聚丙烯黃色指數測試的影響因素研究

王 葉,劉 義

(神華新疆化工有限公司，新疆 烏魯木齊 831404)

黃色度指數值(YI)表征一個物體的顏色偏離無色或理想白色而偏向黃色的程度。YI為負值，表示物體顏色偏向藍色的程度。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致其貯存、加工以及使用過程中，極易受到光照以及熱輻射而老化，直觀表現為產品顏色偏黃，產品黃色指數測試結果偏大。由于塑料黃色指數的測試和塑料在太陽光照射下觀察到的黃色程度能夠很好地吻合，因而通過測試試樣的黃色指數，可用來評價高分子材料老化的程度。

1 實 驗

1.1 測試樣品

聚丙烯S1003，神華新疆化工有限公司生產。

1.2 儀器設備

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

1.3 分析方法

HG/T 3862-2006《塑料黃色指數測定方法》[1]；ASTM E313-2010《根據儀器測定的顏色坐標計算黃色和白色指標的標準實施規程》[2]。

1.4 儀器校正及穩定性檢查

儀器預熱30 min后，按儀器提示分別用標準黑、白板校正儀器，校正完成后設置儀器連續測試標準白板20次，在標準濕度和溫度條件下D/65°測得X、Y、Z三刺激值與標準值偏差在±0.09范圍內且ΔE<0.09表示儀器穩定性良好，儀器測試結果可靠，儀器連續運行4 h左右進行一次儀器校正，以保證測試數據的正確性[3]。

2 結果與討論

2.1 不同的分析標準對測試結果的影響

塑料黃色指數，指無色透明或半透明或近白色塑料產品對國際照明委員會(CIE)標準C光源，以氧化鎂為基準的黃色值，也即偏離白色的程度。它是在標準C光源照射下，測量塑料的三刺激值X、Y、Z，按式YI=100(CxX-CzZ)/Y 計算得到樣品的黃色指數值。本文用兩批次聚丙烯S1003樣品分別用標準HG/T 3862-2006和標準ASTM E313-2010進行測試，測得的結果如表1所示。

表1 不同測試方法黃色指數測試結果

由表1可知由于兩個測試標準中計算公式中的系數Cx和Cz值不同導致計算結果存在差異。用ASTM E313-2010標準計算出來的黃色指數比用HG/T 3862-2006標準計算出來的黃色指數小0.2左右，也就是說用兩個標準測得樣品黃色指數值存在0.2左右的偏差。

2.2 不同的樣片制備方法對測試結果的影響

用同一批次聚丙烯S1003樣品分別注塑機和壓片機制成2.0 mm厚的樣片，樣片表面應平整無劃痕，然后分別測試注塑試樣片和壓塑試樣片黃色指數值，測試時試樣片上加蓋同一標準白板，測試結果見表2。

表2 注塑和壓塑試樣黃色指數測試結果

由表2可知，壓塑試樣片測得黃色指數值明顯小于注塑制樣片黃色指數值。因為兩種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生大的球晶，其制品表面對光線的反射比注塑樣片多，從而使測得的黃色指數值比注塑樣片小。

2.3 不同的樣品形式對測試結果的影響

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

表3 不同形式樣品黃色指數測試結果

從表3可知，不同的樣品形式對聚丙烯黃色指數測試結果的影響較大，當樣品形式發生變化時，其反射曲線發生了較大的變化，導致測得的三刺激值X、Y，Z也發生了較大的變化[4]，這種變化并不代表樣品的顏色發生改變，只是說明不同的反射形式會導致黃色指數存在較大的差異。

2.4 不同的樣片厚度對測試結果的影響

用同一個聚丙烯S1003粒料樣品用壓片機分別壓制成1.0 mm、2.0 mm、4.0 mm的試樣片，然后按分析標準用反射法分別測量其黃色指數值，測試結果見表4。

表4 不同樣片厚度黃色指數測試結果

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呈現下降趨勢，2.0 mm片材與4.0 mm片材測得的黃指指數差異較大。

2.5 不同的白色背景板對測試結果的影響

用聚丙烯S1003樣品壓塑成2.0 mm的片材，然后用黃色指數值不同的兩塊標準白板分別蓋在試樣片上進行黃色指數測定，測試結果見表5。

表5 不同背景白板黃色指數測試結果

由表5可知，標準白板的黃色指數不一樣，以標準白板為背板測試的試片的黃色指數差距也比較大。從表5中可以看出，標準白板黃色指數高，標準白板+試片測試的黃色指數就高[5]。這是因為標準白板黃色指數越高，對光線的三原色刺激值反射率越大，從而使標準白板+試片的黃色指數增大。扣除標準白板背景后所測得黃色指數值一致，因此在進行片材試樣黃色指數比較時最好扣除白色背景板黃色指數值后再進行比較。

2.6 不同的樣品存留時間對測試結果的影響

本文測試了樣品生產當天和留存90天及180天的同一個聚丙烯S1003樣品的黃色指數，測試結果見表6。

表6 不同存留時間的樣品黃色指數測試結果

從表6可知，聚丙烯黃色指數值隨著存放時間的增加而變大，因聚丙烯在存留期間會發生光氧老化而發生結構變化從而使其黃色指數發生變化，聚丙烯在存留期黃色指數的變化量與樣品的存留環境及樣品中所含有效的抗氧劑的量有關。

2.7 不同的樣品裝填方式對測試結果的影響

用同一個聚丙烯S1003粒料樣品，分別測試了裝入滿杯的樣品振實和不振實時的黃色指數值，結果見表7。

表7 不同振實程度樣品的黃色指數測試結果

從表7可知，樣品杯中的聚丙烯樣品振實和不振實對黃色指數測試有一定程度的影響，顆粒之間的空隙越小測得黃色指數越大。

3 結 論

(1)不同的測試標準測得的聚丙烯黃色指數存在一定的差異；不同的樣品形式對聚丙烯黃色指數測試結果影響較大；不同的試樣片制備方法對聚丙烯黃色測試結果也有影響；片材試樣測試黃色指數，片材越厚測得黃色指數值越小；樣品杯中的樣品振實測得的黃色指數比不振實測得的黃色指數大。因此在比較聚丙烯樣品的黃色指數時應在相同的條件進行，條件不同結果不具有可比性。

(2)不同的標準白板作為背景白板測定聚丙烯黃色指數，因標準白板的黃色指數不同，會影響測量樣品的黃色指數值，建議在對比聚丙烯片材試樣黃色指數時應關注標準白板黃色指數值。

(3)聚丙烯黃色指數值隨著存留時間的增加而變大，因聚丙烯在存留期間會發生光氧老化而發生結構變化從而使其黃色指數發生變化。