图解热和氧对塑料的危害及其机理

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汽车自然暴露时各部件温度极值的分布如上图，表明其塑料部件长期处于热氧的环境之中。塑料在加工、储存、使用过程中，不可避免会处于热和氧的环境中，从而产生降解的现象，影响塑料的使用，降低塑料的使用寿命。那么，热和氧对塑料的危害有哪些？他们危害的机理又是什么？

一. 热氧降解的机理分析

1. 热降解危害性机理分析

在成型加工过程中，聚合物加热成熔体，一般是在无氧或含氧量极少的螺杆中进行的，热引起聚合物降解的程度，关乎产品的质量。从机理上看，主要会产生三种热降解：

一是无规断链反应，几乎所有缩聚物和大量加聚物的降解方式，如PE的热降解。

图1 PE热降解反应示意图

二是解聚反应，解聚主要发生在分子链端或薄弱点，如PMMA的降解。

图2 PMMA热降解反应示意图

三是主链不断裂的小分子消除反应，如PVC的降解。

图3 PVC热降解反应示意图

2. 热氧降解危害性的机理分析

塑料在一定温度下和氧反应而引发降解，从而降低了塑料的性能。热自动氧化反应是热氧降解的特征，其示意图如下：

图4 聚合物自动氧化反应示意图

二. 热氧对塑料的危害有哪些？

塑料在热与氧的作用下，分子内部发生交联或者降解，使其机械性能变坏，乃至丧失使用价值。故而，长期处于热、氧环境中，对塑料危害很大，主要有以下几个方面的表现：

1. 相对分子质量下降

热氧引发的塑料降解，最主要的表现就是相对分子质量的下降，进而表现出塑料性能的下降，甚至发生龟裂、粉化等。

2. 物理性能下降

长期处于热、氧环境中，塑料机械性能下降。如图5，30%GF增强PP处于空气中，在150℃条件下，随着时间的增长，冲击强度逐渐下降，表明长期处于热氧环境会破坏塑料的机械性能。

图5 PPGF冲击强度随老化时间的变化

3. 产品黄化

塑料长期处于热氧环境中，会发生降解并产生生色基团，宏观表现出材料发黄。如图5，30%GF增强PP在150℃老化一段时间后，由于PP的叔炭活性很高，容易被氧进攻，发生氧化反应生成氢过氧化物、酮等生色基团，导致产品发黄。

图6 PPGF颜色在150℃条件下随老化时间的变化

4. 制件变形

5. 制件表面龟裂

6. 产品脆化开裂

7. 小分子挥发

较高温度下，塑料生产过程中残留的小分子及降解产生的小分子容易挥发出来，产生刺激气味或者雾化，尤其是在汽车领域中，如车灯头，由于处于较高温度下，容易雾化。

由此可知，热氧会给塑料带来多种危害，主要预防的手段是添加抗氧剂，或者选用键能高、薄弱点少的材料。但是，塑料在改性过程中，不可避免会引入其他助剂，都会引入残留的引发剂、单体、金属离子等杂质，从而加速塑料的热氧老化，比如塑料中加入不同品质的相容剂，引发剂残留多、品质差的相容剂会加速塑料的降解，降低塑料使用寿命，故而应该选择更加纯净的助剂。

作者：李昌鸿 来自微信公众号，相容化技术论坛•佳易容，2015-03-17 ，转载仅为分享更多信息；

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