的抗老化防護涂料，摻加抗氧劑
萬方數(shù)據(jù)
125
纛Ⅲ
田
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105
楊穩(wěn)華，等：抗老化防護涂料的制備及其防護效果的研究
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2 3 4
抗氧劑摻量／％
圖1 不同抗氧劑制備的防護涂料對
PVC卷材抗拉強度保留率的影響
92
善88
墓sa
糌
釜80
冀76
72
抗氧劑摻量／％
圖2不同抗氧劑制備的防護涂料對
PVC卷材斷裂伸長率保留率的影響
1010的抗老化涂料對PVC卷材的熱氧老化防護效果最好，其
次為抗氧劑1076，抗氧劑168效果最差。摻加抗氧劑1010的
抗熱氧老化防護涂料，在抗氧劑摻量為3％時，PVC卷材熱氧
老化后的拉伸強度保留率和斷裂伸長率保留率達到最大值；
而摻加抗氧劑168和1076的抗熱氧老化防護涂料，在抗氧劑
摻量為2％時，PVC熱氧老化后的拉伸強度保留率和斷裂伸
長率保留率達到最大值。在熱氧老化18 d時，涂覆摻加3％抗
氧劑1010的抗熱氧老化防護涂料的PvC拉伸強度保留率和
斷裂伸長率保留率分別為122％和88％。
采用抗氧劑1010制備的抗熱氧老化防護涂料的效果優(yōu)
于抗氧劑168和抗氧劑1076，其原因在于抗氧劑1010和
1076均屬于受阻酚類抗氧劑，通過抗氧劑分子中的酚羥基捕
獲老化過程中已產(chǎn)生的自由基來終止鏈連鎖反應(yīng)，由于1010
分子結(jié)構(gòu)中有4個酚羥基，而1076分子結(jié)構(gòu)中只有1個酚羥
基，故1010制備的涂料抗熱氧老化性能更好。而抗氧劑168
屬于亞磷酸酯類抗氧劑，主要作用是分解氫過氧化物，其對熱
氧老化的防護作用相對較弱。
2．3抗紫外老化防護涂料對PVC卷材老化性能的
影響
圖3、圖4分別為不同光穩(wěn)定劑制備的抗紫外老化防護
涂料對PVC卷材在紫外老化18 d后抗拉強度保留率和斷裂
伸長率保留率的影響。
圖3不同光穩(wěn)定劑制備的防護涂料對
PVC卷材抗拉強度保留率的影響
圖4不同光穩(wěn)定劑制備的防護涂料對
PVC卷材斷裂伸長率保留率的影響
由圖3、圖4可見，與表l和表2中只涂覆有機硅溶液的
PVC卷材紫外老化18 d后的拉伸強度保留率和斷裂伸長率
保留率相比，表面涂覆摻加光穩(wěn)定劑的抗紫外老化防護涂料
后，PVC卷材的拉伸強度保留率和斷裂伸長率保留率均有顯
著提高。3種光穩(wěn)定劑制各的防護涂料中，摻加UV770的防老
化涂料對PVC卷材的紫外防護效果最好，其次為UV531，水楊
酸的防護效果最差。對于摻加UV770的防護涂料，隨著UV770
摻量的增大，PVC卷材紫外老化后的拉伸強度保留率和斷裂
伸長率保留率均持續(xù)增加，在摻量達到4％時，拉伸強度保留率
和斷裂伸長率保留率均超過88％而摻加UV531的防護涂料，
在UV531摻量為3％時，PVC卷材紫外老化后的拉伸強度保留
率和斷裂伸長率保留率達到最大值，分別為82％和84％。
采用UV770制各的抗紫外老化防護涂料的效果優(yōu)于
UV531和水楊酸，其原因是UV770為受阻胺類光穩(wěn)定劑，能
夠與聚合物老化過程中產(chǎn)生的不能長時間穩(wěn)定存在的活性自
由基作用，形成可長時間穩(wěn)定存在的自由基或穩(wěn)定分子，且其
光穩(wěn)定劑有效官能團具有再生循環(huán)功能，具有良好的長期抗
紫外老化性能。而UV531和水楊酸屬于紫外吸收劑，能夠吸
收290。375 nm的紫外光m】，對于375—400 nm區(qū)間的紫外光
吸收作用較小。
2．4抗氧劑與光穩(wěn)定劑復(fù)配抗光熱老化防護涂料對
PVC卷材老化性能的影響
N EW BUI LDlNG MATERIALS ·7·
萬方數(shù)據(jù)
楊穩(wěn)華，等：抗老化防護涂料的制備及其防護效果的研究
為進一步提高抗老化防護涂料的性能，將抗氧劑1010
和UV770分別溶解于適宜的有機溶劑中，然后加入有機硅溶
液中，制得抗氧劑與光穩(wěn)定劑復(fù)配抗光熱老化防護涂料，抗氧
劑1010的摻量為3％，UV770的摻量為4％。圖5、圖6分別為
涂覆1010和UV770復(fù)配抗光熱老化防護涂料和單摻UV770
抗老化防護涂料的PVC卷材與PVC卷材的抗拉強度保留率
和斷裂伸長率保留率隨紫外老化時間的變化曲線。
104
罨96
簍88
壁80
壁
冀72
64
·PVC卷材
·涂覆復(fù)配防老化涂料卷材
0 6 12 18
老化時間／d
圖5復(fù)配抗光熱老化防護涂料對
PVC卷材抗拉強度保留率的影響
-PVC卷材
老化時間／d
圖6復(fù)配抗光熱老化防護涂料對
PVC卷材斷裂伸長率保留率的影響
從圖5、圖6可以看出，PVC卷材的抗拉強度保留率和斷
裂伸長率保留率隨老化時間的延長快速降低，直至老化12 d
后降低速度才變緩；而PVC卷材表面涂覆1010和UV770復(fù)
配抗老化防護涂料和單摻4％UV770抗老化防護涂料后，抗
拉強度保留率在老化6 d時有所提高，之后斷裂伸長率保留
率雖隨老化時間的延長而下降，但降低幅度遠小于PVC卷
材。其中1010和UV770復(fù)配抗老化防護涂料對PVC卷材抗
老化性能的改善效果明顯優(yōu)于單摻UV770的抗老化防護涂
料，紫外老化18 d后，PVC卷材的抗拉強度保留率和斷裂伸
長率保留率均在90％以上。UV770和1010復(fù)配抗老化防護
涂料既可通過1010分子中的酚羥基捕獲老化過程中已產(chǎn)生
的自由基來終止鏈連鎖反應(yīng)，又可通過UV770與產(chǎn)生的活性
自由基作用形成可長時間穩(wěn)定存在的自由基或穩(wěn)定分子，故
其對光熱老化防護作用更好。
·8· 新型建筑材料2016．5
3結(jié)論
(1)以有機硅溶液為基料添加不同抗氧劑制備的抗老化
防護涂料對PVC卷材的熱氧老化均有良好的防護作用，其中
摻加3％抗氧劑1010的抗老化防護涂料對PVC卷材老化性
能的改善最為有效。
(2)有機硅溶液與不同光穩(wěn)定劑制備的抗老化防護涂料
對PVC卷材的紫外光老化均有較好的防護作用，其中摻加
4％光穩(wěn)定劑UV770的抗老化防護涂料防護效果最好。
(3)抗氧劑1010、光穩(wěn)定劑UV770和有機硅溶液復(fù)配的
抗光熱老化防護涂料對PVC卷材的紫外老化防護效果更為
優(yōu)良，紫外老化18 d后，PVC卷材的抗拉強度保留率和斷裂
伸長率保留率均在90％以上。
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