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PP管的光老化过程原理


PP管在阳光、空间高能射线的照射下,会迅速发生老化,出现泛黄、变脆、龟裂面失去光泽等现象,力学性能和电性能大大降低,以致*终失去使用价值。
PP管的光氧老化,是由于综合因素作用而发生的复杂过程。在这些因素中,*重要的是阳光中的紫外光和大气中的氧。这一复杂过程,一般称为“光化氧化降解作用”,或称为“光氧老化”。
太阳光是影响PP管材料老化的*主要原因,户外使用的高聚物材料都会受到它的破坏。太阳光的波长范围,一般是在150一1200纳米(nm)之间,根据波长的不同,一般分为三个光区,即
紫外光:波长150-400nm,在太阳光谱中占5%。
可见光:波长400-700nm,在太阳光谱中占43%。
红外光:波长700nm以上,在太阳光谱中占52%。
经研究表明:太阳辐射通过大气层时,由于大气的消光作用(即大气层的吸收与散射),使太阳光的三个光区的比例也发生改变:可见光缩减至40%,红外光部分升高至60%,而紫外光则减至极少。这表明长波的热辐射在大气中的损失比短波少。但是,紫外光还是有一定的量到达地球表面,其波长一般为290nm左右,而小于290nm的紫外光均被空气中的臭氧层所吸收,因而到达地面的紫外线波长一般都大于290nm。
太阳光光波波长不同,其光波能量也不一样。波长越短、能量越大,说明:到达地面的紫外光虽然数量很少,但是能量却很大,对PP管材料的破坏性很强。从能量观点来看,高聚物材料分子结合键能,多数在250一420kJ/mol之间,共价键的键能,300nm紫外光的光能量达398.8kJ/mol,这个能量足够切断许多高分子材料的分子链。
不同分子结构的高聚物材料,对于紫外光的吸收是有选择性的,并非任何波长的紫外光都能吸收,这称为材料的“光敏性”。试验证明,材料的品种不同,各种波长对它们的破坏也有差异。*容易使材料分子断键的波长,我们把它称之为*敏感波长。
PP管分子吸收光量子hv后,会产生能态变化的过程,这个过程我们称之为光物理过程。光物理过程能够释放出绝大部分的激发态能量,但是激发态分子能够保持足够长时间的激发能,这种激发态的能量,足以促进双分子之间的化学反应(即光化学反应),物的光氧降解。     
由于PP管材料能吸收高能光量子(300nm波长的能量约为398.8kJ/mol),较弱的氧一氧键(键能为268kJ/mol)立即分解。氢过氧化物和过氧化物的吸收作用延伸到360nm,并且恰恰在360nm处具有100%的光解效率。
这一反应所形成的大分子烷氧自由基能从聚合物分子链上夺取氢,形成大分子自由基R。由于各种聚合物的结构不同,所形成的大分子自由基进一步反应的方式也会不相同,反应的结果可能形成含有基的化合物而把大分子链切断产生降解,并形成新的自由基,进一步导致了PP管氧化降解反应。
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