了解塑料老化现象
一、塑料老化的定义
塑料老化是指塑料在加工、贮存和使用过程中，由于受到外界环境因素（如光、热、氧、水、化学物质、生物等）的作用，其物理、化学和机械性能逐渐发生不可逆的劣化现象。这一过程涉及塑料分子结构的改变，从微观层面上影响了塑料的各项宏观性能，最终导致塑料制品的功能衰退、外观变差甚至失去使用价值。
二、塑料老化的表现
（一）外观变化
颜色改变：塑料可能会出现变色、褪色现象。例如，原本白色的塑料产品可能会泛黄，彩色塑料则可能失去原有的鲜艳度，颜色变得暗淡。这是因为老化过程中，塑料分子结构的变化影响了其对光的吸收和反射特性。
表面形态改变：表面会变得粗糙，出现裂纹、起皱、起泡或粉化等情况。像户外使用的塑料管材，长时间老化后，其表面会产生许多细小裂纹，这是由于外界应力和内部结构变化共同作用的结果。粉化则是塑料表面的高分子材料在老化过程中逐渐分解成小分子粉末状物质，使塑料表面失去光泽和平滑度。
（二）机械性能下降
强度降低：老化导致塑料的拉伸强度、弯曲强度等显著下降。原本能够承受较大拉力或压力的塑料部件，老化后在较小的外力作用下就可能发生断裂。例如，老化的塑料支架在承受一定重量时，可能会突然折断。
韧性变差：塑料的韧性表现为其吸收能量、抵抗冲击而不破裂的能力。老化会使塑料的韧性大幅降低，变得易碎。如老化的塑料玩具，在轻微碰撞后就容易破碎成小块，这是因为分子链的断裂和结构的破坏降低了塑料吸收冲击能量的能力。
弹性丧失：塑料老化后，弹性模量可能发生变化，弹性逐渐丧失，变得僵硬。比如老化的橡胶密封圈，失去了原有的弹性，无法紧密贴合密封面，从而导致密封性能下降。
（三）化学性能改变
溶解性变化：老化可能使塑料在某些溶剂中的溶解性发生改变。原本不溶于特定溶剂的塑料，在老化后可能会部分溶解或溶胀。例如，一些塑料容器在接触特定化学物质后，由于老化导致分子结构变化，可能会出现轻微溶胀现象，影响容器的形状和尺寸稳定性。
化学反应活性增加：老化后的塑料分子链上可能会产生更多的活性基团，使其化学反应活性增强。这可能导致塑料更容易与其他物质发生反应，进一步加速老化进程或产生其他不良后果，如与空气中的污染物发生反应，使塑料表面产生污渍或腐蚀现象。
三、塑料老化的原因分类解析
（一）光老化
阳光中的紫外线是引发塑料光老化的关键因素。紫外线具有较高的能量，能够打破塑料分子中的化学键，使分子链断裂或发生交联反应。以聚氯乙烯（PVC）塑料为例，在紫外线长期照射下，PVC 分子链中的氯原子可能会与相邻分子链发生反应，形成交联结构，同时部分分子链也会断裂，导致塑料变硬、变脆，颜色逐渐变深，力学性能大幅下降。户外的塑料门窗、广告牌等塑料制品，由于长时间暴露在阳光下，光老化现象尤为明显。
（二）热老化
在高温环境中，塑料分子链的热运动加剧。当温度超过塑料的耐热极限时，分子链会发生分解、交联等反应。例如，聚丙烯（PP）塑料在高温下，分子链可能会发生热分解，产生低分子量的挥发性物质，导致塑料失重、变软、变形；同时，分子链之间也可能发生交联反应，使塑料变硬、变脆。像汽车发动机舱内的塑料部件，由于长期处于高温环境中，容易发生热老化，影响其正常使用和安全性。
（三）氧老化
空气中的氧气可与塑料发生氧化反应。氧分子首先攻击塑料分子链，形成过氧化物等不稳定中间产物，这些中间产物进一步引发链式反应，导致分子链断裂或交联。例如，聚乙烯（PE）塑料在有氧环境中，随着时间的推移，会逐渐氧化，分子链断裂，使塑料的拉伸强度、伸长率等性能下降，表面出现发黏、龟裂等现象。塑料薄膜、包装袋等在长期储存过程中，即使在常温下，也会因氧老化而逐渐失去原有的性能。
（四）水老化
对于亲水性塑料或处于潮湿环境中的塑料，水的作用不可忽视。水可能会渗透进塑料内部，使塑料发生溶胀，破坏分子间作用力。同时，水中的杂质、离子等可能会参与化学反应，加速塑料老化。例如，尼龙（PA）塑料在潮湿环境中，水分子会与分子链上的酰胺基团形成氢键，导致塑料吸水溶胀，尺寸发生变化；而且水中的金属离子可能会催化尼龙的水解反应，使分子链断裂，进一步降低塑料的性能。在水下设备、浴室用品等塑料制品中，水老化是影响其使用寿命的重要因素。
（五）化学物质老化
塑料在使用过程中接触到酸、碱、有机溶剂等化学物质时，会发生化学反应导致老化。酸和碱可能会侵蚀塑料分子链，使其断裂或改性。例如，聚酯（PET）塑料在碱性环境中容易发生水解反应，分子链断裂，力学性能下降。有机溶剂则可能会溶解塑料中的某些成分，破坏其结构完整性。如 ABS 塑料在接触某些有机溶剂时，会出现溶胀、软化甚至溶解现象，导致塑料制品变形、损坏。在化工生产、实验室等环境中使用的塑料器具，更容易受到化学物质老化的影响。
（六）生物老化
在特定环境下，微生物可对塑料产生老化作用。某些细菌、真菌等微生物能够在塑料表面生长繁殖，并分泌酶类物质分解塑料分子。例如，聚乳酸（PLA）塑料在自然环境中，可能会被一些微生物分泌的脂肪酶、蛋白酶等分解，分子链被切断，塑料逐渐失去强度和完整性，表面出现菌斑、孔洞等现象，最终分解为小分子物质。这种生物老化现象在生物降解塑料以及垃圾填埋场、自然土壤中的塑料废弃物上较为常见，虽然在一定程度上有助于塑料的降解，但也会影响塑料在使用过程中的性能和寿命。
四、延长塑料老化的方法
（一）添加抗老化剂
抗氧剂：抗氧剂能够捕捉塑料在氧化过程中产生的自由基，阻止氧化链式反应的进行。常见的抗氧剂有受阻酚类、亚磷酸酯类等。例如，在聚乙烯塑料生产过程中添加适量的受阻酚抗氧剂，可以有效抑制氧老化，延长塑料的使用寿命。受阻酚抗氧剂通过自身的羟基与自由基反应，形成稳定的化合物，从而中断氧化反应。
光稳定剂：光稳定剂可以吸收或反射紫外线，减少紫外线对塑料分子的破坏。主要包括紫外线吸收剂、光屏蔽剂和受阻胺光稳定剂等。紫外线吸收剂如苯并三唑类化合物，能够吸收紫外线的能量并将其转化为无害的热能散发出去；光屏蔽剂如炭黑、二氧化钛等，可以反射和散射紫外线，阻止其进入塑料内部；受阻胺光稳定剂则通过捕获自由基和分解氢过氧化物等方式，抑制光老化。在聚丙烯塑料用于户外制品时，添加光稳定剂可显著提高其耐光老化性能。
（二）优化加工工艺
控制加工温度：在塑料加工过程中，严格控制加工温度，避免过高的温度导致塑料过早老化。不同种类的塑料有其适宜的加工温度范围，例如聚苯乙烯（PS）的加工温度一般在 180 - 240℃之间，若加工温度过高，PS 分子链容易发生热分解和交联反应，影响塑料的性能。通过精确的温度控制设备和工艺优化，可以减少塑料在加工过程中的热老化风险。
减少加工时间：缩短塑料在高温、高剪切力等加工条件下的停留时间，也能降低老化程度。例如，在注塑成型过程中，合理设计模具结构和注塑工艺参数，加快塑料熔体在模具内的填充和冷却速度，减少塑料在料筒内的停留时间，从而减少分子链的热降解和剪切降解。
（三）合理的产品设计
避免应力集中：在塑料产品设计时，应尽量避免出现尖锐的转角、缺口等容易引起应力集中的部位。因为应力集中会加速塑料的老化，尤其是在受到外力作用时。例如，塑料容器的边缘应设计成圆角，避免直角设计，这样可以使应力均匀分布，减少局部老化的风险。
控制壁厚均匀性：保持塑料产品壁厚均匀，避免壁厚差异过大。壁厚不均匀会导致冷却速度不一致，在制品内部产生残余应力，进而促进老化。例如，在设计塑料管材时，应确保管壁厚度均匀，使整个管材在使用过程中性能稳定，减少因局部老化而引发的破裂等问题。
（四）改善使用环境
避光保存与使用：对于容易光老化的塑料产品，应尽量避免阳光直射。如塑料窗帘、遮阳篷等，在不使用时可以收起或采用遮阳措施，减少紫外线的照射时间。在室内使用的塑料家具、电器外壳等，也应避免放置在靠近窗户等阳光强烈的地方。
控制温湿度：将塑料产品存放在适宜的温湿度环境中，避免高温高湿或极端温湿度条件。例如，对于一些精密塑料仪器，应存放在温度和湿度相对稳定的环境中，可通过空调、除湿机等设备进行温湿度调节，防止因温湿度变化导致的老化加速。在工业生产中，对于塑料原材料和制品的仓库，也应做好温湿度控制管理。
（五）表面处理
涂层保护：在塑料表面涂覆一层耐老化的涂层，如丙烯酸酯涂层、聚氨酯涂层等。涂层可以起到物理隔离和化学防护的作用，阻挡紫外线、氧气、水分等外界因素对塑料的侵蚀。例如，户外使用的塑料围栏，表面涂覆一层聚氨酯涂层后，能够有效提高其耐候性，延长使用寿命。涂层还可以赋予塑料表面其他性能，如耐磨性、耐腐蚀性等。
电镀处理：对于一些特殊要求的塑料产品，可以采用电镀工艺在其表面形成一层金属保护膜。例如，塑料装饰件经过电镀铬处理后，不仅外观更加美观，而且金属镀层可以提高塑料的耐老化性能，防止塑料直接暴露在外界环境中受到老化因素的影响。同时，电镀层还可以增强塑料的耐磨性、导电性等性能，拓展塑料的应用范围。
