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1、塑料的耐候性1前言塑料是一種容易受環(huán)境氣候因素影響的易于老化的材料。塑料的老化往往是由太陽輻射或水解作用引起的。評(píng)價(jià)塑料材料在戶外光穩(wěn)定性的方法之一是了解這些聚合物的鍵能，即打斷其分子鏈所需要的能量。目前已經(jīng)了解了許多聚合物的鍵能，如聚酯、ABS、PC、HIPS、PS、PVC、氯化PE、氯化PVC、PP、LLDPE和HDPE等。其它一些聚合物如PC、PA和丙烯酸類聚合物有時(shí)會(huì)受潮濕的影響，因?yàn)樗舛斐煞肿渔湐嗔选?duì)塑料老化的了解使我們能夠預(yù)計(jì)材料在干燥、陽光充足的氣候中和在潮濕、陽光不充足的氣候中其顏色變化和沖擊強(qiáng)度的保持率會(huì)有什么樣的不同。目前，我們
2、已經(jīng)得到很多種類聚合物材料的戶外老化數(shù)據(jù)。2試驗(yàn)曝露試驗(yàn)依據(jù)GB/T3681-2000進(jìn)行，試驗(yàn)架面南45度。試樣品種很多，包括硬PVC、HDPE、LDPE、PP、抗靜電PP、PS、PMMA和ABS。用X-Rite色差儀測(cè)量試驗(yàn)前后樣品顏色的變化。用擺臂式?jīng)_擊儀測(cè)量試驗(yàn)前后樣品簡(jiǎn)支梁沖擊強(qiáng)度的變化。3討論3.1太陽的能量光譜穿過大氣層后，太陽光中的真空紫外和波長(zhǎng)小于0.28微米的紫外部分被大氣吸收。紫外光的一部分，可見光和大部分的紅外線透過大氣到達(dá)地面。太陽光中的真空紫外部分能量較高，會(huì)引起顯著的化學(xué)破壞，對(duì)應(yīng)用于太空的聚合物材料來說要重點(diǎn)考慮，因?yàn)槟抢?/p>
3、沒有大氣層來保護(hù)。太陽光中的紅外部分能引起分子的振動(dòng)，包括伸展、彎曲或旋轉(zhuǎn)，或只是加熱材料，很少直接造成化學(xué)破壞。在太陽光譜中，從紫外到可見光到近紅外，很寬波段范圍內(nèi)的光能將某些化學(xué)結(jié)構(gòu)激發(fā)到較高的電子激發(fā)態(tài)。雖然處于電子激發(fā)態(tài)時(shí)化學(xué)鍵會(huì)變?nèi)?，但通常不?huì)發(fā)生化學(xué)變化。但是，如果紫外光被吸收的話，就有可能會(huì)使化學(xué)鍵斷裂。對(duì)于那些化學(xué)鍵易被打斷的聚合物結(jié)構(gòu)來說，這一光譜范圍會(huì)延伸到紅外部分。本研究中考察光能的吸收時(shí)會(huì)考慮試樣的透明性、試樣中所添加的二氧化鈦等礦物質(zhì)的存在，以確保這些材料能吸收光并將其傳遞給化學(xué)鍵。3.2化學(xué)鍵的破壞某些分子中的電子被激發(fā)后，分
4、子會(huì)斷裂成為自由基。這一過程中所吸收的能量稱為鍵能。自由基攻擊分子鏈會(huì)造成分子鏈斷裂。目前很多分子的鍵能已經(jīng)確定。從文獻(xiàn)中得到各種聚合物材料的鍵能。表1匯總了不同化學(xué)結(jié)構(gòu)及其鍵能，以及對(duì)應(yīng)的包含這些結(jié)構(gòu)的聚合物。根據(jù)這個(gè)表，可按照鍵的強(qiáng)弱將聚合物分類。最弱的聚合物是聚醚、ABS、PC/ABS、包含MBS和MABS的聚合物，HIPS，PS，ASA和ASM/EPDM；有數(shù)據(jù)表明ABS，ASA和SAN/EPDM對(duì)紫外降解很敏感。較強(qiáng)的聚合物包括PVC，CPE，CPVC，PP，LLDPE和HDPE；有數(shù)據(jù)表明，PVC的抗紫外性和耐水解性在聚合物中屬于適中。這些聚
5、合物一般都具有較好的抗紫外性，但PC、PMMA、丙烯酸類聚合物、ASA、聚酯、聚酰氨和PET的耐水解性比較差。有數(shù)據(jù)表明丙烯酸類聚合物、ASA和PMMA對(duì)酸雨很敏感。通常，當(dāng)化學(xué)鍵斷裂后，聚合物的分子量會(huì)下降，這導(dǎo)致聚合物變脆。沖擊強(qiáng)度的降低通常是塑料材料發(fā)生降解的一個(gè)好的指示。沖擊強(qiáng)度的降低也會(huì)涉及到物理老化（退火），因此有時(shí)需要進(jìn)行其它測(cè)量來區(qū)分化學(xué)破壞和物理老化。那些包含酯、酰氨或碳酸鹽的聚合物，會(huì)因?yàn)槌睔馑舛肿恿肯陆?，從而在潮濕環(huán)境中變脆，尤其是在酸雨環(huán)境中。3.3沖擊和顏色保持率分別在陽光充足的干燥環(huán)境和陽光不足的潮濕環(huán)境中比較乙烯類和丙烯
6、酸類材料的環(huán)境耐久性可以得到很多信息。乙烯類材料的破壞是由于紫外光引起分子鏈斷裂，而丙烯酸類材料則是由于潮濕引起了水解。圖1表明了若干聚合物材料在敦煌（干燥環(huán)境）和海南（潮濕環(huán)境）中的顏色變化。乙烯類材料最大的顏色變化發(fā)生在敦煌，這表明其破壞是由紫外光引起的。乙烯類材料顏色變化主要表現(xiàn)在變黃，由于紫外光破壞引起的漂白作用。而丙烯酸類材料最大的顏色變化發(fā)生在海南，那里有比較多的雨水，其顏色變化主要表現(xiàn)在變淺，由潮濕引起的表面腐蝕造成的，也許是酯的水解造成的。表1典型聚合物的穩(wěn)定性典型結(jié)構(gòu)鍵能Kcal/mol對(duì)應(yīng)的聚合物CH3-CH2-O-CH-CH3∣HC
7、-H，很不穩(wěn)定聚醚CH2=CH-CH2-CH3C-C，61.5ABS,PC/ABS,MBS,MABS,HIPSφ-CH2-CH3C-C，63PS,HIPS,ABS,ASA,SAN/EPDM,PC/ABS,MBSCH3-CH-CH3∣ClC-Cl，73PVC,CPE,CPVCCH3∣CH3-C-CH3∣HC-C，77C-H，85PP,LLDPECH3-CH2-CH2-CH3C-C，78HDPE,尼龍CH2-Cl-CH3C-C，82PVC,CPE,CPVCCH3-CCl-CH3∣HC-H，92PVC,CPE,CPVCCH3-CH-CH3∣HC-H，94HDP
8、ECH3-C≡NC-C，103ABS,SAN/EPDM,PC/ABS,ASA,A
