发展循环经济，建设资源节约型、环境友好型社会是我国实现可持续性发展的必由之路。伴随着这一发展战略的深入贯彻，PVC异型材门窗以其节能优势必将得到更为广泛的应用。据统计，2006年我国PVC异型材产销量突破200万吨（不包含非标劣质型材）。PVC异型材的使用多数常年暴露于户外条件，需经历风吹、雪打、日晒、雨淋、大气侵蚀与空气污染等多种外界处境的磨难。而PVC树脂本身，由于其特殊的分子链结构特点，决定了其对热、光、氧的抵抗力较低，特别容易分解变色。理论上一般认为，PVC分子链受热、光、氧等作用发生脱HCl反应、形成长共轭多烯结构是PVC降解、变色（黄变）的主要原因。所以，PVC树脂在加工及应用过程中的降解机理与稳定技术，一直是高分子材料业界研究的热点。PVC异型材的耐候性，特别是不变色一直是异型材使用质量的最重要体现之一，也是异型材及塑钢门窗行业关注的焦点问题之一。可以这样讲，异型材变色直接关系到了塑钢门窗能否深入推广发展、走可持续性道路的大问题。为此，掌控影响型材变色的各种因素，至少保证型材达到国标4000/6000小时老化标准，同时长期保持鲜亮的光泽，成为塑钢行业高端的追求。
本文中，PVC 异型材变色现象应该包括型材在挤出加工、贮藏及使用过程中老化变色（变黄、变灰等）以及老化后型材光泽消失和粉化现象（白色异型材）。其中所指的白色异型材均是带有明亮光泽的产品，光泽消失及粉化的白色异型材仍属于变色的异型材。PVC异型材的变色取决于外部和内部条件的共同作用。其中外部条件包括紫外线照射，一定温、湿及氧条件，空气污染（尘埃、硫、酸雨等）；而内在条件则是PVC分子本身脱HCl 降解。本文拟在分析外部气候条件对PVC降解变色的影响入手，从型材配方出发，探讨热稳定剂、钛白粉和其他颜料等对PVC异型材变色现象影响及其中的控制因素。从而为PVC型材变色问题的分析及预防，为高端PVC型材的开发提供相关理论依据。
1、异型材变色的外部因素
1.1 紫外光的照射
太阳照射到地球外空气层的光是一种连续光谱，其波长在0.7-3000nm之间，其中300-400nm紫外部分的辐射是引起聚合物的降解主要原因。表1对不同波长辐射的能量及一些典型聚合物键能进行了比较，可以看出，在290~400nm紫外波段范围光子的能量为419~297kJ/E，明显高于聚合物中一些典型化学键的键能。
当然地球上不同纬度的地区紫外线幅照强度不一样，这决定了不同地区PVC型材配方耐候性的要求不同。
1.2 温度及湿度
除了紫外线辐射以外，还应考虑温度、湿度和区域气候的影响。由于温度升高后，热降解可能与光降解相互重叠，甚至占主导地位。这主要是由于型材吸收太阳光波中的红外线变成热能，可使其表面温度生高，对老化变色起加速作用。
空气中的水分（湿度）也是PVC降解的诱因之一。水可以通过抽提、水解以及参与某些颜料或钛白粉的光化学反应而影响到PVC降解。另外，对于由于室外温差、空气中水分凝结在型材表面形成的凝露，其中成分会包含氧气，从而变成氧化水，可加速聚合物氧化降解。
1.3 空气污染
造成塑料老化的辐射，即达到地球表面的辐射，由太阳的直射光（“太阳辐射”）和散射光（“天空辐射”）两部分组成，光散射能力与波长的四次方成反比（瑞利定律）。 空气中悬浮颗粒（尘埃）可以对太阳光造成散射，这意味着短波散射波长更容易达到地面。因此，空气中悬浮颗粒可能使到达地表的紫外光增强，加速PVC降解。
根据大气的光学性质，还应注意大气中存在的各种有机物，其中包括可导致生成氧化剂烟雾的光化学产物。这些有机物甚至可以破坏同温层中的臭氧层，从而增加紫外线辐射，加速PVC的降解。
对于铅稳定体系的PVC型材，在空气含硫比较高的条件下，可能发生铅稳定剂的硫污染反应，生成 着色的PbS（黑色）。 当型材被酸雨淋后，在强烈的阳光照射下，在型材表面残存的酸雨生成 “HS-” 离子，该离子可以溶于水与型材中存在的Pb2+作用， 也可以形成沉淀物而使型材表面生成着色的 “硫化”污染现象。
所以，气候条件是影响到PVC异型材变色的首要外部条件。而作为高耐候型材配方的设计，首先应当考虑的也应该是该型材使用环境的气候条件。杜邦钛白科技分别对在不同气候条件下的型材的老化变色情况进行了研究。图2表示了国外不同测试地区的气候条件，主要包括美国迈阿密（Miami）、比利时布鲁塞尔（Brussels）、法国土伦（Toulon）、葡萄牙里斯本（Lisbon）、美国凤凰城（Phoenix）的每月平均降水量和最高温度。可以发现，处于美国Florida（FL）地区的Miami，属于典型湿热气候条件，而处于美国Arizona（AZ）地区的Phoenix，则属于典型干热气候条件。从图3可知，对于同样的一组PVC型材试样（A~E，STD）在Phoenix的三年老化试验过程中其变色（黄变）程度、deltab*要明显大于在Miami情况。这充分说明了干热气候条件对PVC降解变色的加速作用。从我国PVC型材的生产和使用实践来看， 在干燥、太阳辐照强度大地区型材尤易发生老化/变色现象，这与以上的研究结果也是一致的。
2、异型材变色的内部因素
PVC树脂脱HCl降解是型材变色的主要内在因素。PVC树脂是制造异型材的基本材料，其用量约占总配方的80%左右。所以，PVC树脂的质量是决定异型材质量的关键。PVC降解的主要诱因包括其分子中的许多缺陷结构，如烯丙基氯、叔碳氯等；PVC分子是头-头结构还是头-尾结构为主；一定数量的低分子量组分；还有残存的引发剂、催化剂、酸碱等杂质的影响。这些杂质在外界光、氧、微量水分的作用下迅速诱发脱HCl而在PVC分子结构中形成共轭多烯序列。在光降解过程中积累起来的多烯结构很可能迅速变成主要的吸收光的结构。随着随降解程度的加深，微观分子结构的不断变化，其光的吸收也产生不断变化，从而外观颜色和光泽发生变化。与此同时，型材的力学性能和抗冲强度降低，制品表面还可能产生粉化物。
控制PVC树脂的质量、特别是控制PVC树脂的降解及多烯结构的形成，也是异型材变色首要解决的问题。PVC降解受到树脂本身质量的影响，如树脂内是否残留过多的引发剂，PVC分子链上是否有过多的引发剂残基、支链、其它缺陷结构，以及PVC分子是头-头结构还是头-尾结构为主等。PVC分子链中所含不稳定结构愈多，其热光氧稳定性愈差。同时，某些反常结构会导致分子链对光的吸收和反射的不同，从而使PVC颗粒外观颜色变化。所以对PVC树脂质量的控制应当包括PVC颗粒尺寸及其分布、分子量大小与分布，及粉体外观颜色、热稳定性等。
责任编辑：xiaohan
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