태양광(UV LIGHT)에 의한 폴리머 특성의 변화

플라스틱은 실외에서 사용하다 보면 광산화/분해로 인해 외관과 물성이 변합니다. 여기에 사용되는 자외선 안정제는 광분해를 제어하고 방지하여 유통기한을 획기적으로 연장합니다.

아래의 다양한 테스트 항목은 플라스틱에 외부에서 사용할 때 광안정제의 성능과 수명 연장을 확인하는 데 사용됩니다.

외관 변화

외부 사용 중 자외선에 노출되면 대부분의 방향족 폴리머(PS, PC, PBT, TDI PU, 폴리 아크릴레이트 등)에서 변색이 발생합니다. 이 색상 변화를 측정하여 광분해 정도를 정량화하고 광분해를 확인합니다. 변색은 많은 지방족 폴리머(PVC, 아크릴, 셀룰로오스)와 염료 및 안료가 포함된 폴리머에서도 발생합니다. 외관의 변화는 변색에 의하여 일으날 수 있습니다.

색도계를 사용하면 초기 YI(노란색 지수), L(밝기), a(빨간색에서 초록색), b(노란색에서 초록색) 값을 측정하고 여러 샘플을 측정하여 실험 오류를 줄일 수 있습니다. 다른 방법은 % 헤이즈(불투명도)와 광택을 측정합니다. 헤이즈 % 값은 빛 투과율을 측정하여 얻을 수 있으며, 광택은 다양한 각도에서 반사되는 빛의 양을 측정하여 얻을 수 있습니다. 광택도 60도는 플라스틱에 주로 사용되며, 광택도 20도는 코팅에 주로 사용됩니다.

가속 노화 장치(Weather-O Meter) 또는 실제 노화 시험에서는 일정 시간이 경과한 후 육안으로 차이를 먼저 확인하고, 시료의 초기 값과 일정 시간 경과 후 시료의 색 변화 값을 비교하여 내후성을 평가할 수 있습니다. 델타 YI는 주로 흰색 시료의 황색 변색을 측정하며, 델타 E(총 색상 변화, )는 다른 유색 시료의 변색을 확인하거나 YI 값으로 변색 특성을 나타낼 수 없을 때 사용합니다. 일반적으로 델타 E 값이 3을 초과하면 육안으로 색상 차이를 명확하게 구분할 수 있으며, 이 값을 내후성을 판단하는 기준으로 사용합니다.

% 헤이즈는 제품 표면의 산화로 인한 미세 균열로 인해 미백 및 연한 색상을 유발하는 것으로 보이지만 이는 폴리머에 함유된 안료의 내후성과는 무관합니다. 이러한 실금/미백 현상은 표면의 반사 정도를 낮추어 광택 값을 60도까지 낮춥니다. 투명 샘플에서는 실금/미백으로 인해 투명도가 감소하고 불투명도(% 헤이즈)가 증가합니다. 기타 외관 변화에는 폴리머 함유 물질이 표면으로 이행하는 것이 포함될 수 있습니다. 제조 공정이 완료된 직후 또는 일정 시간이 지난 후 내부 재료가 표면으로 이행하여 색상이 변경되고 광택 값이 감소할 수 있습니다.

(L, a, b 스케일)

물성 변화

폴리머의 물성 변화는 외관의 변화와 함께 발생하지만 천천히 일어납니다. 이는 물리적 특성이 표면뿐만 아니라 재료의 전체 구성과 관련이 있기 때문입니다. 폴리머가 가진 여러 가지 고유한 물리적 특성 중 인장 특성과 충격 특성은 폴리머의 수명 내내 유지되어야 하는 중요한 물리적 특성입니다. 인장 강도 분석은 일반적으로 테스트 기간 후 Instron에서 5~7개의 샘플을 측정하고 평균값을 계산하여 얻습니다. 잔류 연신율 값도 얻을 수 있습니다. 다양한 물리적 특성을 측정하기 위해 폴리머의 최종 용도에 따라 시료의 모양을 인장 막대, 필름, 섬유 또는 필라멘트로 테스트합니다. 폴리에틸렌의 경우, 로토몰딩 등급 UV 8, Xenon Arc WOM에서 8000시간 동안 자외선에 노출됩니다. 사용 후에도 외관과 물성을 유지해야 하며, 이는 실제 기후 조건에서 8년 이상 사용할 수 있고 물성과 외관이 유지될 것으로 예상되는 것을 의미합니다.