鞋材黄变,特别是处于户外的浅色鞋子经常遭受阳光(特别是紫外光)、热、潮湿、臭氧等环境的作用,可能发生鞋子内部聚合物链降解、重排或过度交联等老化行为。其表现为橡胶表面光泽下降、褪色、发黄、变脆等现象,表面涂层粉化、剥落,失去保护作用。鞋材老化黄变不仅将影响鞋子的视觉美观效果,还会降低鞋子的物理性能,老化后的鞋子更容易开胶、产生裂纹、不耐磨。
而基本上,鞋材黄变可根据诱发原因分为物理黄变和化学黄变两种。
一、 物理黄变
鞋材里面的增塑剂、油类等小分子溶剂在高温或高湿的环境下迁移到鞋材表面,将溶解在溶剂里面填充物、助剂或重金属等物质带到鞋材表面而产生变色的现象。
二、化学黄变
化学黄变的作用机理非常复杂。大多数鞋材在研究设计时已充分考虑到耐热性和热稳定性,但相对于聚合物热反应,在保证光性能的前提下,光反应的能量利用效率远高于热反应。一般鞋材中存在一定量的光敏或热敏性杂质或组分,通过这些光敏或热敏成分吸收能量,再将能量转移给附近的弱键,弱键在高能量下容易产生化学键断裂,化学反应得以开始。例如高分子中的羰基、共轭结构就是光敏或热敏中心,起到吸收能量,转移能量的作用,或直接发生光热分解或加成反应。
化学黄变机理大致为三类:
① 共轭双键
聚合物中的高分子断链重组产生共轭双键,共轭双键数量达到10个以上时产生黄变。共轭双键是以C=C-C=C为基本单位,随着共轭度的增加,其紫外特性:*大吸收波长红移;如有荧光,其*大激发光波长红移,*大发射光波长红移;如有颜色的话,颜色逐步加深。具有共轭双键的化合物,相间的π键与π键相互作用(π-π共轭效应),生成大π键。由于大π键各能级间的距离较近电子容易激发,吸收峰的波长就增加,生色作用大为加强。鞋材中高分子材料产生过多的共轭双键则会产生黄变。
(共轭有色基团)
② 羰基
一般的鞋材都含C-H(碳氢)键,在氧的进攻下,C-H键变成C=O(羰基)键,而羰键吸收光线后表现为黄色。无论聚合物光热氧化反应环境怎么样,聚合物结构、体系等内因总是*关键的因素。不同结构的光热交联体系,其光热降解行为和机理可能各不相同。例如双酚A环氧丙烯酸酯固化体系中,该体系主要存在聚丙烯酸酯交联结构和给电子基团取代的芳环结构,其中聚丙烯酸酯链段上大量的酯羰基,在吸收短波紫外或光敏化用下,酯基发生至少两种形式的化学键裂解,即C-C键和C-O键断裂,裂解形成的自由基容易受到氧的攻击,发生氧化分解,而双酚A链节单元发生光解产生深色的醌式结构和其他裂解、氧化产物,这导致鞋材黄度显著上升。
③ 含氮基团物质分解,产生有色胺类物质
在脂肪族聚酰胺中,与N相邻的亚甲基上的C-H键比较容易受攻击,大部分氧化反应在这些亚甲基上开始,也有一些反应发生与酰胺基的羰基相邻的亚甲基上[1]。氧化产生的氢过氧化物分成甲氧基自由基和醇类,醇类分解成伯酰胺和乙醛,而伯酰胺容易被氧化变色。
(脂肪族尼龙的基本氧化机理)
(氧化形成的烷氧自由基的有关反应)
参考文献:
[1] LiR F, Hu XZ. Study on discoloration mechanism of polyamide 6 duringthermo – oxidativedegradation [J]. Polymer Degradation andStability, 1998 ,62(3):523-528.
结语:
黄变是鞋子材料老化的结果之一,是鞋子材料结构与性能发生变化的重要信息,掌握鞋材黄变原理,可为鞋子设计、生产和储存提供有效的理论支持。