1 概述: 高分子材料在其合成、贮存及其加工和最终应用的各个阶段都可能发生变质,即材料的性能变坏,例如泛黄、相对分子质量下降、制品表面龟裂、光泽丧失、更为严重的是导致冲击强度、拉伸强度、和伸长率等力学性能大幅度下降,从而影响高分子材料制品的正常使用。之中现象称为塑料的化学老化,简称老化。从化学角度上看,塑料材料无论是天然的还是合成的,都具有一定的分子结构,其中某些部位具有一些弱键,这些弱键自然的成为化学反应的突破口。塑料老化的本质无非是一种化学反应,它可以由许多原因引起,例如热、紫外光、机械应力、高能辐射、电场等等,可以单独一种因素,也可以多种因素共同作用。其结果使高分子材料的分子结构发生改变及相对分子量下降或产生交联,从而材料性能变坏,以至无法使用。老化(亦称化学老化)是一种不可逆的化学反应,它是分子结构变化的结果。化学老化可以由许多原因引起,例如热、紫外光、机械应力、高能辐射、电场等;可以由单独一种因素作用,也可以是多种因素协同作用的结果。其结果一般是高分子材料的分子结构发生改变,即相对分子质量下降(降解)或交联。降解是指高分子链的断裂;交联则是指高分子碳-氢键断裂,产生的高分子自由基相互结合,形成网状结构。降解和交联对高分子的性能都有很大的影响。降解使高分子分子量下降,材料变软发粘,抗拉强度和模量降低;交联使高分子材料变硬变脆,伸长率下降。 2 自动氧化 当高聚物与空气接触时,会与空气中的氧尽心化学反应而被氧化,这种氧化反应是“自动”进行的。自动氧化有两个特点:a。高聚物里通常会含有少量杂质,所以氧化反应应通过杂质而自动催化;b。高分子材料里通常加有抗氧剂,所以氧化反应又由于抗氧剂的存在而被抑制。 3 太阳辐射和模拟太阳辐射 太阳辐射到地球外大气层的光是一种连续光谱,其波长在0.7~3000 nm之间。波长在175 nm以下的短波紫外线可被海拔100 km以上大气层中的氧气所吸收[5],海拔15 km的臭氧层吸收175~295 nm以下的绝大多数紫外光。所以只有波长在295~3000 nm之间的太阳辐射到达地球表面。 人们把日光光谱分为三部分:紫外光(UV)、可见光(VIS)和红外光(IR)。频率在295~400 nm的紫外光的能量占日光辐射总能量的4~7%。 紫外线,根据美国测试与材料协会(the American Society for Testing and Materials)标准ASTM G 113-94规定,定义为波长短于可见光的那部分辐射。 紫外 100nm--380nm UV-C 100nm—280nm UV-B 280nm—315nm UV-A 315nm—380nm 可见光380nm—780nm 红外辐射780nm—1mm 较短的波长具有较高的光子能量,当其曝晒在材料上时,依据聚合物材料吸收性能不同表现出较为严重的老化作用。只有材料吸收了辐射时,才会引发光化学降解过程并导致了对材料的损害。 4 能量分布 紫外部分的能量分布的划分并不一致,下面是CIE的一种分法:
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