高分子材料老化原因及應對措施淺述

1.宮發(fā)江 2.王小丹

1.遼寧環(huán)宇礦業(yè)咨詢有限公司 2.遼寧省輕工科學研究院

高分子材料老化原因及應對措施淺述

1.宮發(fā)江 2.王小丹

1.遼寧環(huán)宇礦業(yè)咨詢有限公司 2.遼寧省輕工科學研究院

隨著社會的發(fā)展，越來越多的人們關注環(huán)境問題，我國“十三五”規(guī)劃中也強調(diào)綠化環(huán)境的重要性，所以對如何提高材料的利用效率以及高分子材料防老化的問題研究應受到重視。在實踐應用中，必須結(jié)合實際情況，分析引起高分子材料老化的因素，并針對性制定相應的高分子材料防止老化措施，從而確保高分子材料的正常使用?；诖吮疚姆治隽烁叻肿硬牧侠匣蚣皯獙Υ胧?，以期提供一些借鑒。

高分子材料；老化原因；應對措施

1、高分子及其老化現(xiàn)象

1.1高分子材料簡述

一般來說，高分子材料包括塑料、橡膠、纖維、薄膜、膠粘劑和涂料等各類生活與生產(chǎn)中常見的材料。其中，塑料、合成纖維和合成橡膠廣泛應用在航空工業(yè)、汽車工業(yè)、基礎設施建設行業(yè)以及軍事建設等多種行業(yè)，為我國經(jīng)濟社會的發(fā)展與人民生活水平的做出了突出的貢獻。然而，高分子材料在其加工、貯存和使用過程中，經(jīng)常會暴露在強光照射、熱輻射、水浸泡、化學物質(zhì)與生物侵蝕等多種因素的共同作用下，會發(fā)生降解，性能逐漸下降，從而部分喪失或全部喪失其使用價值。

1.2高分子材料老化

由于高分子材料分很多種，不同高分子材料的特性也不同，因而老化現(xiàn)象和特征也各不相同。歸納來說，高分成材料的老化現(xiàn)象主要有下列四種：

1.2.1外觀的變化。高分子材料在外觀方面的老化主要表現(xiàn)為：出現(xiàn)污漬、斑點、銀紋、裂縫、噴霜、粉化、發(fā)粘、翹曲、魚眼、起皺、收縮、焦燒、光學畸變以及光學顏色的變化。

1.2.2物理性能發(fā)生變化。高分子材料在物理性能發(fā)生老化的主要表現(xiàn)為：溶解性、溶脹性、流變性能等性能下降，材料的耐寒性、耐熱性、透水性以及透氣等性能也會因老化而發(fā)生明顯的變化。

1.2.3力學性能發(fā)生變化。高分子材料在力學性能發(fā)生老化的主要表現(xiàn)為：拉伸強度、彎曲強度、剪切強度、沖擊強度等力學性能下降，此外，材料的相對伸長率、應力松馳等性能也會因老化發(fā)生變化。

2、影響高分子材料老化的因素分析

2.1環(huán)境因素

高分子材料所表現(xiàn)出來的優(yōu)良性能同高分子材料自身的分子結(jié)構(gòu)和化學鍵的鏈接息息相關。環(huán)境因素中太陽光的輻射、外界溫度、空氣中的濕度、氧氣等都會通過影響高分子化學鍵之間的鏈接影響到高分子材料的性能。隨著溫度的上升，高分子材料中分子活動加劇，一旦高分子從環(huán)境溫度中獲得足夠的能量化學鍵就有可能發(fā)生斷裂，進而影響到高分子材料的力學性能，造成高分子材料的老化，陽光輻射同溫度對高分子材料造成的影響十分類似。環(huán)境濕度對高分子材料造成的影響主要體現(xiàn)在水分子對高分子材料中分子的溶解和溶脹。對分子間的化學鍵鏈接和分子聚集狀態(tài)造成一定的破壞，進而對高分子性能產(chǎn)生影響。氧氣對高分子材料造成的影響也是十分顯著的，由于氧分子具有較強的滲透性，所以氧分子會優(yōu)先進攻高分子材料分子鏈的薄弱部分，進而同分子結(jié)合成過氧化物，造成分子鏈的斷裂。

2.2高分子材料內(nèi)在因素

由于高分子材料所表現(xiàn)出來的某些方面的優(yōu)越性能是其化學鍵的構(gòu)成所決定的，所以高分子材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)對高分子材料的影響是巨大的。高分子材料分子間的弱鍵十分容易受到外界因素的影響，造成弱鍵的斷裂而形成自由基。自由基正是自由基反應的起點，也就是高分子材料老化的開端。高分子材料中分子排列順序相差極大，有的分子鍵排列十分的規(guī)整，形成結(jié)晶區(qū)，排列無序的分子鍵形成非晶區(qū)。還有一些高分子材料分子鍵的排列既有結(jié)晶區(qū)也有非結(jié)晶區(qū)。一般來說，非結(jié)晶區(qū)容易引發(fā)高分子材料的老化反應進而延伸到結(jié)晶區(qū)。

3、高分子材料老化的預防措施

3.1熱老化的預防措施

將溫度控制在玻璃化溫度之上，有助于抑制結(jié)晶型塑料和橡膠等高分子材料制品的老化現(xiàn)象，但控制特定范圍的溫度會降低高分子材料的內(nèi)在溫度，使高分子材料的物理性質(zhì)發(fā)生變化，以致材料的使用價值也發(fā)生改變。高分子材料的生產(chǎn)加工過程中，適當加入增塑劑，在增強高分子材料的可塑性同時也有助于降低玻璃化溫度，以增強高分子材料的抗寒性。增塑劑對高分子材料的作用機理可以分為兩種：第一種，分子增塑劑的作用機理是在分子水平上與材料分子相溶，使高分子鏈之間的相互作用力受到破壞，緩解了材料的剛性、增加了分子鏈的柔性；第二種，結(jié)構(gòu)增塑的作用機理是增塑劑以分子的厚度為分布尺寸，在聚合物的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)之間均勻分布，以起到潤滑的作用。

3.2濕老化的預防措施

最近幾年我國的空氣污染問題越來越嚴重，空氣中含有硫化物和酸化物等工廠排放廢物，而聚酯、聚酰胺等高分子材料在酸或堿的催化作用下，再加上空氣中的水分子就會發(fā)生分子水解現(xiàn)象，其水解產(chǎn)生的物質(zhì)對大氣的污染很嚴重，最惡劣的情況下可能會引發(fā)酸雨的產(chǎn)生，這對社會的基礎建筑等方面的損害程度非常大，對于此類的高分子材料要謹慎使用?？墒?，在現(xiàn)實的生活中此類高分子材料運用十分廣泛，為了避免其發(fā)生改變，可以在此類高分子材料表面加蓋一層防水膜，這樣就能有效的降低其與水接觸的可能性，避免水解的發(fā)生，可以有效的預防高分子材料老化的發(fā)生。

3.3光老化的預防措施

光老化的防護主要采用穩(wěn)定化措施，實施該措施主要是為了控制紫外線輻射對高分子材料的接觸，或者分散高分子材料儲存的能量，使處于激發(fā)狀態(tài)的高分子喪失能力，不能進一步產(chǎn)生鏈式反應。目前主要采用添加屏蔽劑的辦法來防止高分子材料的光老化。光屏蔽劑——涂層和顏料無疑是運用最為廣泛的材料，將其附著在高分子材料外不但能美化材料的外觀，還能起到遮蔽紫外輻射和吸收紫外線的作用。

總之，為了最大程度發(fā)揮高分子材料的性能，進一步加強高分子材料老化影響因素以及優(yōu)化措施的分析非常有必要，需要引起我們的重視。

[1]呂桂英，朱華，林安，甘復興.高分子材料的老化與防老化評價體系研究[J].化學與生物工程，2006，06：1-4.

[2]李倩，強洪夫.高分子材料老化表征與分子模擬研究進展[J].高分子材料科學與工程，2010，01：170-174.

[3]張家宜.高分子材料老化壽命的評定方法[J].特種橡膠制品，2011，03：61-64.