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聚乙烯薄膜實(shí)驗(yàn)室人工加速老化和室外自然曝曬的相關(guān)性研究

發(fā)布于:2022-09-21

摘要

加速紫外線老化循環(huán)主要用于評(píng)估塑料材料的耐久性,尤其是聚乙烯(PE)薄膜。這種測(cè)試的失敗點(diǎn)通常是物理性能的損失,例如隨著時(shí)間的推移拉伸強(qiáng)度的損失。對(duì)于設(shè)計(jì)為在環(huán)境條件下不穩(wěn)定的塑料,加速老化周期尚未確定,其與室外暴露的相關(guān)性也尚未確定。這項(xiàng)研究證明了最近在英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)PAS 9017:2020中編纂的新定義的溫和加速紫外線老化循環(huán)的效用。此外,通過在佛羅里達(dá)州的專業(yè)戶外暴露場(chǎng)所同時(shí)測(cè)試相同的樣品,已經(jīng)將實(shí)驗(yàn)室老化循環(huán)的有效性與真實(shí)的戶外暴露相關(guān)聯(lián)。通過使用高溫凝膠滲透色譜(HT-GPC)分析,證明了測(cè)試方法的實(shí)用性和聚乙烯樣品的性能。這些數(shù)據(jù)導(dǎo)致對(duì)暴露于環(huán)境刺激時(shí)PE膜中發(fā)生的物理化學(xué)變化的詳細(xì)了解。通過比較,令人驚訝的是,所采用的技術(shù)似乎提供了對(duì)從大聚乙烯樣品形成PE的二次微顆粒的過程的了解。對(duì)于所研究的PE膜,超過14天的溫和加速紫外線老化周期證明了與在佛羅里達(dá)戶外暴露90天的近似相關(guān)性。

關(guān)鍵詞:

quv紫外線老化試驗(yàn)機(jī),聚乙烯,戶外暴露,老化相關(guān)性,HT-GPC,羰基指數(shù),分子量。

1.介紹

對(duì)于許多基于戶外使用的塑料產(chǎn)品來說,塑料材料的穩(wěn)定性是一個(gè)關(guān)鍵的決定因素。這方面的例子包括管道、汽車零件甚至包裝,僅舉幾例。因此,自從大規(guī)模采用聚合物作為商業(yè)材料以來,這些聚合物材料的使用壽命預(yù)測(cè)已經(jīng)獲得了科學(xué)研究。同樣值得注意的是,聚合物使用壽命預(yù)測(cè)的確定取決于所選擇的失效點(diǎn),如所采用的測(cè)試方法所確定的。因此,塑料袋的破壞點(diǎn)通常被選擇為大于其原始斷裂伸長(zhǎng)率的50%的下降,因?yàn)檫@將表明它不再能夠保持足夠量的負(fù)荷的點(diǎn)。

由于聚烯烴材料在許多戶外應(yīng)用中的普遍使用,聚烯烴材料的耐候性已經(jīng)得到了重要的研究。因此,將實(shí)驗(yàn)室加速老化技術(shù)與室外暴露聯(lián)系起來變得至關(guān)重要。聚乙烯和聚丙烯易受氧化紫外線輻射的降解,經(jīng)常導(dǎo)致二次聚烯烴微塑料的形成。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)目前管理紫外線加速老化的使用,即ASTM D4329-13和ISO 4892-3。此外,管理塑料戶外暴露方法的標(biāo)準(zhǔn),如ASTM G113,規(guī)定室內(nèi)加速測(cè)試應(yīng)與戶外暴露獲得的結(jié)果相匹配。為此,最近進(jìn)行的研究表明,在中國(guó)和日本的不同地區(qū),聚丙烯在實(shí)驗(yàn)室加速老化中的耐久性與室外暴露相比具有相關(guān)性。此外,在印度,對(duì)用作火車架空電力電纜高壓絕緣體的聚合物進(jìn)行了類似的相關(guān)研究。

這些研究的失敗點(diǎn)集中在確定這些材料的耐久性上,因此,實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)中使用的老化循環(huán)通常被設(shè)計(jì)成模擬多年的紫外線照射。有趣的是,雖然大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)研究都集中在耐久性上,但在專門設(shè)計(jì)用于模擬非常短的室外暴露時(shí)間的循環(huán)上卻很少做工作。由于對(duì)塑料污染在自然環(huán)境中累積的認(rèn)識(shí)增加,加上需要評(píng)估由初級(jí)微塑料污染產(chǎn)生次級(jí)微塑料的生產(chǎn)率,因此對(duì)這種循環(huán)的需求越來越大。此外,如最近在BS PAS 9017:2020中規(guī)定的那樣,需要驗(yàn)證此類問題的技術(shù)解決方案在真實(shí)環(huán)境中的真實(shí)影響,以確定其性能,同時(shí)證明其有效性。為此,本文介紹了聚烯烴材料紫外線老化的溫和加速老化循環(huán)。為了證明與戶外暴露的相關(guān)性,將加速實(shí)驗(yàn)室方法與佛羅里達(dá)州的戶外暴露進(jìn)行了比較,在佛羅里達(dá)州,戶外暴露是在一個(gè)專業(yè)場(chǎng)所進(jìn)行的。標(biāo)準(zhǔn)聚乙烯薄膜和含有Polymateria生物轉(zhuǎn)化技術(shù)的聚乙烯薄膜的性能之間的相關(guān)性通過比較聚合物結(jié)構(gòu)隨時(shí)間的損失來證明。

2.材料和方法

2.1.材料

用于加速和戶外老化研究的樣品是在Collin吹膜生產(chǎn)線BL 180/400上生產(chǎn)的,在該生產(chǎn)線上添加劑的用量可以得到很好的控制(Collin Lab & Pilot Solutions,Maitenbeth,Germany)。樣品SF 01是由75%低密度聚乙烯(LDPE) (ExxonMobil LD150 BW)和25%線性低密度聚乙烯(LLDPE) (Total Lotrene 1018H)組成的單層聚乙烯膜(87.5 m厚)。樣品SF 02含有專利生物轉(zhuǎn)化添加劑,劑量為2重量%(87.5m厚)。

2.2.方法

戶外老化在靠近佛羅里達(dá)州邁阿密的Q-LAB公司(美國(guó)俄亥俄州西湖)試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行;遵循ASTM D1435 20的規(guī)范。將樣品切成30厘米× 15厘米,放在高密度聚乙烯(HDPE)網(wǎng)中,以防止樣品交叉污染和老化過程中因風(fēng)造成的損失。將樣品安裝在45°朝南的位置,在測(cè)試架附近記錄每天測(cè)試的老化數(shù)據(jù):日平均溫度、濕度、降雨量和輻照度(用埃普利TUVR 295-385 nm在285 nm和385nm之間測(cè)量的紫外線輻照度)。佛羅里達(dá)測(cè)的樣本都是后綴_Fl。

Polymateria Ltd .使用Q-Lab公司(Westlake,OH,USA)的QUV熒光測(cè)試儀對(duì)聚乙烯(PE)膜進(jìn)行加速實(shí)驗(yàn)室老化測(cè)試,其中輻照度和黑色面板溫度被校準(zhǔn)在340 nm。輻照度設(shè)定值為0.8 W/m2,BPT為60°C,持續(xù)1小時(shí),23小時(shí)黑暗,24小時(shí)60°C,重復(fù)14天。由quv紫外線老化試驗(yàn)機(jī)制備的樣品以_QUV為后綴。

紅外分析在4000-600cm-1范圍內(nèi)以4cm-1的分辨率在配備有Nicolet iS10或Nicolet iS5的iD7鉆石ATR (Thermofisher Scientific,Waltham,MA,USA)上進(jìn)行。使用SAUB方法計(jì)算羰基指數(shù),其中CI =面積(1850–1650)/面積(1500–1420)。推薦使用這種方法,因?yàn)樗紤]了老化過程中產(chǎn)生的所有羰基物質(zhì)。

使用配有折光率檢測(cè)器(Agilent,Santa Clara,CA,USA)、2× Olexis PL凝膠柱的Agilent 1260 Infinity II高溫凝膠滲透色譜系統(tǒng)進(jìn)行分子量分析,并使用PS標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行校準(zhǔn)。在160℃下以1毫升/分鐘的流速測(cè)量樣品,并根據(jù)ASTM D6474 20溶解和分析樣品。對(duì)于大多數(shù)HT GPC實(shí)驗(yàn),僅記錄了一次測(cè)量,這是由于運(yùn)行樣品的時(shí)間和成本,并且當(dāng)樣品制備正確時(shí),HT GPC具有很高的重現(xiàn)性。

3.結(jié)果和討論

將聚烯烴材料的性能與環(huán)境應(yīng)力相關(guān)聯(lián)的關(guān)鍵是識(shí)別與材料應(yīng)用相關(guān)的失效點(diǎn)。在設(shè)計(jì)用于在開放環(huán)境中生物降解的聚烯烴的情況下,PAS 9017:2020的出版物已經(jīng)確定聚烯烴的失效點(diǎn)是聚合物分子量的顯著損失,如通過高溫凝膠滲透色譜測(cè)定的,除了羰基指數(shù)的顯著增加之外,所述羰基指數(shù)是使用帶下比表面積(SAUB)技術(shù)從紅外光譜測(cè)量和計(jì)算的。這項(xiàng)工作的目的是使用這些分析方法,在兩種類型的環(huán)境暴露(加速和室外)下,通過聚乙烯基質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)隨時(shí)間的損失來證明故障點(diǎn),從而證明這種老化技術(shù)作為溫和的紫外線加速實(shí)驗(yàn)室方法在相對(duì)較短的時(shí)間范圍內(nèi)模擬聚乙烯材料的環(huán)境不穩(wěn)定性的效用。選擇的聚乙烯材料是兩層87.5 μm厚的薄膜:SF-01,一層由75%低密度聚乙烯和25% LLDPE組成的薄膜;和SF-02組成相同的組合物,外加2重量%的生物轉(zhuǎn)化技術(shù)。

3.1.戶外展覽場(chǎng)地

聚乙烯(PE)樣品的老化是在佛羅里達(dá)州(美國(guó))的Q-Lab公司的試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行的,該試驗(yàn)場(chǎng)被認(rèn)為是溫暖/潮濕的試驗(yàn)環(huán)境。樣品與架子上的太陽(yáng)成45度角。在為期4個(gè)月的實(shí)驗(yàn)中,記錄了日平均溫度和紫外線輻照度(285納米和385納米)(圖S1,來自補(bǔ)充材料)。PE樣品暴露在室外總共90天。佛羅里達(dá)經(jīng)常被使用的一個(gè)原因是老化在暴露期間保持相當(dāng)一致,溫度和每日紫外線輻照度在暴露期間沒有顯著變化。暴露期間,佛羅里達(dá)州有22天的降雨量,大約相當(dāng)于10毫米(圖S2,補(bǔ)充材料)。

佛羅里達(dá)的戶外老化廣泛用于從油漆、塑料到汽車和航空航天的許多行業(yè),以評(píng)估天氣對(duì)材料的影響,并廣泛用于在塑料耐久性評(píng)估中將實(shí)驗(yàn)室老化與戶外暴露相關(guān)聯(lián)。由于佛羅里達(dá)暴露點(diǎn)的偏遠(yuǎn),那里的平均溫度與2020年相同三個(gè)月的平均溫度進(jìn)行了比較,以便更容易識(shí)別全球城市(表1)。發(fā)現(xiàn)在這些城市觀察到的平均溫度與佛羅里達(dá)暴露點(diǎn)有很好的相關(guān)性。

表1 相同3個(gè)月期間(2020年8月-10月)室外老化地點(diǎn)和世界各地城市的平均溫度比較

3.2加速紫外線老化與佛羅里達(dá)戶外暴露的相關(guān)性

PE膜戶外暴露的耐久性研究通常選擇物理性能的損失,如斷裂伸長(zhǎng)率或顏色變化,作為失效點(diǎn)。然而,本研究的重點(diǎn)是PE在暴露時(shí)間內(nèi)的環(huán)境不穩(wěn)定性,因此物理化學(xué)性質(zhì)的變化更為重要。眾所周知,PE基質(zhì)上的表面變化會(huì)導(dǎo)致物理性質(zhì)的損失,而在分子水平上,本體材料的物理化學(xué)性質(zhì)保持相對(duì)不變。正是這種體積效應(yīng)與表面效應(yīng)之間的差異,使得本研究將重點(diǎn)放在化學(xué)分析上,化學(xué)分析更能反映整個(gè)PE聚合物結(jié)構(gòu)而非表面發(fā)生的變化。因此,焦點(diǎn)集中在PE分子量隨時(shí)間的變化上,這是一種使用不充分的方法,其中許多以前的研究?jī)H記錄實(shí)驗(yàn)開始和結(jié)束時(shí)的值。Ly及其同事是少數(shù)幾個(gè)在整個(gè)戶外暴露時(shí)間范圍內(nèi)廣泛監(jiān)測(cè)分子量數(shù)據(jù)的人,這為聚丙烯的耐用性提供了重要的見解。此外,在Ly等人的工作中使用分子量分析,使得從其分子量和分子量分布推斷聚丙烯性能的變化成為可能,因此在加速實(shí)驗(yàn)室老化和室外暴露方法之間提供了更強(qiáng)的相關(guān)性。在本研究中,使用高溫凝膠滲透色譜法對(duì)PE樣品進(jìn)行分子量分析,使用三氯苯作為溶劑,在160℃下進(jìn)行。

圖1 佛羅里達(dá)戶外曝曬PE膜的分子量和羰基指數(shù)的比較。

在這項(xiàng)研究中,相同的聚乙烯基薄膜在紫外線加速(QUV)機(jī)中老化總共14天。老化循環(huán)不是機(jī)器內(nèi)置的耐久性循環(huán),而是1小時(shí)紫外線照射后23小時(shí)黑暗的溫和循環(huán)。兩種情況下的溫度保持恒定在60°c。這種新的測(cè)試周期是為BS PAS 9017:2020開發(fā)的,這種通信將這種quv紫外線老化試驗(yàn)機(jī)與室外暴露進(jìn)行了重要的比較,以驗(yàn)證其實(shí)用性。因此,同樣的樣品也在佛羅里達(dá)進(jìn)行了總計(jì)90天的戶外暴露老化。兩種類型的暴露對(duì)PE分子量變化的影響以規(guī)則的時(shí)間間隔進(jìn)行監(jiān)測(cè)。為了繪制和比較加速老化和戶外暴露的結(jié)果,開發(fā)了運(yùn)行時(shí)間分?jǐn)?shù)(等式(1))作為比較的標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn),而不是暴露的絕對(duì)時(shí)間(小時(shí)或天)。有了這種標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間范圍測(cè)量,通過對(duì)曝光下的薄膜進(jìn)行犧牲取樣,以規(guī)則的時(shí)間間隔記錄數(shù)均分子量(Mn)、重均分子量(Mw)和Z均分子量(Mz)的值(表S1和S2,圖1)。

Runtime Fraction = Timen / Total time (1)

羰基指數(shù)(CI)也在相同的采樣間隔測(cè)量,并使用SAUB方法計(jì)算。作為比較的第一點(diǎn),佛羅里達(dá)PE膜的CI數(shù)據(jù)被其原始Mz值的百分比(%)損失所覆蓋(圖1).紅色陰影區(qū)域顯示,m的大部分損失發(fā)生在運(yùn)行時(shí)間的前半段,而CI變化的增加發(fā)生在運(yùn)行時(shí)間的后半段。眾所周知,CI變化主要是在材料的表面上測(cè)量的,因此,盡管它們是化學(xué)結(jié)構(gòu)變化的強(qiáng)有力指標(biāo),但是它們的解釋應(yīng)該小心處理,因?yàn)槿绻麤]有進(jìn)一步的分析,它們可能不會(huì)反映出在聚合物基體本體中發(fā)生的化學(xué)變化。在這種情況下,關(guān)鍵的區(qū)別在于SF-01和SF-02在佛羅里達(dá)戶外暴露后,其物理化學(xué)變化呈現(xiàn)出不同的趨勢(shì)。這并不奇怪,因?yàn)镾F-02被設(shè)計(jì)成在暴露于環(huán)境中時(shí)不穩(wěn)定,而SF-01則不然。另一方面,令人驚訝的是所觀察到的分子量下降。雖然數(shù)量不同,但它們顯示出相似的趨勢(shì),即它們出現(xiàn)在總運(yùn)行時(shí)間的前50 %,之后趨于平穩(wěn)。相比之下,SF-02的置信區(qū)間如預(yù)期的那樣急劇上升到大約2,而SF-01達(dá)到大約0.8的最大置信區(qū)間。為此,很明顯,測(cè)量分子量損失是確定材料隨時(shí)間推移的環(huán)境不穩(wěn)定性程度的更準(zhǔn)確和更具代表性的方法。

根據(jù)Gardetteand和其他人的觀察,嘗試觀察C=C雙鍵(909 cm-1)的形成,但是,隨著材料老化,大多數(shù)樣品的譜帶不夠強(qiáng),無法與基線測(cè)量值區(qū)分開來(圖S3和S4)。只有SF-01_FI顯示出與Norrish光解一致的預(yù)期增加,然而,對(duì)于該樣品,這也對(duì)應(yīng)于CI的增加(運(yùn)行時(shí)間分?jǐn)?shù)0.43)。

分子量變化時(shí)間的比較進(jìn)一步用于確定戶外暴露和溫和的紫外線加速老化循環(huán)之間的相關(guān)性(圖2)。結(jié)果表明,包含生物轉(zhuǎn)化技術(shù)的SF-02的溫和紫外線老化循環(huán)和戶外暴露顯示了相似的分子量損失曲線。引人注目的是,SF-02在0.43的運(yùn)行時(shí)間分?jǐn)?shù)內(nèi)損失了其原始Mw和Mz的90%以上。這分別相當(dāng)于在加速實(shí)驗(yàn)室條件下6天的溫和紫外線老化和39天的佛羅里達(dá)戶外暴露。這種相關(guān)性同樣反映在相同運(yùn)行時(shí)間分?jǐn)?shù)的Mn、Mw和Mz的相對(duì)值降低的比較中(圖2,表S1和S2)。從0.43運(yùn)行時(shí)間分?jǐn)?shù)開始,分子量下降似乎在兩種暴露條件下都趨于平穩(wěn),對(duì)于Mw和Mz的損失達(dá)到大于95%的最大值(表S1和S2)。這些數(shù)據(jù)表明,在該膜的組成中,聚乙烯、低密度聚乙烯和LLDPE都同樣轉(zhuǎn)化為帕拉芬蠟。化學(xué)變化導(dǎo)致薄膜物理分解成細(xì)小柔軟的粉狀蠟狀物質(zhì)。此外,如CI所示,這些蠟的高水平羰基官能化似乎是生物轉(zhuǎn)化技術(shù)賦予的化學(xué)變化的作用,導(dǎo)致原始PE的聚合結(jié)構(gòu)完全喪失。進(jìn)一步的研究正在進(jìn)行中,以更詳細(xì)地了解反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和機(jī)理。

圖二  對(duì)比對(duì)照和創(chuàng)新樣品的分子量數(shù)據(jù)

對(duì)照樣品SF-01顯示了類似的相關(guān)性,Mw和Mz通過0.2運(yùn)行時(shí)間分?jǐn)?shù)降低了50%以上,但是Mw和Mz都沒有達(dá)到90%的損失,即使在總運(yùn)行時(shí)間暴露之后。有趣的是,在戶外暴露的影響下,Mw和Mz分子量的降低比在溫和的紫外線老化循環(huán)下持續(xù)更大的程度。這部分是由于在室外條件下,樣品將承受更大的應(yīng)力,這也將影響降解性能,如濕度變化、污染、降雨和更大的熱沖擊,因?yàn)椴牧显诎滋旌鸵雇肀患訜岷屠鋮s。盡管存在這些差異,但在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中并不總是可能模擬的,所選擇的溫帶周期顯示了與佛羅里達(dá)戶外暴露高度代表性的相關(guān)性。此外,與SF-02相反,SF-01物理分解成聚乙烯薄膜碎片的脆性薄片,而不是SF-02所見的粉狀蠟狀物質(zhì)。

對(duì)照樣品在室外氣候老化過程中的相對(duì)不穩(wěn)定性相當(dāng)令人驚訝。隨著分子量的降低,這很可能會(huì)轉(zhuǎn)化為材料物理強(qiáng)度的下降。Scott等人提出假設(shè),PE的降解是由加工過程中產(chǎn)生的過氧化物引發(fā)的,隨著時(shí)間的推移,這些物質(zhì)的存在和消耗可以解釋分子量的降低,一旦剩余的過氧化物物質(zhì)被全部消耗掉,就會(huì)導(dǎo)致最終的平穩(wěn)狀態(tài)。此外,SF-01的組成也可以解釋所觀察到的分子量降低。SF-01包含25% LLDPE至75%低密度聚乙烯。低密度聚乙烯通常被認(rèn)為對(duì)環(huán)境更不穩(wěn)定,因?yàn)樗萀LDPE更容易發(fā)生光降解??紤]到這一點(diǎn),SF-01的分子量數(shù)據(jù)表明,在室外和溫和加速紫外線老化下,最大Mw損失分別為88%和56%。對(duì)這種現(xiàn)象的一種可能的解釋是,材料的低密度聚乙烯部分發(fā)生光降解,導(dǎo)致整個(gè)薄膜碎裂成低密度聚乙烯和LLDPE的微粒。眾所周知,相對(duì)于LLDPE,LDPE在老化條件下更容易氧化,部分原因是更大的氧擴(kuò)散和高度支化。由于鏈端重組的可能性更大,它也更容易發(fā)生交聯(lián)。SF-01的數(shù)據(jù)集中也可能捕捉到這一現(xiàn)象,因此這可能是溫和的紫外線老化循環(huán)期間發(fā)生的情況,其中Mz在0.7運(yùn)行時(shí)間分?jǐn)?shù)時(shí)增加(表S1)。這一發(fā)現(xiàn)表明,雖然溫和的加速紫外線老化循環(huán)對(duì)于測(cè)試常規(guī)PE塑料的耐久性(即在老化作用下不會(huì)破裂),它已經(jīng)令人驚訝地顯示出潛力 用于更好地理解當(dāng)原始宏觀PE樣品在相對(duì)短的時(shí)間內(nèi)暴露于環(huán)境刺激時(shí)形成的PE次級(jí)微塑料的形成。

3.3.人工加速紫外老化試驗(yàn)與BS PAS 9017:2020和佛羅里達(dá)戶外暴露的相關(guān)性

本文報(bào)告的溫和紫外線老化循環(huán)符合BS PAS 9017:2020標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試協(xié)議。根據(jù)協(xié)議,為紫外線加速老化機(jī)設(shè)計(jì)的溫度循環(huán)將用于厚度小于250 m的薄膜樣品。與本研究類似,該方案采用了一套分子量降低的標(biāo)準(zhǔn),以驗(yàn)證聚烯烴樣品已被化學(xué)改變?yōu)?a href="/Product-396.html" title="石蠟乳液" target="_blank">石蠟。此外,蠟必須含有規(guī)定的高水平的羰基官能化。結(jié)合起來,這些標(biāo)準(zhǔn)必須在14天的溫和紫外線加速老化的分配時(shí)間段內(nèi)全部滿足,即:Mn < 5000g/mol;重量損失百分比> 90%;Mz < 30000克/摩爾,CI > 1。

參考BS PAS 9017:2020標(biāo)準(zhǔn)(表2),報(bào)告了SF-02兩種類型老化暴露終點(diǎn)的分子量降低和CI的比較。數(shù)據(jù)表明,分子量下降遵循類似的趨勢(shì),而CI在quv紫外線老化試驗(yàn)機(jī)情況下增加更快。盡管暴露量很大,但兩種暴露情景都產(chǎn)生了1或更大的置信區(qū)間。因此,根據(jù)PAS 9017:2020中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn),兩種暴露方案都從各自的SF-02樣品中產(chǎn)生了羰基官能化石蠟。SF-02的結(jié)果還表明,PAS標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的獨(dú)特的溫帶紫外線加速老化周期與佛羅里達(dá)大約3個(gè)月的戶外暴露相關(guān)。這種近似強(qiáng)調(diào)了在確定SF-02的設(shè)計(jì)環(huán)境不穩(wěn)定性的時(shí)間框架時(shí),實(shí)驗(yàn)室溫度加速紫外線老化循環(huán)的效用。

表二 根據(jù)BS PAS 9017:2020標(biāo)準(zhǔn),在佛羅里達(dá)溫帶紫外線老化和戶外暴露的終點(diǎn)得出的結(jié)果總結(jié)

4.結(jié)論

這項(xiàng)研究表明,所使用的溫帶加速紫外線老化周期可以與佛羅里達(dá)州的戶外暴露條件相關(guān)聯(lián)。對(duì)于設(shè)計(jì)為環(huán)境不穩(wěn)定的PE膜,用于耐久性測(cè)試的傳統(tǒng)加速老化循環(huán)會(huì)使材料過度暴露/輻射,并且沒有可辨別的證據(jù)證明其固有性能。另一方面,此處采用的溫和加速紫外線老化循環(huán)允許使用相對(duì)較低水平的紫外線照射,允許加速效應(yīng),同時(shí)與最小的室外暴露時(shí)間框架很好地相關(guān)。這一較短的時(shí)間框架是決定環(huán)境相對(duì)于持久性不穩(wěn)定的關(guān)鍵決定性因素。SF-01和SF-02之間的主要區(qū)別表明,環(huán)境耐久材料的相同原則同樣適用于那些設(shè)計(jì)為環(huán)境不穩(wěn)定的材料,即相對(duì)于其設(shè)計(jì)應(yīng)用,必須為相同類型的材料選擇相同的失效點(diǎn)。此外,令人驚訝的是,隨著時(shí)間的推移,PE膜的詳細(xì)分子量分析揭示了使用這種老化技術(shù)的潛力,以幫助理解次級(jí)微塑料是如何通過大塑料的斷裂產(chǎn)生的。進(jìn)一步的工作正在進(jìn)行中,以證明這個(gè)和其他溫帶實(shí)驗(yàn)室加速老化周期與多個(gè)不同地理戶外暴露地點(diǎn)的相關(guān)性。

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