塑料劣化的光谱分析

1.     前言

塑料成品因树脂和添加剂等原料的种类，以及塑料成品自身随时间的变化或受温度、紫外线等环境因素的影响，其劣化情况会有所差异。因此，制成成品时，对成品的劣化评价十分重要。在塑料的光谱分析方法中，可使用紫外分光光度计评价黄变指数和光泽等¹，但是目前使用荧光分光光度计评价塑料成品的应用案例较少。

     此次实验，通过荧光分光光度计对受紫外线照射造成劣化的塑料片进行三维光谱分析，结合多变量分析结果和紫外分光光度计的测定结果，评估样品的劣化特性。

     荧光分光光度计无需复杂的前处理，可无损伤进行样品测定，而且测量灵敏度高。因此，十分适用于产品的劣化分析等研究开发和品质管理中。

荧光分光光度计F-7100

2.  应用数据

测定样品选用市售1mm厚的塑料片PET， 使用波长365 nm的光照射塑料片，并定期评价紫外线对样品的影响。

　  荧光分光光度计F-7100加装自动滤光片附件和固体样品支架，测定样品的三维荧光光谱。通过紫外可见近红外分光光度计UH4150，测定样品的透射光谱，并依据JIS K 7373计算黄变指数。利用多变量分析软件3D SpectAlyze，对样品的三维荧光光谱进行主成分分析。

图1 荧光分光光度计F-7100的样品安装示意图

图2 紫外线照射下PET的三维荧光光谱变化

使用多变量分析软件3D SpectAlyze对PET的三维荧光光谱数据进行主成分分析。由主成分得分图可知，除暴露前（0天）外，PC2的得分值随暴露天数的增加越来越高。

图3 PET的主成分得分图

由载荷图可知，激发波长335 nm与暴露天数呈相关性（图4）。在激发波长335 nm处，暴露前，样品在发射波长385 nm时的荧光强度低，与暴露后的荧光强度趋势不同（图5）。

图4 主成分分析的载荷图

图5 PET在激发波长335nm处的荧光强度随暴露天数的变化

图6 PET在Ex335 nm处的荧光强度变化

依据激发波长在335 nm时的荧光光谱图可知，除暴露前以外，在发射波长385 nm（A）时，荧光强度随暴露天数增加越来越低；在发射波长470 nm（B）时，荧光强度随暴露天数增加越来越高（图5、图6）。

利用UH4150测得的透射光谱计算样品的黄变指数，得到PET的发射波长385 nm（A）和发射波长470 nm（B）与黄变指数的关系，如下所示。

图7 PET在EX335nm处的荧光强度和黄变指数的关系

表1 EX335nm处的荧光强度和黄变指数

结果表明，在样品暴露于紫外线后，A处的荧光强度和黄变指数成负相关，B处的荧光强度和黄变指数成正相关。

3.     总结

通过以上案例，可以发现荧光分光光度计结合多变量分析方法可以有效快速的分析塑料制品的劣化情况。日立不仅提供高灵敏度的荧光分光光度计，同时具有多变量分析软件3D SpectAlyze，实现荧光数据的准确测量和数据的快速分析。

[1] 参考: 材料的性能・评价技术：塑料材料以及产品应用实例  (产业技术服务中心, 2014)