浅析塑料在紫外线下老化的原因

塑料从有史以来就引起人们关注的问题就是老化寿命，尤其是PVC塑料窗更是如此。能否与建筑物“白头偕老”是生产者与用户都十分关心的问题。塑料经过一段时间使用将发生老化，塑窗也不例外。这些老化变色速度是不一样的，主要取决于配方、原材料的选择加工等诸多因素。本文主要就PVC塑窗外观使用中发生颜色变化发表一些看法，供大家讨论。
2000年，对山东、河北、辽宁、吉林、黑龙江等地区塑窗的使用性能进行了一次考查，主要目的是观察我国塑窗自然状态下的老化变色状况。这些地区PVC型材的生产厂家较多，而且应用的较早，基本上从95年起已大面积使用，历时达几年之久，因此对这些地区考查有一定意义。
通过调查，发现这些地区虽然都是白色型材，由于厂家、配方不同，塑窗使用时间长短不同，所以塑窗老化变色的深浅也不同。如有的塑窗颜色变化较深，呈深灰色、黄灰色，有的出现“风化”现象，有的变化较小，只是发暗、发黄，用户反应不一。对于变色较深的，反应较大，将影响塑窗行业的声誉和发展，因此PVC型材行业应引起高度重视。
一． 关于塑窗自然老化变色的现象
1．环境对塑窗老化变色的影响
环境对塑窗变色有一定的影响，如地理纬度、气候特点（本文不加以叙述）。调查发现，凡是小区临街的塑窗表面污染较为严重，变色较深，塑窗表面吸附物也较多，尤其是距小饭店较近的塑窗则更为严重，而且附着物较多变色较深。
一般吸附尘埃有以下规律：①一、二层楼较重，四层楼以上较轻②距交通干道近的、二栋楼吸附较多，第三栋楼以后的吸附较少。这主要与干道扬尘距离有关。另外在工业区以及烧煤居住区的塑窗变灰变暗，有的使用一年就变灰色，这些都与浮尘以及空气中的二氧化硫含量较高有密切关系，也都影响PVC塑窗变色，但是有些塑窗变化较小。
2．塑窗朝向对老化变色的影响
塑窗的朝向对老化变色影响较大，塑料老化主要是光、热、氧作用的老化，朝南向光辐射量大，塑窗在夏天温度可达44℃，加速了光化学反应和变色进程。
①朝南方向变色较其他方向为重，三楼以下比四楼以上重；
②朝东西向比朝南向变色较轻；
朝北向变色较浅，附着物少。
3．使用管理对老化变色的影响
在使用管理上与老化变色有一定的关系，合理使用和维护将延缓变色或减少变色的深度。
①朝南、东、西方向的塑窗，凡是保护膜没揭去的老化变色都快而深，这是由于保护膜老化产生大量烃羰基和其他活性基团，诱发了PVC老化变色；
②调查中发现相邻的塑窗（同时安装）变色程度有差异，这是由于变色浅的用户经常擦洗，能够清除PVC型材表面析出物、附着物，减少他们的老化促进作用的结果。
由于使用的差异，也会导致变色的差异，所以应合理的使用和保养，对于塑窗提高寿命和减少变色也有重要作用。
4．原材料构成对老化变色的影响
原材料、配方和工艺对于PVC塑窗老化变色影响是主要的因素，也是决定性的因素。在调查中发现老化变色的现象不一样，主要有以下几种。
①塑窗表面变灰，但有光泽。也有的出现不均匀的黑斑，据用户讲有的仅使用2年，也有的使用了3－4年。这些不同厂家的产品表现各异，这些都是表面变色，对其性能无大的影响。这些变灰现象我认为：⑴这些配方中使用的铅盐与空气中的硫化物产生硫化铅黑色物所造成的“铅污染”，另外也可以讲稳定剂分散不均造成型材表面出现黑色斑点。⑵为了追求型材“青白”效果，在配方中加入了群青（多硫化钠）也将会造成铅污染，普遍变灰。
②塑窗表面老化变灰黄相，但光泽较差。使用3年，表面有些析出物粘附，但是用布擦洗不掉，只能擦去表面附着尘埃。这是正常的光氧化作用，PVC有降解，产生了共轭双键色团，使PVC型材呈现出变色。
③表面变灰或灰黄色，无光泽。使用了3-5年有粉化现象，用手擦有白色粉未脱落，这是PVC塑窗比较少见的现象，我认为有如下原因：
⑴配方中CaCO3加入较大，是钙塑产品不耐老化所造成的风化所致。
⑵配方不合理，塑化不够，没有形成凝胶状态而造成粉化现象。
④塑窗表面粉红相，这些现象多出现在北侧，型材表面有光泽，有的保护膜正常完好，但是出现发粉红相，我认为这与配方助剂以及TiO2有关系。
二、关于塑窗变色的原因分析
综上所述，PVC塑窗型材变色问题是自然界光、热、氧、水分以及空气中其他物质综合作用的结果，当然与配方设计、原材料的组成、工艺的合理性和使用维护等有直接关系。但是实质问题我认为与以下几个方面关系较为密切。
1．表面有析出物，这些析出物大部分是润滑剂。当然塑料加工中润滑剂是*的，但是使用的量要有一定限制，要合理，如果过剩势必造成“过饱和”析出。析出也是一个过程，到一定时间才能达到平衡，析出物在型材表面粘附许多尘埃，这些尘埃有的有一定活性，将会促进光氧化反应加速PVC型材的老化。
2．型材的静电感应吸附灰尘，也增大了老化过程，这些灰尘中有许多活性物质加速了变色，吸附表面很难除去。
3．型材表面光泽度差，表面积大，污染后难于“自洁”，也造成了老化变色作用。测定了一些塑窗型材，表面光泽度相差较大，有的塑窗型材（刚安装）光泽度65%，也有的将近20%，这样肯定造成污染、吸附、光化学反应等差异。
4．稳定剂体系对光老化变色影响较大，铅盐用量过多，促进氧化变色，再加之过硫化物易污染，造成颜色变深，发灰至黑。
5．抗冲击改性剂CPE的质量差异使光老化后变灰变暗，加重了PVC型材变色，一些厂家CPE的耐候性需要提高。而丙烯酸酯类改性剂耐候性好，紫外光老化变色较浅，与CPE相比较差距较大，在有条件的情况下尽可能的采用丙烯酸酯以确保耐老化性能。
6．关于TiO2的使用对白色型材非常重要，除了着色之外，主要是对紫外光有屏蔽作用，以防止PVC受光、热、氧老化降解，目前PVC型材各企业都在使用金红石型TiO2，但是由于产地不同，包覆的技术不同，因此耐候性也出现了差异。据了解，有些厂家为了降低成本使用TiO2量少，只把TiO2当作白色颜料，而忽略防老化屏蔽作用，所以在型材上表现出老化差异较大，应引起重视。
7．关于群青（多硫化钠）的使用问题，有些企业为了达到“青白”效果，配方中使用了少量的群青，一般的群青能与稳定剂铅盐起反应，生成黑色的硫化铅，导致型材发灰。我的观点不太提倡“青白”，如用户需要，可以使用经稳定处理的群青，以防影响变色。
8．关于加工工艺问题，调查中发现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“堆积”，谈不上什么耐候性。
9．关于高填充问题，调查中发现，凡是高填充多数都出现“粉化”现象，新的塑窗光泽度也差。关于长期使用寿命问题，却十分令人担忧，而且变色非常严重，尤其是重质碳酸钙。因此，呼吁PVC型材生产厂家应本着对自己企业信誉负责，对行业负责，对用户负责的精神，停止高填充，采用合理的方法降低成本。
我国的PVC塑料门窗近几年来发展速度很快，不论是在节能还是在环保等方面都深受广大用户欢迎。关于上述讨论只是型材发展中的个别现象，但是不得不引起我们的重视。PVC型材发展到今天，我们不妨冷静地回头看看昨天，以更好的规划明天。