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淺析塑料在紫外線下老化的原因
塑料從有史以來就引起人們關(guān)注的問題就是老化壽命,,尤其是PVC塑料窗更是如此,。能否與建筑物“白頭偕老”是生產(chǎn)者與用戶都十分關(guān)心的問題。塑料經(jīng)過一段時間使用將發(fā)生老化,,塑窗也不例外,。這些老化變色速度是不一樣的,主要取決于配方,、原材料的選擇加工等諸多因素,。本文主要就PVC塑窗外觀使用中發(fā)生顏色變化發(fā)表一些看法,,供大家討論,。
2000年,對山東,、河北,、遼寧、吉林,、黑龍江等地區(qū)塑窗的使用性能進(jìn)行了一次考查,,主要目的是觀察我國塑窗自然狀態(tài)下的老化變色狀況。這些地區(qū)PVC型材的生產(chǎn)廠家較多,,而且應(yīng)用的較早,,基本上從95年起已大面積使用,歷時達(dá)幾年之久,,因此對這些地區(qū)考查有一定意義,。
通過調(diào)查,發(fā)現(xiàn)這些地區(qū)雖然都是白色型材,,由于廠家,、配方不同,塑窗使用時間長短不同,,所以塑窗老化變色的深淺也不同,。如有的塑窗顏色變化較深,呈深灰色,、黃灰色,,有的出現(xiàn)“風(fēng)化”現(xiàn)象,有的變化較小,,只是發(fā)暗,、發(fā)黃,用戶反應(yīng)不一,。對于變色較深的,,反應(yīng)較大,將影響塑窗行業(yè)的聲譽(yù)和發(fā)展,,因此PVC型材行業(yè)應(yīng)引起高度重視,。
一. 關(guān)于塑窗自然老化變色的現(xiàn)象
1.環(huán)境對塑窗老化變色的影響
環(huán)境對塑窗變色有一定的影響,,如地理緯度、氣候特點(diǎn)(本文不加以敘述),。調(diào)查發(fā)現(xiàn),,凡是小區(qū)臨街的塑窗表面污染較為嚴(yán)重,變色較深,,塑窗表面吸附物也較多,,尤其是距小飯店較近的塑窗則更為嚴(yán)重,而且附著物較多變色較深,。
一般吸附塵埃有以下規(guī)律:①一,、二層樓較重,四層樓以上較輕②距交通干道近的,、二棟樓吸附較多,,第三棟樓以后的吸附較少。這主要與干道揚(yáng)塵距離有關(guān),。另外在工業(yè)區(qū)以及燒煤居住區(qū)的塑窗變灰變暗,,有的使用一年就變灰色,這些都與浮塵以及空氣中的二氧化硫含量較高有密切關(guān)系,,也都影響PVC塑窗變色,,但是有些塑窗變化較小。
2.塑窗朝向?qū)匣兩挠绊?br />塑窗的朝向?qū)匣兩绊戄^大,,塑料老化主要是光,、熱、氧作用的老化,,朝南向光輻射量大,,塑窗在夏天溫度可達(dá)44℃,加速了光化學(xué)反應(yīng)和變色進(jìn)程,。
①朝南方向變色較其他方向?yàn)橹?,三樓以下比四樓以上重?br />②朝東西向比朝南向變色較輕;
朝北向變色較淺,,附著物少,。
3.使用管理對老化變色的影響
在使用管理上與老化變色有一定的關(guān)系,合理使用和維護(hù)將延緩變色或減少變色的深度,。
①朝南,、東、西方向的塑窗,,凡是保護(hù)膜沒揭去的老化變色都快而深,,這是由于保護(hù)膜老化產(chǎn)生大量烴羰基和其他活性基團(tuán),誘發(fā)了PVC老化變色,;
②調(diào)查中發(fā)現(xiàn)相鄰的塑窗(同時安裝)變色程度有差異,,這是由于變色淺的用戶經(jīng)常擦洗,,能夠清除PVC型材表面析出物、附著物,,減少他們的老化促進(jìn)作用的結(jié)果,。
由于使用的差異,也會導(dǎo)致變色的差異,,所以應(yīng)合理的使用和保養(yǎng),,對于塑窗提高壽命和減少變色也有重要作用。
4.原材料構(gòu)成對老化變色的影響
原材料,、配方和工藝對于PVC塑窗老化變色影響是主要的因素,,也是決定性的因素。在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)老化變色的現(xiàn)象不一樣,,主要有以下幾種,。
①塑窗表面變灰,,但有光澤,。也有的出現(xiàn)不均勻的黑斑,據(jù)用戶講有的僅使用2年,,也有的使用了3-4年,。這些不同廠家的產(chǎn)品表現(xiàn)各異,這些都是表面變色,,對其性能無大的影響,。這些變灰現(xiàn)象我認(rèn)為:⑴這些配方中使用的鉛鹽與空氣中的硫化物產(chǎn)生硫化鉛黑色物所造成的“鉛污染”,另外也可以講穩(wěn)定劑分散不均造成型材表面出現(xiàn)黑色斑點(diǎn),。⑵為了追求型材“青白”效果,在配方中加入了群青(多硫化鈉)也將會造成鉛污染,普遍變灰,。
②塑窗表面老化變灰黃相,,但光澤較差。使用3年,,表面有些析出物粘附,,但是用布擦洗不掉,只能擦去表面附著塵埃,。這是正常的光氧化作用,,PVC有降解,產(chǎn)生了共軛雙鍵色團(tuán),,使PVC型材呈現(xiàn)出變色,。
③表面變灰或灰黃色,無光澤,。使用了3-5年有粉化現(xiàn)象,,用手擦有白色粉未脫落,,這是PVC塑窗比較少見的現(xiàn)象,我認(rèn)為有如下原因:
⑴配方中CaCO3加入較大,,是鈣塑產(chǎn)品不耐老化所造成的風(fēng)化所致,。
⑵配方不合理,塑化不夠,,沒有形成凝膠狀態(tài)而造成粉化現(xiàn)象,。
④塑窗表面粉紅相,這些現(xiàn)象多出現(xiàn)在北側(cè),,型材表面有光澤,,有的保護(hù)膜正常完好,但是出現(xiàn)發(fā)粉紅相,,我認(rèn)為這與配方助劑以及TiO2有關(guān)系,。
二、關(guān)于塑窗變色的原因分析
綜上所述,,PVC塑窗型材變色問題是自然界光,、熱、氧,、水分以及空氣中其他物質(zhì)綜合作用的結(jié)果,,當(dāng)然與配方設(shè)計(jì)、原材料的組成,、工藝的合理性和使用維護(hù)等有直接關(guān)系,。但是實(shí)質(zhì)問題我認(rèn)為與以下幾個方面關(guān)系較為密切。
1.表面有析出物,,這些析出物大部分是潤滑劑,。當(dāng)然塑料加工中潤滑劑是*的,但是使用的量要有一定限制,,要合理,,如果過剩勢必造成“過飽和”析出。析出也是一個過程,,到一定時間才能達(dá)到平衡,,析出物在型材表面粘附許多塵埃,這些塵埃有的有一定活性,,將會促進(jìn)光氧化反應(yīng)加速PVC型材的老化,。
2.型材的靜電感應(yīng)吸附灰塵,也增大了老化過程,,這些灰塵中有許多活性物質(zhì)加速了變色,,吸附表面很難除去。
3.型材表面光澤度差,,表面積大,,污染后難于“自潔”,,也造成了老化變色作用。測定了一些塑窗型材,,表面光澤度相差較大,,有的塑窗型材(剛安裝)光澤度65%,也有的將近20%,,這樣肯定造成污染,、吸附、光化學(xué)反應(yīng)等差異,。
4.穩(wěn)定劑體系對光老化變色影響較大,,鉛鹽用量過多,促進(jìn)氧化變色,,再加之過硫化物易污染,,造成顏色變深,發(fā)灰至黑,。
5.抗沖擊改性劑CPE的質(zhì)量差異使光老化后變灰變暗,,加重了PVC型材變色,一些廠家CPE的耐候性需要提高,。而丙烯酸酯類改性劑耐候性好,,紫外光老化變色較淺,與CPE相比較差距較大,,在有條件的情況下盡可能的采用丙烯酸酯以確保耐老化性能。
6.關(guān)于TiO2的使用對白色型材非常重要,,除了著色之外,,主要是對紫外光有屏蔽作用,以防止PVC受光,、熱,、氧老化降解,目前PVC型材各企業(yè)都在使用金紅石型TiO2,,但是由于產(chǎn)地不同,,包覆的技術(shù)不同,因此耐候性也出現(xiàn)了差異,。據(jù)了解,,有些廠家為了降低成本使用TiO2量少,只把TiO2當(dāng)作白色顏料,,而忽略防老化屏蔽作用,,所以在型材上表現(xiàn)出老化差異較大,應(yīng)引起重視,。
7.關(guān)于群青(多硫化鈉)的使用問題,,有些企業(yè)為了達(dá)到“青白”效果,,配方中使用了少量的群青,一般的群青能與穩(wěn)定劑鉛鹽起反應(yīng),,生成黑色的硫化鉛,,導(dǎo)致型材發(fā)灰。我的觀點(diǎn)不太提倡“青白”,,如用戶需要,,可以使用經(jīng)穩(wěn)定處理的群青,以防影響變色,。
8.關(guān)于加工工藝問題,,調(diào)查中發(fā)現(xiàn)某些塑窗的型材塑化不好,表面粗糙不平,,根本不是塑化,,而是混合料的“堆積”,談不上什么耐候性,。
9.關(guān)于高填充問題,,調(diào)查中發(fā)現(xiàn),凡是高填充多數(shù)都出現(xiàn)“粉化”現(xiàn)象,,新的塑窗光澤度也差,。關(guān)于長期使用壽命問題,卻十分令人擔(dān)憂,,而且變色非常嚴(yán)重,,尤其是重質(zhì)碳酸鈣。因此,,呼吁PVC型材生產(chǎn)廠家應(yīng)本著對自己企業(yè)信譽(yù)負(fù)責(zé),,對行業(yè)負(fù)責(zé),對用戶負(fù)責(zé)的精神,,停止高填充,,采用合理的方法降低成本。
我國的PVC塑料門窗近幾年來發(fā)展速度很快,,不論是在節(jié)能還是在環(huán)保等方面都深受廣大用戶歡迎,。關(guān)于上述討論只是型材發(fā)展中的個別現(xiàn)象,但是不得不引起我們的重視,。PVC型材發(fā)展到今天,,我們不妨冷靜地回頭看看昨天,以更好的規(guī)劃明天,。