加速老化数据与户外老化数据的相关性是基于对PP-均聚物、无规共聚物（TOT C2=3.2 wt.%）和抗冲共聚物（TOT C2=5.4 wt.%）压缩成型的0.5毫米薄膜的降解所需的总紫外线辐射能量（TUVR）的比较。薄膜用1000ppm的丁基羟基甲苯（BHT）进行稳定，没有使用紫外线稳定剂。加速老化是在Q-Sun Xe-1曝光室中使用过滤氙气光源和干燥循环实现的。老化是在布尔诺曝晒场进行的，代表典型的欧洲中部气候。加速老化是在40、50、60和70摄氏度的温度下进行的。在加速老化中，羰基指数（CI）开始增加和达到与老化引起的CI相对增加相同的点被用来衡量聚合物的降解。对于在不同温度下达到的诱导期，相应地计算出TUVR能量，并与6个月的室外暴露进行比较。结果发现 发现如果要直接比较两种老化的TUVR，加速老化应该在温度下进行。老化应该在32-36℃的温度下进行。在这种条件下，同样的TUVR 能量在两种类型的老化中引起同样程度的聚合物劣化。因此，可用于可靠的使用寿命预测。

简介

PP共聚物，以及所有其他合成塑料，在其使用寿命期间暴露在许多环境影响下，由于其能量性质，可能基本上影响材料的物理化学特性。

除了热量和大气中的氧气，特别是入射的太阳辐射中的紫外线部分会引发化学反应，导致聚合物骨架的不可逆变化。尽管部分太阳辐射被大气层过滤，但其290-400纳米波长区间的部分，代表UV-B和UV-A范围，对许多碳氢化合物聚合物是至关重要的。聚乙烯的活化光谱在300-310和340纳米处表现出最大值，聚丙烯在300、330和370纳米处非常符合这个区间。由于基体中存在的发色团（氢过氧化物、催化剂残留物、羰基、不饱和物）的吸收，紫外线辐射的关键部分导致聚合物的光引发。

受激的发色团会诱发大分子链的光氧化分解，从而导致聚合物的行为和性能发生基本变化。

聚合物及其特性的基本变化。由于光诱导过程，聚合物通常首先改变其外观（表面光泽、颜色），然后是 机械性能的变化（强度、应变、灵活性）。

加速老化通常被作为快速评估聚合物光稳定性的有用工具，为随后的使用寿命评估提供可利用的基本数据。加速老化通常使用各种紫外线辐射源来实现。

汞弧、荧光灯管、金属卤化物或碳弧和过滤氙灯光源是常用的。只有过滤氙气光源在关键的300-400纳米区间表现出与太阳辐射的适当相似性，因此，它代表了能够提供可用于聚合物使用寿命预测的数据的较佳商业模拟。

加速老化试验在工业中经常使用，对材料光稳定性的了解是影响其商业成功的关键参数之一。许多国际和企业标准规定了进行加速试验的条件。为了在合理的时间内获得数据 为了在合理的时间内获得数据，测试通常是在较高的辐照水平和较高的温度下进行。虽然第一个参数得到了很好的尊重，并被用于能量计算，从而评估聚合物的使用寿命，但后者（温度）却不经常被讨论，在某些情况下甚至被忽略。

这项工作的目的是要强调温度对加速器的影响。温度对加速老化的速度和可靠性的影响。并提供实验数据，表明与室外暴露的较佳拟合关系的温度。室外暴露。实实验使用了过滤的X-光源和聚丙烯--均聚物、无规聚物和冲击聚物薄膜。所有的材料都只进行了加工稳定，没有添加紫外线稳定剂系统被添加。

2. 实验性

2.1. 材料

聚丙烯均聚物（h-PP；MFI=6 dg/min. 230 C/2.16 kg）；聚丙烯无规共聚物（rc-PP。MFI = 2 dg/min. 230 C/2.16 kg; 总乙烯含量 3.2 wt.%）和聚丙烯抗冲击聚合物（ic-PP MFI=6 dg/min. 230 C/2.16 kg; 乙烯总含量 5.4 wt.%）被用于实验。所有这些都是 Unipetrol RPA（气相工艺）的产品。材料 从生产商那里获得，没有添加剂，呈 蓬松的形式。为了报告实验的目的。1000 ppm的BHT（丁基羟基甲苯），作为一种保护措施 加入了1000 ppm的BHT（丁基羟基甲苯），作为保护，防止因加工而降解。没有使用紫外线 稳定剂的应用。

2.2. 方法和测量

与稳定剂干混的聚合物绒毛在19毫米的Brabender单螺杆挤出机中以220℃/100rpm的速度进行复合，并造粒。220 C/100 rpm的条件下进行复合，并造粒。颗粒被 在210摄氏度下压缩成型，生产0.5毫米厚的 薄膜。从薄膜上切下10-40毫米的试样，用于实验。用于实验。

加速老化是在Q-Sun Xe-1氙灯试验箱（Q-Lab）中进行的。测试条件为氙弧灯1800W，空气冷却，辐照度0.47 W/m2 @340nm，干式循环，黑色标准温度 (BST) 40至70摄氏度，环境湿度（非控制）。

室外暴露（老化）是在捷克共和国的布尔诺（位置：N 49120，E 16380）实现的，典型的全球辐照量为每年4000兆焦耳/平方米。测试样品被安装在一个无背的水平铝架上。

通过FTIR光谱（Nicolet Nexus分光光度计）来监测辐照引起的光降解程度。羰基的积累是在1708-1720 cm-1的文数范围内测量的，1880-1910 cm-1的最大值被用作参考。由2000-1900和700-600 cm-1的最小值定义的基线被使用。根据FTIR吸光度（A）。羰基指数（CI）计算如下。

CI=A_C=O/A_Ref

AC=0 羰基的吸光度定义为1708-1720 cm-1内的最大值。1708-1720 cm-1内的最大值ARef. 一个参考带的吸光度定义为1880-1910 cm-1内的最大值的参考带的吸光度。

3. 结果和讨论

3.1. 加速老化

试样在40、50、60和70C（BST）的试验室温度下进行紫外线加速老化。降解的时间是通过诱导期（IP）来表示的，诱导期定义为CI增加开始的时间，如图1所示。

图2显示了在不同温度的紫外线照射下，材料的紫外线稳定性的诱导期。一般来说，它们表明聚合物的固有光稳定性会按以下方式下降。

h-PP > rc-PP > ic-PP

这一排名可能主要是由骨架结构造成的，其中链条中存在的乙烯共单体既增加了对二次降解反应的敏感性，又降低了整体的结晶度，有利于无定形相，允许更好地接触到氧气。一般来说，温度的升高会大大加速光氧化，因此，由于从40℃到70℃的转变，h-PP、rc-PP和ic-PP聚合物的诱导期分别下降了3.4、4和6.7倍。聚合物辐照的温度 显然起着至关重要的作用，其重要性不亚于紫外线照射本身。与紫外线照射本身一样重要。如果只考虑在高温下测量的IP 寿命预测时会得到误导性的结果。

聚丙烯的降解是一种同时发生的复杂化学反应。为了对其进行全面评估，尽管它很复杂，可以采用最初为单一化学反应动力学提出的阿伦纽斯关系（2）。在这种情况下，不使用速率常数，而使用与反应速率成反比的降解时间。在PP热氧化的情况下，大部分的线性图被达到了。在此基础上，为了研究温度对光氧化速率的影响，绘制了ln IP与温度倒数的关系。计算了活化能，并进行了低至23℃和17℃的推断，图3。

K=A exp（-E_a/RT）

k:化学反应的速率常数或诱导期

A:与材料和试验条件有关的常数

Ea:降解的活化能（kJ/mol）

R:通用气体常数(8.314 J/OK/mol)

T:绝对温度(OK)

23℃是实验室的标准温度，而17℃是在6个月的照射过程中记录的室外平均温度（见3.2部分）。研究发现，所有在不同温度下辐照的聚合物都服从阿伦纽斯定律，并可以向下推断到更低的温度。我们的结果与 Audouin等人，他们报告了h-PP在相同温度范围内的非线性行为。然而，这些差异可能是由荧光光源造成的，而且因为他们的实验只使用了40、55和70℃三个温度点。我们对h-PP、rc-PP和ic-PP达到的活化能分别为38、42和58 kJ/mol，与报道的h-PP 29-54 kJ/mol差别不大，并表明PP共聚物的光氧化对温度比PP均聚物更敏感。寻找光诱导降解的能量背景。降解的能量背景，对于各个诱导期，相关的 在340纳米、300-400纳米（TUVR）的相关辐射能量和 理论上的全球太阳辐射被计算出来，基于Q-Sun Xe-1氙灯试验箱（0.47 W/m2 @340 nm）的方案，计算出设置见表1。通过加速老化获得的数据 老化获得的数据表明，温度越高，对TUVR的需求就越少。聚合物老化所需的TUVR能量就越少。因为辐射能量是用于预测寿命的基本因素。因为辐射能是用于预测寿命的基本因素，很明显，提高温度 允许更快地获取加速数据可能会 大大地扭曲了这种方法的可靠性。因此，如果只使用辐射能来进行寿命预测，就会产生误导。寿命预测，可能会得到误导性的结果。有鉴于此，我们将老化作为一种参考方法，并将其与加快的数据关联起来。并寻求与加速老化的关联性。

3.2. 老化

另一组相同聚合物的试样被置于室外暴露。实验是在夏季的4-9月进行的，以便获得最大的太阳辐射，并尽量减少复杂的因素，如冬季的低温或下雪。由于所测试的PP材料没有经过紫外线稳定处理（见2.1部分），在夏季期间暴露6个月（183天）是足够的。使用同样的分析方法，监测羰基的积累，并计算出初始状态和暴露 6 个月之间 CI 的相对增加，见表2。在这期间，材料被暴露在TUVR范围内的185兆焦耳/平方米的入射太阳辐射下（通过太阳仪测量）。这个值被用作与Q-Sun Xe-1氙灯试验箱中加速老化的比较工具之一。

3.3. 加速老化与自然老化

寻找加速老化和户外暴露之间的关联性是一个持续的过程。对于相关性，必须对两种相当不同的情况进行比较。一方面，加速老化在技术上可以在实验室中很好地完成，并且通常可以准确地量化。另一方面，真正的户外暴露从来都不是完全可重复的，因为它是由许多物理和化学因素组成的，所有的强度和时间都是不同的。尽管存在差异，但了解聚合物在使用中能持续多长时间的需求占了上风，人们在寻找其获取方法方面付出了很多努力。造成聚合物降解的主要因素是紫外线或高能辐射、热、氧、湿度或雨水、机械应力和环境化学影响。在这项工作中，我们强调调查能量因素，即紫外线辐射和热，在标准的氧气环境下，这可以精确地量化加速老化和自然老化。在我们的实验中，其他因素被限制在最低限度，并被认为可以忽略不计。加速紫外线照射是使用过滤的氙气灯，这是目前市面上与入射太阳辐射最相似的光源。

在能量平衡的基础上寻求加速老化和户外暴露之间的关系。考虑到表1中的数据，仅考虑退化的时间（诱导期）并根据TUVR辐射能量的相似性来计算寿命，在不同的温度下会得到相当大的不同结果。这一事实使得这种方法不适合于获得可靠的使用寿命预测。不幸的是，几乎所有涉及聚合物紫外线测试的国际和公司标准都建议 遗憾的是，几乎所有处理聚合物紫外线测试的国际和公司标准都建议在高温下加速老化，而不考虑与实际应用的关联性。

为了在加速老化和自然老化之间找到更好的关联性和自然老化之间更好的关联，我们考虑了两个因素。除了总的紫外线辐射能量（TUVR）外，还考虑了聚合物的劣化程度，即对处于相同劣化程度的聚合物进行比较。由于老化导致的聚合物劣化是以CI的相对增加为特征的。因此，在6个月的室外暴露中，h-PP的CI增加了约1.4倍，rc-PP增加了1.1倍，ic-PP增加了4.1倍，表2。由此，对于不同温度下的加速老化，考虑了达到与老化导致的CI相对增加的时间，并相应地定义了诱导期，图4。表3中计算了与特定诱导期有关的能量。在Q-Sun室内的各个老化温度下，聚合物降解所需的TUVR能量被绘制出来，并与185 MJ/m2进行比较。 代表6个月内记录的入射太阳辐射的TUVR能量，图5。将加速老化的能量与室外暴露的能量进行拟合，可以清楚地看到，提供较佳拟合的温度对h-PP来说大约是32℃，对rc-PP和ic-PP来说是36C。在这些温度下，相同数量的辐射TUVR能量会引起相同程度的聚合物老化，这都是由于加速老化和老化造成的。h-PP、rc-PP和ic-PP的预测寿命分别为1160、796和755小时。它们比Arrhenius诱导期图简单地推断到室外平均温度17C时要短得多。这将产生2532、2413和2797小时的h-PP、rc-PP和 ic-PP，分别为2532、2413和2797小时，表3。

4. 结论

在不同的温度下进行的紫外线加速老化提供了大不相同的结果，因此不允许纯粹根据能量计算来进行明确的寿命预测。如果温度升高，聚合物老化所需的紫外线辐射能量就会减少，反之亦然。比较聚合物在加速老化和室外暴露期间的劣化程度，可以确定一些较佳温度，在该温度下，紫外线和热氧化的降解是平衡的。对于PP及其共聚物，当加速老化在大约32-36℃的黑色标准温度（BST）下进行时，基于TUVR能量计算的较佳拟合寿命预测可望实现。很难具体说明所有的过程被略微升高的温度（32-36与17℃）加速，然而，可以说温度的差异通常可以补偿加速的实验室方法和户外现实之间的所有差异。从技术角度来看，建议的较佳辐照温度有一定的局限性，因为它们不容易在目前的商业可用设备中达到。氙气光源会产生大量的热量，而标准的冷却装置不允许将BST温度保持在40℃以下。为了验证我们的发现，必须使用带有特殊冷却装置的仪器。

尽管寿命预测是一个复杂的问题，并且受到许多因素的影响，但同时应用和量化最重要的因素同时应用和量化最重要的因素--紫外线辐射和热能。热能--可能使我们更接近于可靠的预测聚合物的耐久性。