淺究影響高分子材料老化的因素及應(yīng)對(duì)措施

【摘要】高分子材料容易受到各種不確定性因素的影響，各種因素對(duì)其影響體現(xiàn)在運(yùn)輸、存儲(chǔ)、使用等各個(gè)方面，而一旦受到這些因素的影響，它自身的性質(zhì)和就會(huì)發(fā)生根本的轉(zhuǎn)變，價(jià)值也就得不到應(yīng)有的體現(xiàn)。本文結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，影響高分子材料老化的因素及應(yīng)對(duì)措施進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】高分子材料；老化；影響因素；措施

配方的構(gòu)成和材料本身的性質(zhì)是引起高分子材料發(fā)生老化的主觀原因。外部的施力、自然條件的急劇變化以及生物、微生物的侵蝕是引起高分子材料發(fā)生老化的客觀原因。主觀因素和客觀因素的結(jié)合加劇了高分子材料的老化。

1、環(huán)境因素對(duì)高分子材料老化行為的影響

1.1溫度和氧氣的影響

如果溫度升高，高分子鏈的運(yùn)動(dòng)就會(huì)變得比平時(shí)更加激烈，而化學(xué)鍵的理解能有一定的范圍，如果溫度過高超出了這一范圍，基團(tuán)會(huì)立即脫落，高分子鏈也會(huì)發(fā)生熱降解，實(shí)際情況表明，不在少數(shù)的書本都介紹了高分子材料的熱降解的相關(guān)內(nèi)容。材料的力學(xué)結(jié)構(gòu)在很大程度上會(huì)受到溫度降低的影響，在緯度較高的地區(qū)或南北兩極，塑料更容易遭到低溫度的破壞。針對(duì)結(jié)晶型塑料來講，一旦玻璃化溫度高于環(huán)境溫度，將不利于高分子鏈段的自由運(yùn)動(dòng)，塑料硬化、易斷是主要表現(xiàn)；無定型塑料卻不容易受到極寒環(huán)境的影響和破壞。

眾所周知，氧的滲透性很好，這個(gè)特點(diǎn)也因此成為加劇高分子材料老化的罪魁禍?zhǔn)祝瑹o定型聚合物和結(jié)晶型聚合物相比，耐氧化能力明顯要弱一些。此外，氧氣是影響、破壞材料的主要因素，橡膠一旦與氧氣結(jié)合，都會(huì)降低塑料物品的使用年限，使其化學(xué)性能發(fā)生完全的改變。

過氧化物一旦發(fā)生氧化反應(yīng)，其組成分子就會(huì)慢慢的積累到一起，當(dāng)全部積累到一起后，就會(huì)發(fā)生分解，這種分解不是雜亂無章的，隨后，交聯(lián)或支化反應(yīng)就會(huì)發(fā)生，材料的種類不同、老化發(fā)生的條件不同。這些都導(dǎo)致高分子材料發(fā)生老化前后性質(zhì)的不同。

1.2濕度的影響

高分子材料容易受到濕度的影響，高分子材料如果被暴漏在高濕度和強(qiáng)紫外線下，自身的性質(zhì)會(huì)發(fā)生改變。高分子材料如果受到濕度的影響，會(huì)使自身的柔軟性降低，導(dǎo)致不能過度的彎曲；而強(qiáng)烈的紫外線照射直接會(huì)降低高分子材料的可延展性、可伸拉性。

1.3化學(xué)介質(zhì)的影響

化學(xué)介質(zhì)一旦深入到高分子材料的內(nèi)部，就會(huì)發(fā)生對(duì)其共價(jià)鍵與次價(jià)鍵作用。聚合物的共價(jià)鍵一旦與少量的侵入相接觸，就立馬會(huì)發(fā)生反應(yīng)，聚合物的大分子結(jié)構(gòu)被迫改變，如斷鏈、交聯(lián)、滲透物的加成等，或這些反應(yīng)的綜合。這個(gè)化學(xué)過程是不可逆的，也是不可避免的，聚合物及其添加劑的化學(xué)性質(zhì)會(huì)因此而發(fā)生改變，另外，發(fā)生改變的還有滲入介質(zhì)本身的化學(xué)性質(zhì)。雖然，在滲入介質(zhì)對(duì)聚合物分子鏈間的次價(jià)鍵的破壞過程沒有化學(xué)結(jié)構(gòu)變化發(fā)生，但作為整體的高分子材料來說，物理變化并不少見，反而是顯而易見的，例如環(huán)境應(yīng)力龜裂、增塑、低分子添加劑遷移等等。

1.4光老化

離解能的相對(duì)大小及高分子化學(xué)結(jié)構(gòu)對(duì)光波的敏感性決定了聚合物受光的照射是否引起分子鏈的斷裂。

關(guān)于光氧化降解過程和防止這種降解過程的發(fā)生，第一要把陽光吸收進(jìn)來，用于吸收陽光的主要是構(gòu)成物質(zhì)的分子和原子，二者通常處于相對(duì)活躍的狀態(tài)，而且它們各自吸收的光的波長(zhǎng)具有特定的范圍。紫外波長(zhǎng)300～400nm，能被含有羰基及雙鍵的聚合物吸收，而使大分子鏈斷裂，改變聚合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)和性能。

2、防老化措施

對(duì)于結(jié)晶型塑料及橡膠，要求使用溫度應(yīng)處于玻璃化溫度以上，但是環(huán)境的溫度過低會(huì)使玻璃化溫度高于材料的使用溫度，這樣一來，就會(huì)改變材料的物理性能，最終使材料的使用價(jià)值得不到徹底的發(fā)揮。生產(chǎn)加工高分子材料的時(shí)候，為了適當(dāng)?shù)亟档筒ＡЩ瘻囟?，可以降低材料的結(jié)晶度、提高大分子鏈的柔性和適當(dāng)降低交聯(lián)度； 還可以把增塑劑添加到已經(jīng)成型的材料當(dāng)中，這樣做不僅有利于增強(qiáng)材料的可塑性，而且可以使玻璃化溫度得以降低，而材料的耐寒性得以提升。還存在一部分高分子材料，如果使用環(huán)境的溫度過高，也會(huì)加劇發(fā)生老化的可能性，增加高分子鏈的剛性如在側(cè)鏈中引入苯環(huán)，適當(dāng)提高材料的結(jié)晶度、交聯(lián)程度和相對(duì)分子質(zhì)量，可以提高熔點(diǎn)或粘流溫度，但是這樣做不利于保持材料固有的可加工性。

穩(wěn)定化是光氧老化的主要防護(hù)措施，削弱強(qiáng)烈的紫外線對(duì)高分子材料的照射與破壞是各種穩(wěn)定化措施的主要目的是。提高抗光氧老化的效果，“純”化以及高分子的自身結(jié)構(gòu)也是不錯(cuò)的出發(fā)點(diǎn)。就目前來說，防止高分子材料的光氧老化的主要方法就是添加穩(wěn)定劑。

（1）光屏蔽劑———涂層和顏料：涂層就是為高分子材料涂抹一層保護(hù)膜，這層保護(hù)膜也是一種高分子材料，具有良好的光屏蔽作用，而且它吸收強(qiáng)紫外線的能力較強(qiáng)；許多顏料可以屏蔽光線，如果將其涂抹在高分子材料的表面，不僅可以著色，還可以防止紫外線的直接攻擊，對(duì)高分子材料起到很好的保護(hù)作用，按常理來說，顏料的顏色越深，其防護(hù)效果越明顯，由此可見，炭黑是最好的顏料選擇，它一方面可以使得游離基無法逃離，能夠?qū)⒂坞x基穩(wěn)定的留住，另一方面它具有很強(qiáng)的轉(zhuǎn)化功能，這里的轉(zhuǎn)化的源物質(zhì)是其本身吸收到的能量，轉(zhuǎn)化后的物質(zhì)是紅外線，與一般的輻射性質(zhì)不同，這種紅外輻射危害極小，甚至為零。

（2）猝滅劑：一部分化學(xué)物質(zhì)起光穩(wěn)定作用不是因?yàn)槲樟俗贤夤?，其光穩(wěn)定效果的實(shí)現(xiàn)和發(fā)揮有兩種途徑：第一，通過一些列的化學(xué)反應(yīng)達(dá)到目的；第二，化學(xué)物質(zhì)的分子之間的相互轉(zhuǎn)換。

（3）受阻胺（HALS）類光穩(wěn)定劑：20世紀(jì)70年代初期，受阻胺類光穩(wěn)定劑誕生，其穩(wěn)定效果是非常明顯的，它們是空間阻礙胺類哌啶系衍生物。受阻胺類光穩(wěn)定劑使得高分子材料不容易受到光的影響，功能繁多。

不論是在我國(guó)國(guó)內(nèi)，還是國(guó)外許多國(guó)家都在研究怎樣避免霉菌對(duì)高分子材料造成破壞，有兩個(gè)措施可以有效地防止霉菌的侵蝕，第一種是涂抹防霉專用劑。第二種是在其表面涂抹另外一層材料，簡(jiǎn)單來說就是涂層法。涂層又叫屏蔽法，而這種方法較為復(fù)雜、麻煩，涂層的粘接性不夠強(qiáng)，容易脫落，脫落之后容易遭到侵蝕，總的來說，就是存在很多亟待解決的問題，因而第二種方法，即防霉劑的運(yùn)用受到大多數(shù)人的青睞。

聚酯、聚縮醛、聚酰胺和多糖類高聚物在酸或堿催化下，遇水發(fā)生水解的可能性較大，某些區(qū)域一旦酸性氣體較多，大氣污染濃烈，酸雨頻發(fā)，就會(huì)阻礙和限制這種高分子材料的使用。為了防止這種材料出現(xiàn)水化解體，把一層防護(hù)蠟或防水薄膜覆蓋在在這類材料的表面是較為常用，也是較為實(shí)用的辦法。

3、結(jié)語

由于經(jīng)濟(jì)、科技條件的制約，加之高分子材料自身結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性、難以捉摸性，導(dǎo)致我們很難將其老化的原理搞得明白、透徹，對(duì)其研究還有很長(zhǎng)的路要走，所以，加大對(duì)高分子材料老化性能的機(jī)理研究勢(shì)在必行，盡最大努力找出哪些因素加劇了高分子材料的老化，并且具體問題具體分析，研究具有針對(duì)性、可行性的解決措施。

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