２００４年８月・第３２卷・第４期
上海纺织科技＝＝一产业用纺织品＝＝一３９
聚丙烯土工合成材料的老化与防老化
包伟国１，薛育龙１，杨旭东２
（１．上海新纺织产业用品有限公司，上海２０００４２，东华大学纺织学院，上海２０００５１）
摘要：以长江口深水航道治理工程为例，通过大气老化试验考察了所开发的聚丙烯土工合成材料中聚阻胺类
防老化剂和聚酯纤维物理防护的作用，并验证了紫外辐射对聚丙烯老化的影响。
关键词：聚丙烯土工合成材料；老化；防老化；大气老化试验；聚阻胺防老化剂；物理防护中图分类号：ＴＳｌ７
文献标识码：Ｂ
文章编号：１００１—２０４４（２００４）０４—００３９－０２
Ａｇｅｉｎｇａｎｄａｎｔｉ—ａｇｅｉｎｇｏｆＰＰｇｅｏ－ｓｙｎｔｈｅｔｉｃｓＢＡＯＷｅｉ—ｇｕ０１，ＸＵＥＹｕ—ｌｏｎ９１，ＹＡＮＧＸｕ—ｄｏｎ９２
（１．Ｓｈａｎｇｈａｉ
ｐｈｅｒｉｃ
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ＮｅｗＴｅｃｈｔｅｘｔｉｌｅ
Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００４２；２．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＴｅｘｔｉｌｅ，ＤｏｎｇＨｕａ
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ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ
１前言
大多数土工合成材料的原料都是高分子材料，在大气环境中受阳光、温度、水汽等因素的影响，随着使用时间的增加，将
成材料的应用提供符合中国气候条件的基础资料，对土工合成
材料老化性能进行了系统的试验研究。
本文旨在通过大气老化试验考察所开发的聚丙烯土工合成材料中聚阻胺类防老化剂和聚酯纤维物理防护的作用，并验证紫外辐射对聚丙烯老化的影响。
产生降解现象，表现为物理机械性能的衰变，如强度降低，从而
丧失或部分丧失使用功能，这一过程称之为老化。不同的高分子原料具有不同的抗老化性能…，如表１所示。
表１土工合成材料不同原料的耐老化性能比较类别
热氧化水解酸碱
聚丙烯
一
２研究中采用的防老化方法
２．１添加防老化剂
聚乙烯
聚酰胺
＋
聚酯
研究中采用ＣｉｂａＳｐｅｃｉａｌｔｙＣｈｅｍｉｃａｌｓ公司生产的ＩＲＧＡＦＯＳ
１６８作为防老化剂，这是一种聚阻胺类光稳定剂，外观呈白色，在
＋＋０一＋
＋＋＋＋＋
＋０＋０＋
纺丝前加入５％到聚丙烯粒子中。它的具体规格如下：分子量６４６．９，熔点１８３—１８６。Ｃ，密度１．０３ｅ／ｅｍ３，水溶解度＜０．０１％。这类防老化剂主要是在链引发和链增长阶段发生作用ｏ“。２．２物理防护
高聚物的老化首先从表面开始而逐渐往内部深入。因此可以通过在材料表面涂漆、镀金属、涂布等物理防护方法，使材料表面附上一层防护层，从而延缓老化进程。研究中结合土工合成材料加工工艺的特点，在聚丙烯底布的表面针刺了抗光氧老化性能较好的聚酯纤维，来吸收大量的紫外辐射，以达到防老化的目的。
＋０
生塑隆蟹
±±±！±±
注：“一、０、＋、＋＋”代表各原料的耐老化性能由坏到好的顺序，其中“ｏ”为参照物，可以理解为“中”；则“一、＋、＋＋”分别表示“差、良、优”。
从表１中可以看出，聚丙烯材料抗生物老化、化学降解和水解性能非常好。但其光稳定性较差，特别是抗光氧老化，在
某些裸露场合使用寿命明显缩短；另外，在紫外辐射较强的夏
季，从工厂到施工现场的长途运输过程中，也会出现强力下降、变脆的现象。因此，应采取有效的防老化方法来改善聚丙烯土工合成材料的光氧化老化性能。
长江口深水航道治理工程是一项事关民生的重点工程，为
３试验
３．１试验材料
聚丙烯机织布（２３０９／ｍ２）、防老化聚丙烯机织布（２３０９／ｍ２）、聚丙烯机织底布（２３０９／ｍ２）针刺聚酯纤维（１５０９／ｍ２）的复合布（简称聚丙烯复合布）。
试验中为考察聚酯纤维的物理防护效果，在放置复合布时分别采取机织底布朝光和针刺聚酯纤维朝光两种方式，因此测试试样共有４种。试样编号为：１．聚丙烯机织布；２．聚丙烯复合布（聚丙烯纤维朝光）；３．聚丙烯复合布（聚酯纤维朝光）；４．防老化聚丙烯机织布。
了保证工程质量，在施工中创新，参照国外同行的经验和研究
成果，开发了防老化聚丙烯土工合成材料，并在一期工程中得到广泛应用，如在整治建筑物结构中采用聚丙烯编织布制成沙
袋，填充堆筑为堤身，无纺布铺筑反滤层、制作软体排等。
为了进一步完善和总结一期工程的应用成果，初步掌握土
工合成材料的使用寿命，为土工合成材料在二期工程中的设
计、完工后的维护与保养提供依据，同时，也为了给国内土工合
收稿日期：２００４一０７—１４
３．２试验方法及标准
研究中采用大气老化试验，按照ＡＳＴＭＤ５９７０一土工织物户
作者简介：包伟国（１９６０一），男，高级工程师，在读工程硕士，上海新纺织产业用品有限公司总经理，从事产业用纺织品开发研究工作。
外曝晒老化标准操作规程进行，时间为１年（２００１年１２月一
万方数据
２００２年１１月），每隔３个月进行一次取样。另外，曝晒场内放
置了ＳＵＲ．１型紫外辐射仪对紫外辐射进行实时监测，并通过ＱｘＹ．１型信号变换采集装置和电脑实现数据采集和保存。
织物断裂强力测试按照ＧＢ／Ｔ３９２３．１—１９９７进行。
４结果及讨论
４．１聚阻胺类防老化剂的效果
４０一上海纺织科技一产业用纺织品一２０４年８月・第３２卷・第４期
力变化情况汇总于表２。
试样１、４老化过程中经向断裂强力保持率的变化见图１。
样区间的紫外辐射强度，并结合每种试样在各个区间的断裂强
根据老化区间的划分，结合上海的气候特点，可以认为：４个
老化区间分别代表冬（１２—２月）、春（３～５月）、夏（６～８月）、秋（９～１１月）４个季节。从表２可以看出，春季和夏季的紫外辐射强度相近，其大小接近冬季和秋季辐射强度的三倍和两倍，各个试样的经向断裂强力在春夏两季也比秋冬两季下降。
享需啦隧Ｒ鹱臻蔷匠鼎
图１试样１、４经向断裂强力保持率变化
从图１可以明显看出，试样４断裂强力下降的速率要比试样１小得多，而且在试样１断裂强力为０的时候，试样４的断裂
强力保持率仍然接近于６５％。这说明聚阻胺类防老化剂对聚
丙烯的光降解有良好的抑制作用。４．２聚酯纤维的物理保护效果
图２将试样２、３的断裂强力保持率进行了对比，从图２发
现，聚酯纤维朝阳的试样３与机织底布朝阳的试样２相比，其断
裂强力保持率下降的斜率要小的多，这是因为聚酯纤维比聚丙烯纤维的耐光老化性能优越，能够在表面起到屏蔽作用，吸收大量的紫外辐射，从而延缓聚丙烯的老化。
享
姗
鼗毯冀骥臻豁匠鼎
图２试样２、３经向断裂强力保持率变化
４．３紫外辐射对聚丙烯土工合成材料老化的影响
研究表明，聚丙烯的抗光氧老化性能非常差ｏ“引。从能量的观点来看，高聚物分子结合的键能，多数在６０一１００千卡／克分子的范围内，因此太阳光中影响高聚物老化的主要是波长较短的紫外线。它的能量能够切断许多高聚物的分子链或者引发其发生光氧化反应。不同分子结构的高聚物，对于紫外线的吸收是有选择性的，据文献报道，聚丙烯的最敏感波长为
３００ｎｍ，属于２８０～３１５ｎｍ之间的紫外Ｂ部分，这是紫外光中最
具有活性的一段波长范围，因此聚丙烯所表现出来的抗光氧老化能力很差。研究中根据紫外辐射监测仪的数据，得到了各取
万
方数据表２各取样区间试样的经向断裂强力下降情况
注：“一”表示试样１、２在最后取样时已无断裂强力。
５结论
聚阻胺类防老化剂是一类比较适合聚丙烯材料的高效光稳定剂。
在聚丙烯机织底布上针刺聚酯纤维可以有效地遮挡紫外辐射的作用。
通过实时监测紫外辐射强度的变化，结合老化试验结果，进一步证明紫外辐射是影响聚丙烯土工合成材料老化的最主要因素。
老化试验证明，无论采用何种防老化的手段，都只能延缓老化的进程，而不能完全阻止材料的老化。通过老化试验研究聚丙烯土工合成材料的老化进程，从而实现预测材料的使用寿
命就显得尤为重要。
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ＨｏｅｄｔＧ．ＤｕｒａｂｉｌｉｔｙＥｘｐｅｒｉｅｎｃｅｉｎ
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Ｐ
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ａｎｄ
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Ｐｏｌｙ（Ｐ—ｐｈｅｎｙｌｅｎｅｓｕｌｆｉｄｅ）．Ｐａｒｔ２．ＵＶＩｎ—
ｄｕｃｅｄＰｈｙｓｉｅｏｃｈｅｍｉｃａｌ
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ｔｙ，１９９５，４８（１）：１１—２３．
聚丙烯土工合成材料的老化与防老化
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：引用次数：
包伟国， 薛育龙， 杨旭东
包伟国,薛育龙(上海新纺织产业用品有限公司,上海,200042)， 杨旭东(东华大学纺织学院,上海,200051)
上海纺织科技
SHANGHAI TEXTILE SCIENCE & TECHNOLOGY2004，32(4)2次
参考文献(9条)
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相似文献(3条)
1.会议论文 杨旭东.丁辛.薛育龙 聚丙烯土工合成材料的光氧老化研究 2002
本文简要介绍了聚丙烯土工合成材料的光氧老化机理以及常用的防老化方法.针对长江口深水航道治理工程中使用的聚丙烯土工合成材料,通过大气老化试验考察了防老化剂和物理防护的作用,并验证了紫外辐射是影响聚丙烯老化的最主要因素.
2.期刊论文 曹民干.苗文俊.李江伟.CAO Mingan.MIAO Wenjun.LI Jiangwei 聚丙烯土工膜的老化因素和防护措施 -新型建筑材料2007,34(6)
介绍聚丙烯土工合成材料的应用及防老化的必要性,以及材料的老化机理.详细讨论了原材料、添加剂、紫外线、温度、外力及土壤酸碱性等影响聚丙烯土工膜老化的因素和相应的防老化措施.
3.会议论文 包伟国 聚丙烯土工合成材料老化性能研究 2004
本课题的研究旨在通过人工气候试验寻求与大气老化试验结果之间的换算关系,以期用人工气候试验来预测高分子材料在户外环境的使用寿命。研究目标为：针对提供的用于长江口深水航道治理工程的聚丙烯防老化土工合成材料,在对所用原料建立了一套完备的评估体系的基础上,以土工材料所接受的紫外线辐射能为纽带,以人工老化、自然老化的试验结果为基础,建立寿命预测模型，并结合水下不同深度紫外辐射能研究及其沙土掩埋老化试验结果,对该土工材料在深水航道治理工程中的使用寿命进行预测。
引证文献(2条)
1.陈光林.殷保璞 双组分SMS非织造材料耐光老化性能研究[期刊论文]-产业用纺织品 2008(11)
2.吕桂英.朱华.林安.甘复兴 高分子材料的老化与防老化评价体系研究[期刊论文]-化学与生物工程 2006(06)
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_shfzkj200404022.aspx
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２００４年８月・第３２卷・第４期
上海纺织科技＝＝一产业用纺织品＝＝一３９
聚丙烯土工合成材料的老化与防老化
包伟国１，薛育龙１，杨旭东２
（１．上海新纺织产业用品有限公司，上海２０００４２，东华大学纺织学院，上海２０００５１）
摘要：以长江口深水航道治理工程为例，通过大气老化试验考察了所开发的聚丙烯土工合成材料中聚阻胺类
防老化剂和聚酯纤维物理防护的作用，并验证了紫外辐射对聚丙烯老化的影响。
关键词：聚丙烯土工合成材料；老化；防老化；大气老化试验；聚阻胺防老化剂；物理防护中图分类号：ＴＳｌ７
文献标识码：Ｂ
文章编号：１００１—２０４４（２００４）０４—００３９－０２
Ａｇｅｉｎｇａｎｄａｎｔｉ—ａｇｅｉｎｇｏｆＰＰｇｅｏ－ｓｙｎｔｈｅｔｉｃｓＢＡＯＷｅｉ—ｇｕ０１，ＸＵＥＹｕ—ｌｏｎ９１，ＹＡＮＧＸｕ—ｄｏｎ９２
（１．Ｓｈａｎｇｈａｉ
ｐｈｅｒｉｃ
ｔｅｓｔｓ
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ＮｅｗＴｅｃｈｔｅｘｔｉｌｅ
Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００４２；２．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＴｅｘｔｉｌｅ，ＤｏｎｇＨｕａ
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ｇｅｏ—ｓｙｎｔｈｅｔｉｃｓ；ａｇｅｉｎｇ；ａｎｔｉ－ａｇｅｉｎｇ；ｏｕｔｄｏｏｒａｇｅｉｎｇｔｅｓｔ；ＨＡｔＳ；ｐｈｙｓｉｃａｌ
ｔｈｅ
ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ
１前言
大多数土工合成材料的原料都是高分子材料，在大气环境中受阳光、温度、水汽等因素的影响，随着使用时间的增加，将
成材料的应用提供符合中国气候条件的基础资料，对土工合成
材料老化性能进行了系统的试验研究。
本文旨在通过大气老化试验考察所开发的聚丙烯土工合成材料中聚阻胺类防老化剂和聚酯纤维物理防护的作用，并验证紫外辐射对聚丙烯老化的影响。
产生降解现象，表现为物理机械性能的衰变，如强度降低，从而
丧失或部分丧失使用功能，这一过程称之为老化。不同的高分子原料具有不同的抗老化性能…，如表１所示。
表１土工合成材料不同原料的耐老化性能比较类别
热氧化水解酸碱
聚丙烯
一
２研究中采用的防老化方法
２．１添加防老化剂
聚乙烯
聚酰胺
＋
聚酯
研究中采用ＣｉｂａＳｐｅｃｉａｌｔｙＣｈｅｍｉｃａｌｓ公司生产的ＩＲＧＡＦＯＳ
１６８作为防老化剂，这是一种聚阻胺类光稳定剂，外观呈白色，在
＋＋０一＋
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纺丝前加入５％到聚丙烯粒子中。它的具体规格如下：分子量６４６．９，熔点１８３—１８６。Ｃ，密度１．０３ｅ／ｅｍ３，水溶解度＜０．０１％。这类防老化剂主要是在链引发和链增长阶段发生作用ｏ“。２．２物理防护
高聚物的老化首先从表面开始而逐渐往内部深入。因此可以通过在材料表面涂漆、镀金属、涂布等物理防护方法，使材料表面附上一层防护层，从而延缓老化进程。研究中结合土工合成材料加工工艺的特点，在聚丙烯底布的表面针刺了抗光氧老化性能较好的聚酯纤维，来吸收大量的紫外辐射，以达到防老化的目的。
＋０
生塑隆蟹
±±±！±±
注：“一、０、＋、＋＋”代表各原料的耐老化性能由坏到好的顺序，其中“ｏ”为参照物，可以理解为“中”；则“一、＋、＋＋”分别表示“差、良、优”。
从表１中可以看出，聚丙烯材料抗生物老化、化学降解和水解性能非常好。但其光稳定性较差，特别是抗光氧老化，在
某些裸露场合使用寿命明显缩短；另外，在紫外辐射较强的夏
季，从工厂到施工现场的长途运输过程中，也会出现强力下降、变脆的现象。因此，应采取有效的防老化方法来改善聚丙烯土工合成材料的光氧化老化性能。
长江口深水航道治理工程是一项事关民生的重点工程，为
３试验
３．１试验材料
聚丙烯机织布（２３０９／ｍ２）、防老化聚丙烯机织布（２３０９／ｍ２）、聚丙烯机织底布（２３０９／ｍ２）针刺聚酯纤维（１５０９／ｍ２）的复合布（简称聚丙烯复合布）。
试验中为考察聚酯纤维的物理防护效果，在放置复合布时分别采取机织底布朝光和针刺聚酯纤维朝光两种方式，因此测试试样共有４种。试样编号为：１．聚丙烯机织布；２．聚丙烯复合布（聚丙烯纤维朝光）；３．聚丙烯复合布（聚酯纤维朝光）；４．防老化聚丙烯机织布。
了保证工程质量，在施工中创新，参照国外同行的经验和研究
成果，开发了防老化聚丙烯土工合成材料，并在一期工程中得到广泛应用，如在整治建筑物结构中采用聚丙烯编织布制成沙
袋，填充堆筑为堤身，无纺布铺筑反滤层、制作软体排等。
为了进一步完善和总结一期工程的应用成果，初步掌握土
工合成材料的使用寿命，为土工合成材料在二期工程中的设
计、完工后的维护与保养提供依据，同时，也为了给国内土工合
收稿日期：２００４一０７—１４
３．２试验方法及标准
研究中采用大气老化试验，按照ＡＳＴＭＤ５９７０一土工织物户
作者简介：包伟国（１９６０一），男，高级工程师，在读工程硕士，上海新纺织产业用品有限公司总经理，从事产业用纺织品开发研究工作。
外曝晒老化标准操作规程进行，时间为１年（２００１年１２月一
万方数据
２００２年１１月），每隔３个月进行一次取样。另外，曝晒场内放
置了ＳＵＲ．１型紫外辐射仪对紫外辐射进行实时监测，并通过ＱｘＹ．１型信号变换采集装置和电脑实现数据采集和保存。
织物断裂强力测试按照ＧＢ／Ｔ３９２３．１—１９９７进行。
４结果及讨论
４．１聚阻胺类防老化剂的效果
４０一上海纺织科技一产业用纺织品一２０４年８月・第３２卷・第４期
力变化情况汇总于表２。
试样１、４老化过程中经向断裂强力保持率的变化见图１。
样区间的紫外辐射强度，并结合每种试样在各个区间的断裂强
根据老化区间的划分，结合上海的气候特点，可以认为：４个
老化区间分别代表冬（１２—２月）、春（３～５月）、夏（６～８月）、秋（９～１１月）４个季节。从表２可以看出，春季和夏季的紫外辐射强度相近，其大小接近冬季和秋季辐射强度的三倍和两倍，各个试样的经向断裂强力在春夏两季也比秋冬两季下降。
享需啦隧Ｒ鹱臻蔷匠鼎
图１试样１、４经向断裂强力保持率变化
从图１可以明显看出，试样４断裂强力下降的速率要比试样１小得多，而且在试样１断裂强力为０的时候，试样４的断裂
强力保持率仍然接近于６５％。这说明聚阻胺类防老化剂对聚
丙烯的光降解有良好的抑制作用。４．２聚酯纤维的物理保护效果
图２将试样２、３的断裂强力保持率进行了对比，从图２发
现，聚酯纤维朝阳的试样３与机织底布朝阳的试样２相比，其断
裂强力保持率下降的斜率要小的多，这是因为聚酯纤维比聚丙烯纤维的耐光老化性能优越，能够在表面起到屏蔽作用，吸收大量的紫外辐射，从而延缓聚丙烯的老化。
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图２试样２、３经向断裂强力保持率变化
４．３紫外辐射对聚丙烯土工合成材料老化的影响
研究表明，聚丙烯的抗光氧老化性能非常差ｏ“引。从能量的观点来看，高聚物分子结合的键能，多数在６０一１００千卡／克分子的范围内，因此太阳光中影响高聚物老化的主要是波长较短的紫外线。它的能量能够切断许多高聚物的分子链或者引发其发生光氧化反应。不同分子结构的高聚物，对于紫外线的吸收是有选择性的，据文献报道，聚丙烯的最敏感波长为
３００ｎｍ，属于２８０～３１５ｎｍ之间的紫外Ｂ部分，这是紫外光中最
具有活性的一段波长范围，因此聚丙烯所表现出来的抗光氧老化能力很差。研究中根据紫外辐射监测仪的数据，得到了各取
万
方数据表２各取样区间试样的经向断裂强力下降情况
注：“一”表示试样１、２在最后取样时已无断裂强力。
５结论
聚阻胺类防老化剂是一类比较适合聚丙烯材料的高效光稳定剂。
在聚丙烯机织底布上针刺聚酯纤维可以有效地遮挡紫外辐射的作用。
通过实时监测紫外辐射强度的变化，结合老化试验结果，进一步证明紫外辐射是影响聚丙烯土工合成材料老化的最主要因素。
老化试验证明，无论采用何种防老化的手段，都只能延缓老化的进程，而不能完全阻止材料的老化。通过老化试验研究聚丙烯土工合成材料的老化进程，从而实现预测材料的使用寿
命就显得尤为重要。
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聚丙烯土工合成材料的老化与防老化
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：引用次数：
包伟国， 薛育龙， 杨旭东
包伟国,薛育龙(上海新纺织产业用品有限公司,上海,200042)， 杨旭东(东华大学纺织学院,上海,200051)
上海纺织科技
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2.吕桂英.朱华.林安.甘复兴 高分子材料的老化与防老化评价体系研究[期刊论文]-化学与生物工程 2006(06)
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