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《塑料黄变的六大原因》 Part 1:光氧化
为什么塑料在阳光下会变黄? 本文揭示了塑料光氧化的奥秘——从紫外线激发分子、自由基产生,到聚合链断裂与颜色加深,完整剖析塑料老化的化学机制。内容还包括真实案例与实验方法(QUV、氙灯老化),带你了解塑料发黄背后的科学真相。

📘 《塑料黄变的六大原因》

Part 1:光氧化(Photo-oxidation)—阳光下的连锁反应

塑料光氧化示意图

🌤 最典型的例子

最典型的例子就是户外曝晒或靠窗放置的塑料:刚开始只是表面略带淡黄,再来慢慢起雾,时间一长,颜色会从淡黄一路加深到茶褐色。透明件尤其敏感,因为一点点颜色偏移,人眼就能立刻察觉。

⚗️ 核心机制:从一个光子开始的化学剧本

  1. 吸收 UV:塑料分子里原本就可能存在一些「敏感点」,像是微量的双键(C=C)、羰基(C=O)、芳香环(苯环)或残留的金属催化剂。这些结构会吸收紫外线(UV),进入一种「激发态」(好比电子被拉到高能量层级)。
  2. 自由基诞生:当高分子链处于激发态时,部分化学键会断裂,形成极活泼的自由基(R•,带有未成对电子的原子或分子)。在光化学里,常见的就是 Norrish I / II 反应,特别容易发生在含羰基的系统(例如 PET 瓶、PC 灯罩)。
  3. 与氧结合:这些自由基会迅速抓住空气中的氧气,形成 过氧自由基(ROO•),进一步转化为 氢过氧化物(ROOH)。
  4. 分解与扩散:ROOH 在光或热的作用下分解,会造成 链段断裂(chain scission,高分子链被切短),同时生成新的双键与羰基。这些结构一旦连续排列(称为共轭结构),就会开始吸收可见光,看上去就是黄色或褐色。
👉 简单比喻:塑料分子链原本像一张白纸,紫外线先在上面「烙印」一个小斑点,接着氧气把斑点越扩越大,最后白纸不再白,而是泛黄、变褐。

🔍 延伸小知识:紫外线与测试方法

UV 来源不只来自太阳,很多人以为只有在户外才会被紫外线伤害,其实不然。室内的某些灯具(像日光灯、LED UV 灯)、紫外光固化设备,甚至展示柜的照明,都可能释放紫外线,悄悄加速塑料的老化与泛黄。

如何在实验室里模拟日晒? 为了评估塑料的耐候性,实验室会用 QUV 测试机 或 氙灯测试机,模拟日光与天气变化。这些设备可以在短时间内重现几个月甚至几年的日照效果。
o    QUV 测试:常用 UVA-340 或 UVB-313 光源,分别模拟接近太阳光谱的紫外线。
o    氙灯测试:能更全面地模拟太阳光,包括紫外线与可见光。

🎨 怎么判断材料真的变黄了?

研究人员会用 FTIR 光谱 观察是否出现 羰基吸收峰(在波数 1715–1730 cm⁻¹ 左右),这代表材料正在被氧化。

颜色变化则会用 YI(Yellowness Index,黄度指数) 或 CIE L*a*b* 色彩系统来追踪。例如 ΔE* 值越大,代表颜色偏移越明显。

👉 换句话说,塑料老化不是只能「凭肉眼感觉」,科学家其实有一整套工具能精确量化「从白到黄」的过程。

📘 后续还有 5 篇《塑料老化原因解析》,带你完整认识塑料从「变黄、变脆、失光」背后的化学机制。

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