塑料老化的影响因素

塑料老化的影响因素

影响塑料老化的因素有内因和外因两个方面，其中内因起决定性作用。内因主要指聚合物分子结构上的薄弱环节，外因是指外部环境条件，如温度、湿度、光线、氧气浓度、酸矿性等。由于聚合物结构上不同程度地存在着某些薄弱环节，而它们往往最先受到外在因素的作用而引起老化。

如聚合物中，PTFE的化学稳定性和耐老化性能最优异。其原因是PTFE中的C-F键非常牢固，其他原子或基团很难取代氟原子，同时，相对较弱的C-C键也受到了C-F的屏蔽作用而难以受到外界因素的影响

PE与PTFE 结构相似，但PE却易老化。除了C-H键比C-F键弱外，PE分子链上还有较多支链，支链处的碳原子为叔碳原子，较活泼，易老化。另外，PE分子链中还含有 C-C及氧化结构，如羰基(C一0)，因此易受外因作用而引起老化。PP含有的叔碳原子更多，耐老化性能更差，PP薄膜在烈日下暴晒数日后，力学性能急剧下降。

聚合物的化学结构对老化性能的影响主要包括如下几个方面:

(1)化学键能 化学键能越大，分子键断裂越难，杭老化性越强。常见化学键能的大小顺序为:C-F>0-H>C-H>Si-0>C-0-S-H>N-H>C-C>C-CI>P-H>

Si-H>Si-C>( O>N-N

(2)分支结构 分支结构增加碳原子的含量，较活泼的叔碳原子更易老化。支化程度越高，叔碳原子越多，耐老化性越差。季碳原子的活性更高，耐老化性更差，如聚乙烯、聚丙烯和聚异丁烯的耐老化性依次递减。

(3)双键 不饱和键比和键具有更高的活性。聚合物中存在双键，其耐老化性不好，如 ABS.

(4)反应官能团聚合物中存在反应官能团,如羧基、羟基，其耐老化性降低。 HOO

(5)空间位阻效应活性氢原子周围空间位阻越大，抗老化性越好。如聚苯乙烯的耐老化性优于聚丙烯。

(6)杂质聚合物中的杂质包括引发剂和催化剂残留物、剩余单体和重金属杂质(如铜、铁、钛、钴及锰等)，会促进老化降解反应。尤其在电线电缆行业，为防止铜芯对电线电缆绝缘材料的影响，通常在聚合物中添加金属离子钝化剂(即抗铜剂)。

其他因素主要有以下三个方面:

(1) 温度 聚合物的热氧降解是一个化学反应过程，温度有直接且显著的影响。例如，在 120~150℃温度范围内，温度每升高10℃，聚丙烯的寿命相应缩短约60%。

(2)紫外光光氧老化是高分子材料老化的主要外界因素。如聚丙烯在户外的老化程度要远高于室内的老化程度。

(3)材料厚度以聚丙烯为例，当厚度大于1mm时，厚度每增加1mm，热老化寿命延长约30%;当厚度小于60μm时，则热老化寿命与厚度无关。

不同聚合物的老化特点不同，如 PE、PP、PS、POM、ABS、PVC的耐光氧化性和耐氧化老化性不好，PA66、PET、PAN、PVA、PC、PU的耐水解性差，ABS及橡胶类耐臭氧性差。因此在塑料抗老化配方设计时需选取合适的抗老化剂，降低塑料的老化性。

实际上，聚合物化学结构只是引起老化的前提，外因是引起塑料老化的重要条件，包括物理因素、化学因素和生物因素。物理因素包括、热、电、高能辐射和机械应力等，其中光和热是最主要的因素，化学因素包括氧、臭氧、水、酸、碱、盐及腐蚀性气体(如 NH,、HCI、 SO?)等，其中氧是主要因素，生物因素包括微生物(主要是霉菌)、昆虫、海洋生物等。

总而言之，聚合物老化性能的优劣主要取决于聚合物本身的化学结构，而在特定条件下，外界因素又会对聚合物的老化产生极其重要的影响。