侵蚀塑料的自然因素

自然环境中侵蚀塑料的因素有很多，这里仅几种主要的因素及其作用。

1.紫外线及光氧老化

塑料制品在太阳光及水银灯、荧光灯等照射下都会受到紫外光线的辐射作用。紫外线是对聚合物最有害的辐射源，聚合物中的羰基等化学基团或添加剂吸收紫外线后，因紫外线能量高，使聚合物结构处于不稳定状态或变成活性自由基促进发生光降解，破坏化学键而断裂。

由于在紫外线辐射的同时，空气中氧、臭氧、水、二氧化碳、二氧化硫、二氧化氮等气体也会协助紫外线一起参与破坏工作，其中以氧为主，引发氧化反应。因此，在光氧联合作用下发生光氧化化学反应，最终导致制品老化。这种现象称为光氧老化。

在紫外线波长范围内，290～400nm波长的紫外线对聚合物破坏性最强。不同塑料对波长的敏感性不同，在敏感波段内塑料吸收紫外线辐射量大，紫外线的破坏性就大，如PE的敏感波长为300nm，PP的敏感波长为310nm，PVC的敏感波长为320nm，PS的敏感波长为318nm，PC的敏感波长为285～305nm及330～360nm，POM的敏感波长为300～320nm，PM-MA的敏感波长为290～315nm，聚酯的敏感波长为325nm。塑料中，F4、PMMA抗光氧化性好，PVC、PA、PET、PC为中等性能，PE、PS、PP、POM、PPO、PSF、ABS等都较差。另外，如果在聚合物合成过程中或加工时材料中含有吸收紫外线能量较强的杂质、副产物、添加剂等物质，则即使原来抗光氧化性好的材料也会降低抗光氧化性。反之，如果材料经改性或添加了光稳定剂，抗氧化剂，则可提高抗光氧化性用作户外制品。此外，地区自然条件不同对材料的性能也有很大的影响，如太阳光照射强度大、温度高、温差大、湿热带、海拔高、纬度高、沙漠地区、海洋盐雾地区、空气污染区、潮湿阴暗霉雨地区等都会降低材料的耐光氧化性能，在制品设计和加工时，如果受光面积大、壁厚、制品表面多孔、有裂纹、组织不均、内应力大等，也都会降低耐光氧化性能。所以，设计及加工制品要考虑这些因素，采取防范措施，除了选用合理的材料和加工工艺外，也可采用复合材料或采用表面涂覆、调整制品色彩等措施来屏蔽、反射紫外线辐射，以提高抗光氧化性。

2.热辐射和热氧化

太阳光中有可见光和红外线，照射在塑料制品上被聚合物吸收后转化为热能，即形成热辐射能量。单一的热辐射能量使塑料温度升高到一定值便会使大分子链运动加速而裂解，有些聚合物还会释放活性低分子物，进一步促进裂解反应，如POM，即使在低于T_d温度下长期受热，也会发生小部分化学键断裂。但是如果在有氧情况下，热能可促进聚合物氧化反应，两者联合作用即形成热氧化反应，称其为热氧老化。然而在热氧化作用的同时，还有光氧化（产生的热量）、制品的自身工作的热量、环境温度等热源同时汇集于制品一身，且塑料的导热性又差，因此塑料制品承受的高温热量就相当可观了。制品在复合热量和氧的不断攻击下热氧化反应不断进行，不断产生弱键和自由基，最终导致分子链断裂，分子结构形态变化，性能失效。

塑料耐热氧化性不同，F4、PSF、UF的耐热氧化性好，PS、PMMA、PET、PC、DAP、PF（木粉）的耐热氧化性较好，PE、PVC、PPO、PA66、聚酯型PU的耐热氧化性为中等，PP、POM、ABS的耐热氧化性较差。

影响热氧化的因素与光氧化相似，此外还与制品的色泽、散热条件、工作环境空气对流等情况有关。

多数户外制品用的塑料都应经热稳定处理，由于光氧化和热氧化经常是同时并存的，所以常同时加入抗氧化剂和光稳定剂，但不同的塑料需选用适应的助剂。

3.水解

制品在大气环境中会遇到雨水、潮湿空气、霜露等各形式的水分浸渍，它们对制品长期作用，会形成多方面的侵蚀作用。

（1）水解 塑料制品长期接触水分，如雨水、潮湿空气、冰霜凝露等，水分子能渗入塑料肌体，使其内部某些水溶性物质，如增塑剂、亲水基团等溶解于水，导致主链断裂降解，发生水解反应，降低物性，加速老化。这种因水分子侵蚀而发生的聚合物降解反应称为水解。不同材料耐水解性不同，PA、PU及聚酯等含有酰胺基、酯基、缩醛基等亲水基团的聚合物耐水解性很差，PE、PP、PS、PTFE等吸水性小的塑料耐水性好。塑料耐水性还与环境条件有关，在温度高、湿度大、湿热、温差大等的环境中会加速发生水解反应，即使吸水性小的POM在该类环境下也会变成不耐水塑料。例如，PC在室温下有耐水性，但在高温下即使含轻微水分也会发生水解，变为水敏性塑料，故加工时原料必须烘干。另外，塑料的耐水性还与水中含有的介质有关，如果水、气中含酸、碱性成分（如工业排放气体、盐雾、酸碱溶液中的水分）就会促进水解反应，如酚醛、不饱和聚酯在碱性溶中才会发生水解反应，而在酸性溶液中较稳定。耐水性也与制品的应力状态、内应力、质量缺陷等有关。

（2）加快光、热氧化 雨水能将制品表面冲洗干净，但更充分地暴露于太阳光照射之下加快了光、热氧化的进行，同时水解作用也会对氧化反应起催化的作用。(www.xing528.com)

（3）加快生物老化 湿热或亚湿热带气候条件，可加速微生物和昆虫的繁殖，此环境下生物老化对制品的破坏性明显加强。

4.生物老化

大多数合成聚合物都具有抵御霉菌等微生物侵蚀的能力，但是它们的添加剂都可能作为霉菌的营养源而受到微生物的攻击和破坏，如SPVC中的添加剂很多，故是塑料中最易受霉菌破坏的典型材料。霉菌对塑料制品的侵蚀最初表现在制品的表面，因为塑料制品表面的灰尘、油污和塑料组分中的渗出物在一定的温度（一般为10～40℃）和相对湿度（63%～99%）条件下都可能成为微生物的基本营养物，受到霉菌的作用而生成酶，促使塑料生物老化。其最初的表现是出现长霉、表面发粘、变色、皱缩等现象，与表面有关的电性能、透明性、光洁度等下降；继之从表面发展到内部，使材料降解、强度、绝缘性、耐蚀性都会下降，甚至形成电气线路短路，介电常数增大，并加速光、热氧化。这种老化现象，称为生物老化。

我国有很大一片地域处于湿热带和亚热带，这里最热月份的平均湿度可达90%，平均温度高于25℃，还有阴雨黄梅季节，所以生物老化现象很普遍。微生物分布广、繁殖快，浴室、厨房、日用品等不论什么地方，只要温度、湿度合适，都会滋长生物老化，并传播细菌。另外，塑料或生物老化后生成的分解物，还常作为昆虫、动物的食物，被啃咬而破损。

不同塑料的耐生物老化性能不同，在塑料中含有硬脂酸酯、甘油酸酯等增塑剂的塑料耐真菌性差，疏水性塑料耐菌性好，PE、PS、PP、PA、EVA、PC、ABS、POM、PET、PU、PF等塑料有一定的耐菌性，PE、PA、PP、PMMA、POM等塑料易受昆虫和动物的啃咬。塑料中还可加入防霉剂、杀菌剂、避鼠剂、防白剂等添加剂来阻止酶催化作用，对生活用品等塑料都需加入符合卫生标准的无毒、无害类的防霉剂，并可采用测定标准，评定不同塑料的耐生物老化性。常用塑料的耐霉菌性能见表4-22。

表4-22 常用塑料的耐霉菌性能

注：0级表示不生霉；1级表示极轻度生霉；2级表示轻度生霉；3级表示中度生霉；4级表示严重生霉。

5.臭氧老化

臭氧是一种强氧化剂，虽然在空气中含量很少，但对含有橡胶类增塑、增韧添加剂的塑料有强烈的氧化作用，如高抗冲聚苯乙烯，接触臭氧后会引起分子链断裂。但与氧化反应不同，臭氧只对制品表面发生作用，所以可采取表面涂胺类或含硫化物等方法来防止臭氧老化，也可在材料加入0.5%（质量分数）左右的石蜡，使制品表面形成石蜡保护膜。

塑料中多数材料耐臭氧氧化性较好，POM稍逊，含橡胶类助剂的塑料耐臭氧性都较差。

每种塑料的耐候性也不是固定不变的，还有许多因素可以使耐候性材料变质，如阵风吹击制品发生机械疲劳、环境温度交变、加工中产生内应力、制品受力变形等都会促进自然因素对制品的侵蚀，所以选料时要考虑制品工作环境中各方面综合的因素。