塑料降解与稳定化(Ⅳ)：光降解与光稳定(上).pdfVIP

2010年第 6期(总第 84期) 塑料助剂 5l 塑料降解与稳定化(IV)：Ye降解与光稳定(上) 吴茂英 (广东工业大学轻工化工学院，广州 ，510006) 塑料等聚合物材料暴露在 日光或强的荧光下 表 1 到达地面的太 阳光 的组成 会出现外观和物理机械性 能劣化 ．通常表现为变 色 、失去光泽 、出现银纹 、侵蚀 、龟裂 以及拉伸强 度 、冲击强度 、伸长性和电性能下降等 。这种现象 称为光降解或光老化。严格地讲 ，聚合物的光降解 包括纯光降解和光氧降解 ，但 由于纯光 降解的实 际应用意义不大 ，研究不多 ，因此 ，本讲主要探讨 光氧降解问题。 在垂直照射到地表的太 阳光中，大部分为可 结构不同的聚合物的光降解速率存在显著的 见光 (400～800nm)和红外光 (800～3000nm)， 差异 ，但所有未经稳定化处理的有机聚合物暴露 290～400nm的紫外线仅 占约 5％左右。 在 日光下，无论有没有氧存在 ，都会发生光降解 。 但是 ，由表 2可以看到 ，这小部分的太 阳光紫 聚合物材料光老化的最终结果是使用寿命缩短 ， 外线具有足以断裂聚合物中化学键的能量 。 如聚丙烯制品，如果不作稳定化处理 ，其户外使用 寿命只有几个月。这就大大影响了聚合物材料户 表 2太阳光紫外线的能量与聚合物 中典型化学键 的键 能 外使用的经济性和环保性 ，限制了其应用范围。因 此 ，研究弄清聚合物材料发生光老化作用 的原因 及其具体物理一化学机理 ，并在此基础上研究开发 出有效的聚合物材料光稳定方法 ．对于聚合物材 料工业及相关行业的发展具有非常重要的意义。 1 塑料光降解 1．1 塑料光降解机理 因此，实际上的确大多数聚合物会受太 阳光 1．1．1 吸收紫外线 作用而老化降解 。表 3列出了几种常见 聚合物的 由太阳辐射 出来 的电磁波包含从 X一射线到 光降解最敏感波长。 远红外 的连续光谱 ，其波长范围从0．7nm一直延 续到 10000nm 以上。但在通过外空 间和高空大 表 3 常见聚合物的光降解最敏 感波长 气层 (特别是臭氧层)后 ，290nm 以下 的紫外光和 3000nm．以上的红外光几乎全部被滤除 ，实际到 达地面的太 阳波谱为 290～3000nm。表 l—l为到 达地面的太 阳光组成。 收稿 日期 ：2010—08—04 52 塑料助剂 2010年第 6期 (总第 84期) 根据光化学第一定律 ，只有被分子吸收 的光 光 中的紫外线 ，为什么也会发生太 阳光老化作用 才能有效引起光化学反应。聚砜 、聚对苯二甲酸酯 呢?有关的研究揭示 ，这是因为这些聚合物中难以 及若干聚氨酯等聚合物，其主链结构的吸收峰就 避免含有残留催化剂及在合成 、加工 、储存过程中 位于太 阳光紫外线 区；聚苯 乙烯、聚脂肪酸酯、纤 产生的微量氢过氧化物 、羰基化合物 、电荷转移络 维素酯、聚甲基丙烯酸 甲酯及聚酰胺等，其主链结 合物等杂质 ，这些能吸收太阳光中的紫外线。 构的吸收峰虽位于 比290nm略短的波长位置 ，但 1．1．2 发生光氧化降解反应 吸收带明显拖尾到太阳光紫外线区，因此 ，它们对 聚合物分子吸收光能后 ，即被激发到电子激 太阳光中的紫外线敏感是可以理解的。但是，聚烯 发态。电子激发态是不稳定的，它将会