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尼龍66隔熱條的穩定化問題

尼龍66隔熱條的穩定化問題

發布日期:2020-08-11 瀏覽次數:

  一.穩定化的含義
     尼龍66隔熱條的穩定化涉及兩方面的問題:1是尼龍66隔熱條的熱穩定化;2是尼龍66隔熱條的光穩定化。熱穩定化對尼龍66隔熱條加工過程中品質的保證具有決定性的作用,而光穩定化對保證尼龍66隔熱條的長期安全使用有不可估量的影響。

     隨著尼龍66隔熱條在建筑節能門窗的大量使用,業主和施工方對尼龍隔熱條材料的質量關注已越來越普遍。建設部發文規定從2005年11月1日起執行隔熱條行業標準(即JG/T 174-2005),該標準對隔熱條的質量做了嚴格規定。尼龍66隔熱條的穩定化對隔熱條產品能否符合行業標準的要求至關重要,故我們希望尼龍66隔熱條的穩定化問題能引起業界的關注,使相關行業標準深入人心,維護節能門窗行業健康發展。
     二.尼龍66分子結構與穩定化
     尼龍66是由己二胺和己二酸縮聚合成的高分子材料,其分子結構式如下:
     -(CH2)5-CO-NH-CH2-(CH2)5-。在尼龍66分子結構中位于NH基團旁的亞甲基-CH2-是最薄弱環節,在高溫(大于120℃)有氧氣存在情況下,氧首先攻擊上述所說的-CH2-中的氫原子形成過氧化物,過氧化物在高溫下很易裂解形成自由基,自由基回過頭來再攻擊NH基團旁的-CH2-,于是發生尼龍分子鏈斷裂,這就是尼龍66熱氧降解過程。
     尼龍66在高溫下除了遭遇熱氧降解外,還會遭受水解。這是因為尼龍66的合成反應是一個化學平衡過程,它是可逆的,如下表示:
     n(CH2)5CH2NH2 + nHOOC-(CH2)5 →-[(CH2)5-CO-NH-CH2-(CH2)5-]n +nH2O
     當高溫有水時上述反應會向左邊進行,即水解,水解的結果也導致尼龍分子鏈發生斷裂。
     尼龍66隔熱條在熔融狀態下進行加工時,尼龍66本身的降解過程是復雜的,其中既包含了熱氧降解又同時有水解。
     尼龍66發生斷鏈的危險除了來自上述所說的熱氧降解和水解外,還有可能來自紫外光引發的光降解。當尼龍66暴露在300nm-400nm范圍的紫外線下時,尼龍分子鏈中的碳氮鍵會發生斷裂,另外NH基團旁的亞甲基-CH2-亦會發生歧化產生自由基,二者共同作用的結果是使尼龍分子鏈斷開,尼龍分子量下降。
無論是熱氧降解,水解抑或光降解,帶來的都是尼龍分子量的減少,這在隔熱條性能上的表現就是隔熱條強度急劇下降,同時韌性損失,隔熱條脆性大增。
     三.尼龍66熱穩定性與品質保證
     尼龍66在加工成型過程中基本上處于高溫熔體狀態,極易遭受熱氧降解和水解,這對于保持隔熱條本身所具有的高強度、高韌性性能是十分不利的。為了最大限度抑制尼龍66這種熱敏感性,必須加入熱穩定劑和抗水解劑。
     尼龍66熱穩定劑主要分無機鹽類、有機胺類和有機酚類。無機鹽類包括銅鹽、碘鹽及磷酸鹽等,其特點是高效、價格便宜,缺點是與尼龍相容性差,易被水抽提出來。有機胺和有機酚的特點是與尼龍相容性極好,不易被水抽提出來,缺點是價格較高。我們經過多年研究,成功研制出復合熱穩定劑專用于尼龍66隔熱條的擠出加工,事實證明,這種復合熱穩定劑的效果是很顯著的,它能保證尼龍66隔熱條在成型過程不發生明顯降解,保持了材料原有的高性能。
     有意思的是,某些尼龍66的熱穩定劑對尼龍66的光穩定性有很好的協同作用,它們在發揮熱穩定劑主功能的同時還能協助尼龍66的主要光穩定劑保護尼龍分子鏈不受紫外線作用而發生斷裂。我們在經過多年研究后篩選出了這一類具有雙功能的熱穩定劑,實際使用發現效果很好。
     四.尼龍66的光穩定與隔熱條的長期使用
     尼龍66的熱穩定主要涉及的是隔熱條加工成型過程中的品質保證,隔熱條在實際使用過程中周邊環境溫度一般不會超過50℃,這樣的溫度對尼龍66隔熱條不會造成任何明顯損害。但由于隔熱條作為整體窗框的一部分不可避免地要受到戶外太陽光紫外線照射,因此尼龍66的光穩定性就與隔熱條能否長期使用緊密聯系起來。市面上用于尼龍的光穩定劑種類繁多,按它們的化學結構分大致有二苯甲酮類,苯并三唑類及羥基苯三嗪類等。需要注意的是,每一種光穩定劑都有其適應的主體聚合物及紫外線光波長范圍。我們經過多次反復實驗,終于確定對尼龍66十分有效的光穩定劑結構類型,將這種光穩定劑與上面所談的某些熱穩定劑聯合使用,其好處在于:(1)某些尼龍66的熱穩定劑具有雙功能作用,它們對尼龍66的光穩定有很好的協同效果; (2)使用復配的光穩定劑組合,可以減少昂貴的主體光穩定劑用量,從而達到良好的性價比。
     根據建設部行業標準JG/T 174-2005《建筑用硬質塑料隔熱條》的規定,隔熱條經紫外線老化200小時后其最重要的強度指標--橫向抗拉強度應保持在60N/mm以上,換句話說,如果按紫外線老化前強度120N/mm計算,那么隔熱條紫外線老化后剩余強度應在初始值的50%以上。我們實驗數據表明,若不加光穩定劑,隔熱條紫外線老化后的橫向抗拉強度會大幅下降至50N/mm以下;采用單一的光穩定劑體系,紫外老化后的橫向抗拉強度可以達到70N/mm,而采用復配的光穩定體系可再次提高隔熱條紫外老化后的強度,至少可以保持在80N/mm以上,效果十分明顯。
     五.建議
     尼龍66隔熱條的穩定化涉及產品最終質量和長期使用的安全性問題,應該引起使用者的高度注意。建議用戶在使用和甄別隔熱條時不忘向提供者索要相關檢測報告和長期質量保證承諾,同時做好使用過程中的質量跟蹤。特別是隔熱條的光穩定性好壞直接關系到隔熱條能否長期使用問題,目前隔熱條及隔熱鋁合金型材在我國的實際使用時間還沒有超過十年,因此做好隔熱條使用質量跟蹤工作,積累相關數據對整個行業發展無疑具有很好的指導意義。

參考資訊與產品應用
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