塑料的光老化

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1、塑料的光老化WeatheringProcessofPlastics　　本文介绍了塑料老化的原因以及老化试验的相关知识，能帮助读者较深入的理解为什么集装袋在光照环境下很容易发生袋体破损。　　1、太阳光的紫外光谱　　由于太阳辐射至地球大气外层的阳光是一个连续的能量光谱，其波长范围为0.7nm至约3000nm。穿过大气层后，部分长波辐射被水蒸汽和二氧化碳吸收。最后，只有红外辐射的短波部分达到地区表面。　　波长小于175nm的短波紫外辐射被高于地球表面100公里的大气层中的氧所吸收，而175nm－290nm的辐射则为同温层臭氧所吸收。臭氧层的最低平均纬度为海拔15公里，在海拔25－30公里外密度

2、最大。被臭氧层吸收后所剩余的太阳光中的紫外部分，即波长为290－400nm的辐射，可引发户外塑料的降解。　　除了考虑臭氧层吸收后还剩余的部分紫外线辐射外，大气中的空气分子和气溶胶粒子（水、液滴、尘埃）对日光的散射作用也是不能忽视的。因此，引起塑料老化的辐射，即达到地球表面的辐射，应包括直接的阳光（太阳辐射）和散射光（空间辐射）两部分。　　研究发现，尽管在阴天，太阳的直接辐射由于被云层吸收而减少，但总辐射中的紫外部分则有可能由于易于达到地球表面的短波长散射的增加而增加。这个问题近来已引起了人们的注意。业已发现，从积聚云侧面的散射可使太阳总辐射增高20％，此值高于中午太阳的最大直接辐射。按一

3、级近似，总辐射的强度及光谱分布是太阳位置的函数，当然，是随每天的时刻及季节而变化的。实际上，太阳的位置决定了光必须穿过空气层的厚度，因而也决定了光被吸收的情况。表1所示说明了垂直入射光的整体辐射强度。可以看出，引起高聚物降解的辐射能量仅为总辐射的6％。表1垂直入射光的整体辐射强度波长/nm强度/W·m-2比例/％<28000280～32050.5320～360272.4360～40036∑＝683.2∑＝6.1400～440565.0440～480736.5480～520716.3520～560655.8560～600605.4600～640615.5640～680554.9680～72

4、0524.6720～760464.1760～80041∑＝5803.7∑＝51.8800～100015613.91000～12001089.71200～140065∑＝3295.8∑＝29.41400～1600443.91600～1800292.61800～2000201.82000～2500353.12500～300015∑＝1431.3∑＝12.7　　如上面所提及的，波长175－290nm间的紫外辐射能为大气臭氧层所吸收。因臭氧层随季节及地区而异，所以短波被吸收的量，短波辐射的强度，于地理位置及季节非常有关。计算所得的波长297.5nm的辐射强度随纬度及季节的变化如图1所示，该计算是

5、根据当天太阳所处最高位置对垂直于直接辐射方向的平面进行的。在赤道处，辐射强度随季节的变化甚少，而在北纬50°处，这种变化可达3个数量级。　　除了紫外辐射外，还必须考虑不同气候地区温度和湿度的差异。事实上，热氧化降解相对于光氧化降解的重要性，随温度的增高而逐渐位居主导地位，且在一般情况下，热氧化降解总是与光氧化降解重叠的。而水也会参与到某些颜料（如TiO2）的光化学反应或发生水解或萃取，影响高聚物的降解过程。　　考虑到大气的光学性质，由于人类活动造成的各种影响也是应当注意的。一方面，光化学反应导致形成多种氧化剂（烟雾），特别是对流层中的臭氧。另一方面，人类活动也可干扰同温层臭氧的水平，因而

6、使到达地面的短波紫外线增加。同温层臭氧损耗对聚合物光降解的可能作用，正日益引起人们的关注。　　2、光氧化　　聚合物被光辐照时，由于聚合物内的吸收官能团被激化，于是产生自由基和氢过氧化物，进而引发链降解。　　图3比较了LDPE和PP对光氧化的光谱敏感性。该图所示的数据含能量已归一化为1MJ·m-2。由图可以看出，波长小于330nm时，PP比LDPE敏感；但波长大于330nm时，LDPE比PP敏感。知道了这点，就能理解，为什么国际集装袋标准中采用UVB的光源对PP编织布进行人工加速老化测试的科学性了。　　由于PP对紫外辐射特别敏感，因此PP的任何应用必须考虑到这一问题。用于室内或室外的PP制

7、品，均必须考虑光稳定化。未经光稳定化的PP在室外曝光时，失去光泽，表面开裂，颜色不再鲜艳，且力学性能下降。当然，即使经光稳定化的PP，也会产生上述现象，但要经过较长时间才发生。大部分集装袋虽然是短期周转使用，但装载的货物通常在一吨以上，而且堆放、运输大都发生在户外，如果不经光稳定，PP编织布或起吊部件发生明显的强度下降，将会产生巨大的安全隐患。　　3、人工老化　　经过多年的研究发展，国际上对人工加速老化已形成了完善的检测手段。老化装