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《塑料黄变的六大原因》 原因二:热氧化
解析高温如何通过热氧化加速塑料老化,从断键、过氧化物生成到链式断裂与发黄的反应机制。

📘 《塑料黄变的六大原因》

原因二:热氧化(Thermal Oxidation)—高温是老化的「涡轮增压」

塑料热氧化示意图

🌡 现象

不只是太阳晒会让塑料黄变,高温本身也是一个强大的推手。加工过程如果温度过高、料在机器里停留太久(俗称「积料」),或者材料被反复回收再制,颜色往往会一步步加深。

即使成品出厂了,长期在高温环境服役(例如机房设备、汽车舱内),也会慢慢出现发黄、发脆的老化迹象

⚗️ 核心机制:当热能推波助澜

  1. 温度拉高反应速率: 热能会加快化学反应的进行,促使分子链更容易生成自由基(带有未成对电子、极具反应性的分子片段),并加速氢过氧化物(ROOH,一种不稳定的中间物)的分解。这表示,即使没有紫外线,材料也会因高温而老化。
  2. β-裂解(β-scission): 在氧化过程中,部分自由基会导致链段断裂,这被称为 β-裂解。结果就是分子量下降,材料的机械性能(韧性、强度)跟着变差。
  3. 交联与凝胶: 有些材料在高温氧化下会出现交联(分子链彼此连结)现象,导致变硬、变脆,甚至影响熔融指数(MFI),加工性恶化。
👉 简单比喻: 就像烤吐司,刚开始只是表皮变色,但时间一长,外层先硬化、内部水分挥发,整体结构也跟着改变。高温就是那个「涡轮增压器」,让老化速度大幅提升。

🧩 常见材料与情境

  • PP / PE(聚丙烯、聚乙烯)
    如果加工超温、螺杆剪切太强,或烘料过久,就会先出现发黄,接着材料变脆。这也是为什么回收料的颜色常常比原料深。
  • PET(聚对苯二甲酸乙二酯)
    这种材料对水分特别敏感。如果干燥不足,水分在高温下会引发水解,造成颜色加深、韧性下降。瓶胚与薄膜生产因此需要严格控管含水量。
  • PC(聚碳酸酯)
    加工温度窗口狭窄,如果过热、停留时间过长,或加入过多回收料,很容易导致颜色偏移(发黄或变暗)。这也是为什么 PC 需要搭配合适的稳定剂,否则很快「颜值下滑」。

🔍 检测观念:怎么判断塑料是否发生热氧化?

当塑料长时间处在高温环境,或在加工过程中受热过度,材料分子结构会逐渐改变。这些变化其实能透过实验室检测被「看见」:

  • DSC(差示扫描量热分析,Differential Scanning Calorimetry)
    用来观察材料在加热或冷却时的热转变行为。热氧化后,材料的结晶度、熔点或玻璃转移温度可能发生改变,显示分子链结构已经受损。
  • GPC(凝胶渗透色谱,Gel Permeation Chromatography)
    能测量材料的分子量分布。若发生链段断裂(chain scission),分子量会下降;若发生交联(crosslinking),则可能出现高分子量尾端。这些数据能清楚反映热氧化后的结构变化。
  • MFI(熔融指数,Melt Flow Index)
    工业上常用来快速评估加工性。分子量下降时,MFI 会升高(材料变得更容易流动);若交联增加,MFI 反而降低(材料流动性变差)。MFI 的变化是热氧化最直观的警讯之一。
👉 简单来说,热氧化不只是颜色变深这么单纯,会从「分子量 → 熔融流动 → 结构性能」一路影响,最终导致产品使用寿命缩短。

📘 后续还有 4 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。

延伸阅读-《塑料黄变的六大原因》原因一:光氧化(Photo-oxidation)—阳光下的连锁反应

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