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老化的主要原因

塑料在加工成型或使用时,质量会逐渐降低,这种现象叫做老化或劣化(degradation,deterioration)。虽然在橡胶领域内早就有陈化或老化(aging)这个名词,但它多指随时间的变化,不适合表示广泛的性能变化。

老化的主要因素是:热、紫外线、放射线、臭氧、电气、机械、化学、微生物等的作用,而氧、水分、应变等则随着这些因索加速老化。所以,由此引起的性质变化是多种多样的,单就老化来说,具体情况也是很复杂的。

塑料的稳定性一般认为是对所要求的某种特定性能的稳定和对一般性能保持的稳定性。通常,对物理、机械、电气等性能要求比较高。但是,必须认识到塑料老化所引起的化学结构上的变化对这些性能产生影响——这个基本问题。

塑料的化学老化过程是:分子链断裂、交联、聚合物链的化学结构变化、侧链基的变化等,这些反应的组合和程度随环境而不同。

紫外线耐候老化试验箱

紫外线耐候试验箱

当塑料加热时,会软化或熔化。特别是在高温下暴露时,会被空气中的氧慢慢氧化。如暴露在熔点以上的高温时,不仅在空气中就是在真空中也会发生热分解。人们熟知,塑料在室外受日光直射时急剧老化,而日光的紫外线和空气中的氧作胃最大。但是,若单独作用就弱了。

塑料因热和紫外线而氧化,反应一开始,物理性能就显著变化。如前所述,这是因为聚合物中的分子链断裂,产生新的键,即再生键、支化、交联、环化。

聚台物化学随着近代仪器分析技术的进步而飞跃地发展。对化学结构的研究方法,使用了红外吸收光谱、紫外吸收光谱、气体色谱法、质量分析、电子自旋共振、放射性同位索等强有力的手段来鉴定结构变化。伴随老化而发生的链断裂、交联反应的程度,以及由此而产生的聚合物分子量的变化,用溶液法、渗透压法、光散射法、沉降法等进行研究。

聚合物的熔化、玻璃态转化鄢种热效应是可逆的变化。但热对聚合物能引起不可逆的或永久的化学变化。假如不存在其它活性物质和作用,那么聚合物的热稳定性就与构成聚合物的种种化学结构的键离解能有关。

另外,光化学反应是依聚合物化学结构选择吸收光辐射能而发生的。一般日光为辐射能源。引起聚合物老化的日光波长在300~400毫微米的紫外线范围内。

户外暴露老化是受紫外线辐射能和水分、臭氧、氧、热等主要因素,以及其它实际使用条件作用的结果。考虑到复杂的老化机理,有必要在获得各种主要因素对聚合物是怎样起作用的——这个基本认识之后,再进行总的评价。所以,为了解释在各种参数影响下聚合物稳定的复杂性,必须积累更多的基本资料,为确立实用的加速老化试验方法而努力。