一、塑料老化的定義

塑料老化是指塑料在加工、貯存和使用過程中，由于受到外界環(huán)境因素（如光、熱、氧、水、化學(xué)物質(zhì)、生物等）的作用，其物理、化學(xué)和機械性能逐漸發(fā)生不可逆的劣化現(xiàn)象。這一過程涉及塑料分子結(jié)構(gòu)的改變，從微觀層面上影響了塑料的各項宏觀性能，最終導(dǎo)致塑料制品的功能衰退、外觀變差甚至失去使用價值。

二、塑料老化的表現(xiàn)

（一）外觀變化

顏色改變：塑料可能會出現(xiàn)變色、褪色現(xiàn)象。例如，原本白色的塑料產(chǎn)品可能會泛黃，彩色塑料則可能失去原有的鮮艷度，顏色變得暗淡。這是因為老化過程中，塑料分子結(jié)構(gòu)的變化影響了其對光的吸收和反射特性。

表面形態(tài)改變：表面會變得粗糙，出現(xiàn)裂紋、起皺、起泡或粉化等情況。像戶外使用的塑料管材，長時間老化后，其表面會產(chǎn)生許多細小裂紋，這是由于外界應(yīng)力和內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化共同作用的結(jié)果。粉化則是塑料表面的高分子材料在老化過程中逐漸分解成小分子粉末狀物質(zhì)，使塑料表面失去光澤和平滑度。

（二）機械性能下降

強度降低：老化導(dǎo)致塑料的拉伸強度、彎曲強度等顯著下降。原本能夠承受較大拉力或壓力的塑料部件，老化后在較小的外力作用下就可能發(fā)生斷裂。例如，老化的塑料支架在承受一定重量時，可能會突然折斷。

韌性變差：塑料的韌性表現(xiàn)為其吸收能量、抵抗沖擊而不破裂的能力。老化會使塑料的韌性大幅降低，變得易碎。如老化的塑料玩具，在輕微碰撞后就容易破碎成小塊，這是因為分子鏈的斷裂和結(jié)構(gòu)的破壞降低了塑料吸收沖擊能量的能力。

彈性喪失：塑料老化后，彈性模量可能發(fā)生變化，彈性逐漸喪失，變得僵硬。比如老化的橡膠密封圈，失去了原有的彈性，無法緊密貼合密封面，從而導(dǎo)致密封性能下降。

（三）化學(xué)性能改變

溶解性變化：老化可能使塑料在某些溶劑中的溶解性發(fā)生改變。原本不溶于特定溶劑的塑料，在老化后可能會部分溶解或溶脹。例如，一些塑料容器在接觸特定化學(xué)物質(zhì)后，由于老化導(dǎo)致分子結(jié)構(gòu)變化，可能會出現(xiàn)輕微溶脹現(xiàn)象，影響容器的形狀和尺寸穩(wěn)定性。

化學(xué)反應(yīng)活性增加：老化后的塑料分子鏈上可能會產(chǎn)生更多的活性基團，使其化學(xué)反應(yīng)活性增強。這可能導(dǎo)致塑料更容易與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，進一步加速老化進程或產(chǎn)生其他不良后果，如與空氣中的污染物發(fā)生反應(yīng)，使塑料表面產(chǎn)生污漬或腐蝕現(xiàn)象。

三、塑料老化的原因分類解析

（一）光老化

陽光中的紫外線是引發(fā)塑料光老化的關(guān)鍵因素。紫外線具有較高的能量，能夠打破塑料分子中的化學(xué)鍵，使分子鏈斷裂或發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)。以聚氯乙烯（PVC）塑料為例，在紫外線長期照射下，PVC 分子鏈中的氯原子可能會與相鄰分子鏈發(fā)生反應(yīng)，形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)，同時部分分子鏈也會斷裂，導(dǎo)致塑料變硬、變脆，顏色逐漸變深，力學(xué)性能大幅下降。戶外的塑料門窗、廣告牌等塑料制品，由于長時間暴露在陽光下，光老化現(xiàn)象尤為明顯。

（二）熱老化

在高溫環(huán)境中，塑料分子鏈的熱運動加劇。當(dāng)溫度超過塑料的耐熱極限時，分子鏈會發(fā)生分解、交聯(lián)等反應(yīng)。例如，聚丙烯（PP）塑料在高溫下，分子鏈可能會發(fā)生熱分解，產(chǎn)生低分子量的揮發(fā)性物質(zhì)，導(dǎo)致塑料失重、變軟、變形；同時，分子鏈之間也可能發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，使塑料變硬、變脆。像汽車發(fā)動機艙內(nèi)的塑料部件，由于長期處于高溫環(huán)境中，容易發(fā)生熱老化，影響其正常使用和安全性。

（三）氧老化

空氣中的氧氣可與塑料發(fā)生氧化反應(yīng)。氧分子首先攻擊塑料分子鏈，形成過氧化物等不穩(wěn)定中間產(chǎn)物，這些中間產(chǎn)物進一步引發(fā)鏈式反應(yīng)，導(dǎo)致分子鏈斷裂或交聯(lián)。例如，聚乙烯（PE）塑料在有氧環(huán)境中，隨著時間的推移，會逐漸氧化，分子鏈斷裂，使塑料的拉伸強度、伸長率等性能下降，表面出現(xiàn)發(fā)黏、龜裂等現(xiàn)象。塑料薄膜、包裝袋等在長期儲存過程中，即使在常溫下，也會因氧老化而逐漸失去原有的性能。

（四）水老化

對于親水性塑料或處于潮濕環(huán)境中的塑料，水的作用不可忽視。水可能會滲透進塑料內(nèi)部，使塑料發(fā)生溶脹，破壞分子間作用力。同時，水中的雜質(zhì)、離子等可能會參與化學(xué)反應(yīng)，加速塑料老化。例如，尼龍（PA）塑料在潮濕環(huán)境中，水分子會與分子鏈上的酰胺基團形成氫鍵，導(dǎo)致塑料吸水溶脹，尺寸發(fā)生變化；而且水中的金屬離子可能會催化尼龍的水解反應(yīng)，使分子鏈斷裂，進一步降低塑料的性能。在水下設(shè)備、浴室用品等塑料制品中，水老化是影響其使用壽命的重要因素。

（五）化學(xué)物質(zhì)老化

塑料在使用過程中接觸到酸、堿、有機溶劑等化學(xué)物質(zhì)時，會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致老化。酸和堿可能會侵蝕塑料分子鏈，使其斷裂或改性。例如，聚酯（PET）塑料在堿性環(huán)境中容易發(fā)生水解反應(yīng)，分子鏈斷裂，力學(xué)性能下降。有機溶劑則可能會溶解塑料中的某些成分，破壞其結(jié)構(gòu)完整性。如 ABS 塑料在接觸某些有機溶劑時，會出現(xiàn)溶脹、軟化甚至溶解現(xiàn)象，導(dǎo)致塑料制品變形、損壞。在化工生產(chǎn)、實驗室等環(huán)境中使用的塑料器具，更容易受到化學(xué)物質(zhì)老化的影響。

（六）生物老化

在特定環(huán)境下，微生物可對塑料產(chǎn)生老化作用。某些細菌、真菌等微生物能夠在塑料表面生長繁殖，并分泌酶類物質(zhì)分解塑料分子。例如，聚乳酸（PLA）塑料在自然環(huán)境中，可能會被一些微生物分泌的脂肪酶、蛋白酶等分解，分子鏈被切斷，塑料逐漸失去強度和完整性，表面出現(xiàn)菌斑、孔洞等現(xiàn)象，最終分解為小分子物質(zhì)。這種生物老化現(xiàn)象在生物降解塑料以及垃圾填埋場、自然土壤中的塑料廢棄物上較為常見，雖然在一定程度上有助于塑料的降解，但也會影響塑料在使用過程中的性能和壽命。

四、延長塑料老化的方法

（一）添加抗老化劑

抗氧劑：抗氧劑能夠捕捉塑料在氧化過程中產(chǎn)生的自由基，阻止氧化鏈式反應(yīng)的進行。常見的抗氧劑有受阻酚類、亞磷酸酯類等。例如，在聚乙烯塑料生產(chǎn)過程中添加適量的受阻酚抗氧劑，可以有效抑制氧老化，延長塑料的使用壽命。受阻酚抗氧劑通過自身的羥基與自由基反應(yīng)，形成穩(wěn)定的化合物，從而中斷氧化反應(yīng)。

光穩(wěn)定劑：光穩(wěn)定劑可以吸收或反射紫外線，減少紫外線對塑料分子的破壞。主要包括紫外線吸收劑、光屏蔽劑和受阻胺光穩(wěn)定劑等。紫外線吸收劑如苯并三唑類化合物，能夠吸收紫外線的能量并將其轉(zhuǎn)化為無害的熱能散發(fā)出去；光屏蔽劑如炭黑、二氧化鈦等，可以反射和散射紫外線，阻止其進入塑料內(nèi)部；受阻胺光穩(wěn)定劑則通過捕獲自由基和分解氫過氧化物等方式，抑制光老化。在聚丙烯塑料用于戶外制品時，添加光穩(wěn)定劑可顯著提高其耐光老化性能。

（二）優(yōu)化加工工藝

控制加工溫度：在塑料加工過程中，嚴格控制加工溫度，避免過高的溫度導(dǎo)致塑料過早老化。不同種類的塑料有其適宜的加工溫度范圍，例如聚苯乙烯（PS）的加工溫度一般在 180 - 240℃之間，若加工溫度過高，PS 分子鏈容易發(fā)生熱分解和交聯(lián)反應(yīng)，影響塑料的性能。通過精確的溫度控制設(shè)備和工藝優(yōu)化，可以減少塑料在加工過程中的熱老化風(fēng)險。

減少加工時間：縮短塑料在高溫、高剪切力等加工條件下的停留時間，也能降低老化程度。例如，在注塑成型過程中，合理設(shè)計模具結(jié)構(gòu)和注塑工藝參數(shù)，加快塑料熔體在模具內(nèi)的填充和冷卻速度，減少塑料在料筒內(nèi)的停留時間，從而減少分子鏈的熱降解和剪切降解。

（三）合理的產(chǎn)品設(shè)計

避免應(yīng)力集中：在塑料產(chǎn)品設(shè)計時，應(yīng)盡量避免出現(xiàn)尖銳的轉(zhuǎn)角、缺口等容易引起應(yīng)力集中的部位。因為應(yīng)力集中會加速塑料的老化，尤其是在受到外力作用時。例如，塑料容器的邊緣應(yīng)設(shè)計成圓角，避免直角設(shè)計，這樣可以使應(yīng)力均勻分布，減少局部老化的風(fēng)險。

控制壁厚均勻性：保持塑料產(chǎn)品壁厚均勻，避免壁厚差異過大。壁厚不均勻會導(dǎo)致冷卻速度不一致，在制品內(nèi)部產(chǎn)生殘余應(yīng)力，進而促進老化。例如，在設(shè)計塑料管材時，應(yīng)確保管壁厚度均勻，使整個管材在使用過程中性能穩(wěn)定，減少因局部老化而引發(fā)的破裂等問題。

（四）改善使用環(huán)境

避光保存與使用：對于容易光老化的塑料產(chǎn)品，應(yīng)盡量避免陽光直射。如塑料窗簾、遮陽篷等，在不使用時可以收起或采用遮陽措施，減少紫外線的照射時間。在室內(nèi)使用的塑料家具、電器外殼等，也應(yīng)避免放置在靠近窗戶等陽光強烈的地方。

控制溫濕度：將塑料產(chǎn)品存放在適宜的溫濕度環(huán)境中，避免高溫高濕或極端溫濕度條件。例如，對于一些精密塑料儀器，應(yīng)存放在溫度和濕度相對穩(wěn)定的環(huán)境中，可通過空調(diào)、除濕機等設(shè)備進行溫濕度調(diào)節(jié)，防止因溫濕度變化導(dǎo)致的老化加速。在工業(yè)生產(chǎn)中，對于塑料原材料和制品的倉庫，也應(yīng)做好溫濕度控制管理。

（五）表面處理

涂層保護：在塑料表面涂覆一層耐老化的涂層，如丙烯酸酯涂層、聚氨酯涂層等。涂層可以起到物理隔離和化學(xué)防護的作用，阻擋紫外線、氧氣、水分等外界因素對塑料的侵蝕。例如，戶外使用的塑料圍欄，表面涂覆一層聚氨酯涂層后，能夠有效提高其耐候性，延長使用壽命。涂層還可以賦予塑料表面其他性能，如耐磨性、耐腐蝕性等。

電鍍處理：對于一些特殊要求的塑料產(chǎn)品，可以采用電鍍工藝在其表面形成一層金屬保護膜。例如，塑料裝飾件經(jīng)過電鍍鉻處理后，不僅外觀更加美觀，而且金屬鍍層可以提高塑料的耐老化性能，防止塑料直接暴露在外界環(huán)境中受到老化因素的影響。同時，電鍍層還可以增強塑料的耐磨性、導(dǎo)電性等性能，拓展塑料的應(yīng)用范圍。