关键词：食品接触材料;热分析法;热空气老化法;老化寿命;动力学参数
摘 要：生活中常用的高分子食品接触材料长时间贮存或使用后会发生老化,老化之后不仅性能降低而且会产生一些对人体有害的物质,引起了人们的普遍关注。本课题选择微波炉专用PP食品碗、硅橡胶烤盘垫、PET矿泉水瓶这三种常用的高分子食品接触材料,采用热分析中常用的DSC和TG分析法,对其进行热氧老化寿命评估及热氧降解动力学参数研究。主要研究内容如下:(1)通过TGA进行聚丙烯的老化加速实验,测得恒温下聚丙烯失重率和时间的关系,推测聚丙烯餐盒在微波炉中的使用次数约为2.46万次。通过DSC加速老化实验测得聚丙烯老化时间和氧化诱导期的关系,推测聚丙烯餐盒在微波炉中的使用次数约为6千次。对比采用传统物理性能热氧加速老化实验方法,推测聚丙烯餐盒在微波炉中的使用次数约为1.28万次。(2)聚丙烯三种寿命评估方法研究结果表明:DSC老化加速实验所测得的寿命实际为材料中所含有的抗氧剂消耗殆尽所经历的时间,测得寿命最小。热空气老化实验法测得寿命为材料某一性能下降至原来的50%时经历的时间,测得寿命居中。TGA加速老化实验测得寿命为材料整体降解失重5%时的寿命,测得寿命最长。(3)采用TGA分析法对硅橡胶烤盘垫进行老化加速实验,测得恒温下硅橡胶失重率和时间的关系,通过阿伦尼乌斯方程推测硅橡胶在烤箱的使用次数约为1.66千次。(4)通过TGA进行PET的老化加速实验,推测PET常温下的使用寿命约为4.3×109年。对PET进行了传统物理性能热空气老化加速实验,推测PET矿泉水瓶的使用寿命约为22.6年。两种实验方法结果差别很大,分析认为TGA加速老化法测试的是高温热氧条件下的高分子链结构的降解失重,而常温使用中PET的物理性能降低除了受分子链的降解影响之外,结晶形态的变化等因素对其影响很大,从而使两种结果之间的差异极大。结果表明在高分子材料的寿命评估过程测试方法仍然存在很多问题需要改进。(5)依据热分析方法,采用Freeman-Carroll法与Kissinger法推导热氧降解动力学参数。研究结果表明:PP,硅橡胶,PET的表观活化能E分别为147.71,161.35,302.36 k J?mol-1;指前因子A分别为7.9×10~(12),3.1×10~(12),4.2×1023min-1,反应级数n分别为1.5,0.5,0.5,为研究材料的热氧稳定性及热氧老化降解机理提供了一定的理论支持。
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