聚氨酯的“UVC”耐黄变测试

聚氨酯树脂大部分是由含苯环的MDI（二苯基甲烷二异氰酸酯）与聚酯或聚醚多元醇反应制备，属于芳香族聚氨酯树脂；还有部分聚氨酯树脂是由不含苯环的HDI（六亚甲基二异氰酸酯）、IPDI（异佛尔酮二异氰酸酯）与聚酯或聚醚多元醇反应制备，属于脂肪族聚氨酯树脂。

芳香族聚氨酯产品的成本相对低，力学性能好，但光照容易变色、耐老化性能差；脂肪族聚氨酯产品的原料成本较高，力学性能不如芳香族产品，但其耐光性好，不容易产生黄变。

聚氨酯的光降解情况包括两种形成机理：

• 第一种机理，聚氨酯在吸收波长大于340 nm的光线后，在MDI上的亚甲基发生氧化，形成不稳定的氢过氧化物，进而形成发色团单醌酰亚胺结构，该结构导致聚氨酯变黄，再进一步经过氧化生成双醌酰亚胺结构，最后变为琥珀色。

• 第二种机理，聚氨酯在吸收波长小于340 nm光后，发生Photo-Fries重排，生成芳香胺，进一步降解产生黄变。而脂肪族聚氨酯树脂中，不含苯环等双键结构，因此，脂肪族聚氨酯产品耐光性能好，不容易产生黄变。

目前主流的耐紫外老化黄变测试方法为：Q-SUN氙灯老化测试和QUV紫外灯（包括UVA、UVB和UVC）老化测试。

Q-Sun氙弧灯老化测试被认为是最能模拟全太阳光谱的测试方法，可以将被测样品连续暴露在相当于夏天正午时光照环境中，与户外实际环境相比，其平均光照强度更强，日均暴露时间更长。

该设备能够在耐光测试的同时，还模拟环境的温度及湿度变化。因此，Q- Sun氙灯老化测试能够非常客观准确的反应自然环境下的材料颜色变化与老化。由于氙灯老化设备较为昂贵、测试条件也比较苛刻，目前该方法主要应用于汽车内饰等要求较高的聚氨酯产品的耐光老化测试领域。

QUV紫外老化设备就是基于短波紫外辐射原理，因为短波紫外线被认为是对曝露于室外的塑料造成严重损害的首要因素，QUV紫外灯管包括：UVA/UVB/UVC三种。

UVA灯管：可以很好地模拟从365nm到295nm的太阳光临界短波区域的太阳光。UVA-340+灯管能够在达到或超过最高辐照度为1.70 W/m2/nm的条件下进行测试，这满足主要测试标准中要求的最高辐照度值。UVA-351灯管模拟太阳光透过窗户玻璃的紫外线部分。冷白灯管也可以用来模拟办公环境。

UVB灯管：UVB-313EL（原来的QFS-40）灯管产生的短波紫外光比通常照射在地球表面的太阳紫外线强烈，UVB-313 灯管主要用于质量控制和产品研发，或对耐候性极强的材料进行测试。UVB-311EL+灯管也可提供高辐照度水平的最苛刻的荧光紫外线测试。在使用UVB灯时，应注意确保失效机制的真实性。

 

UVC灯管：紫外线灯管产生254nm的超强短波紫外线，这远远低于太阳光的极限。这代表了用于表面消毒的最常见的UVC紫外线辐射。虽然紫外线能有效地杀死这些病原体，但紫外线也能引起塑料、涂料和织物的降解。UVC紫外灯管再现这种破坏性的辐照度，以评估材料暴露在UVC紫外线下的耐久性。

 

以上数据摘自Q-LAB官方手册

在聚氨酯行业的TPU鞋材、PU合成革等产品中，常根据ASTM-D1148测试标准，采用太阳灯法（A法）和紫外线灯管法（B法）测试。

• A法（灯泡法）：

根据浅色或白色制品，在自然太阳光长时间照射易发生颜色变黄的现象，以太阳灯及加热控温装置模拟自然的环境下，在规定的时间内，观测样品表面颜色发生的变化，确定样品的变色程度，从而判定材料在太阳光辐射下的耐黄变能力。

试验箱内光源为太阳灯泡，发出的光线近似于太阳光，可以认为是简版的氙灯老化装置，该设备不对测试产品进行温度和湿度控制。

灯泡一般为欧司朗（OSRAM）的ULTRA VITALUX 300W UV-A紫外线灯泡，相关规格如下：

• B法（灯管法）：

根据浅色或白色制品，在紫外线长时间照射易发生颜色变黄的现象，以紫外线照射试样，在规定的时间内，观测样品表面颜色发生的变化，确定样品的变色程度，从而判定材料在紫外线辐射下耐黄变的能力。

试验箱内光源为紫外线灯管，发出的光线是紫外光。灯管一般是采用两根日本三共电器株式会社（SANKYO DENKI CO., LTD.）的UV- B lamp 15W G15T8E的UVB紫外灯管（如图所示），其光谱能量分布在280~360nm之间，峰值集中在306nm处（类似Q-LAB的UVB-313nm）。

UVB型灯管也是通常使用的加速人工气候老化试验用灯，它比UVA型灯对材料的破坏速度更快，因为其波长比 UVA灯管波长短，在同样辐照度（光强度）下，其对很多材料会造成偏离实际的试验结果。

G15TE灯管内有变色荧光涂层，呈白色

以上数据摘自SANKYO DENKI官方手册

在福建晋江鞋革市场普遍采用UVB灯管黄变测试仪（如台湾高铁GT-7035UB型耐光测试仪），然而由于设备厂家的失误，很多企业所使用的同类型仪器却不是采用标准的UVB灯管，而是两根波长在253.7nm的UVC灯管，型号SANKYO DENK的Germicidal UV- C lamp15W G15T8，采用UVC灯管进行耐光检测所得结果，无法正确反映产品的实际耐光性能。

G15T8灯管是透明的，可与G15T8E明显区分

以上数据摘自SANKYO DENKI官方手册

SANKYO DENK的G15T8E和G15T8两个规格灯管，型号只相差一个字母，但发出的紫外光波段却完全不同，UVB灯管（G15T8E）可用于聚氨酯产品的B法测试耐黄变效果，UVC灯管（G15T8）在253.7nm的低波段高能量，使芳香族聚氨酯根本无法通过添加紫外线吸收剂改善其UVC耐黄变效果，也无法模拟聚氨酯制品在实际应用条件下的耐黄变情况，两种灯管规格如下：

以上数据摘自SANKYO DENKI官方手册

目前，UVC杀菌灯管主要用于测试需要经过紫外线杀菌消毒的产品，例如聚烯烃医疗制品，SAREX开发的SARANOX® FS6261可适用于该类耐UVC耐辐照产品。

综上所述，聚氨酯产品进行“UVC”耐黄变测试，实际是UVB灯管（B法：G15T8E）测试，与QUV-313nm测试基本一致，因此需要添加吸收UVB波段的紫外线吸收剂（如SARASORB® V312）以达到“UVC”耐黄变要求，SARASORB® V312吸收谱图如下：

客户TPU聚合端添加SARASORB V312效果图

针对聚氨酯行业的A法和B法的耐黄变测试，SAREX开发的SARASTAB® PU836可以兼顾UVA和UVB波段的吸收，广泛应用于聚氨酯鞋材等产品，空白TPU和添加PU826的紫外线吸收谱图如下：

在TPU行业，紫外线吸收剂多是在聚合端添加，前端添加的效果优于后端添加，但改性端也有较多的耐黄变需求。

我们将SARASTAB® PU836与TPU粒子（聚酯牌号为HUNTSMAN的AVALON 85AE和聚醚牌号为HUNTSMAN的IROGRAN 85P4394）混合造粒后进行注塑打板，使用Q-LAB的QUV/SE型号紫外灯老化测试仪，UVA-340nm灯管，0.78W/㎡，45℃条件下，分别测试黄变值YI和色差△E，均已达到行业领先水平，测试结果如下：

目前，SARASTAB® PU836仍以粉体为主，后期将推出颗粒状和母粒产品，在聚合端可以减少粉尘污染，改善车间环境，在改性端更加方便添加和分散。如需聚氨酯耐黄变测试，欢迎联系13636614471（微信同号）索样，谢谢！

 

原文始发于微信公众号（艾邦弹性体网）：聚氨酯的“UVC”耐黄变测试