試論高分子材料的老化及防老化技術(shù)

趙素祥（池州學(xué)院，安徽 池州 247000）

試論高分子材料的老化及防老化技術(shù)

趙素祥（池州學(xué)院，安徽 池州 247000）

高分子材料在我國的室外工程上占有率非常之高，已經(jīng)成為了普遍運(yùn)用的材料之一。但是隨著應(yīng)用的過程中會(huì)發(fā)現(xiàn)，受到溫度、濕度和光的影響，久而久之高分子材料會(huì)產(chǎn)生外觀或是性能發(fā)生改變，這就是一個(gè)老化的過程。因此，本文從高分子材料的老化現(xiàn)象分析，并分析了老化產(chǎn)生的原因，最后提出了相應(yīng)的防老化技術(shù)解決措施。

高分子材料；老化；防老化

1 高分子材料老化

高分子材料老化的形式多種多樣，主要可以分為外觀的變化、物理性能的變化、力學(xué)性能的變化、電性能的變化幾種情況。外觀的老化現(xiàn)象主要是在高分子材料的表面出現(xiàn)霉?jié)n、斑點(diǎn)、變色、裂痕、皺紋、軀殼、粘化、焦燒、收縮的變化，如在日曬雨淋的過程中農(nóng)用薄膜會(huì)產(chǎn)生變脆、變色的情況，某些有機(jī)玻璃制品時(shí)間久了會(huì)出現(xiàn)紋路。物理性能的變化主要是材料的流變性、溶脹性、溶解性降低，表現(xiàn)在材料上是透水性、耐熱性和耐寒性的降低。力學(xué)性能的變化主要是沖擊力、剪切力、彎曲強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度的降低，因此材料的應(yīng)力和伸長度也會(huì)下降，如橡皮筋在老化后會(huì)出現(xiàn)變硬、彈性下降的情況。電性能的老化現(xiàn)象表現(xiàn)為電學(xué)性能下降，如介電常數(shù)下降、體積電阻和表面電阻下降等。

2 高分子材料老化原因分析

高分子材料老化存在兩種原因，一個(gè)是內(nèi)部因素對(duì)高分子材料的影響，二個(gè)是外部因素對(duì)高分子材料的影響。

內(nèi)部因素包括聚合物高分子化學(xué)結(jié)構(gòu)、物理形態(tài)、分子量及分布情況等。高分子聚合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)主要是由于內(nèi)部的弱鍵會(huì)隨著外部的變化而產(chǎn)生自由基，因此在后續(xù)過程中會(huì)發(fā)生老化現(xiàn)象；高分子材料的物理形態(tài)是由一些有序和無序的分子鍵組成的，因此形成了結(jié)晶區(qū)和非晶區(qū)。由于這些并不均勻的材料形態(tài)，導(dǎo)致了內(nèi)部結(jié)構(gòu)容易受到外部環(huán)境的影響而發(fā)生質(zhì)變；分子量及分布情況也是影響高分子材料老化的一個(gè)重要因素，特別是分布比較寬的分子量就存在很多的端基，因此老化也更快。

外部因素主要是溫度、濕度、氧氣、化學(xué)介質(zhì)、生物因素的影響。溫度因素是由于在高溫環(huán)境下加速了高分子鏈的運(yùn)動(dòng)過程，引起了基團(tuán)脫落和熱分解，在低溫環(huán)境下高分子的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)受到影響，從而影響了物理性能或是力學(xué)性能的改變，從而高溫或低溫都可能引起高分子材料的老化；溫度因素主要?dú)w結(jié)于水分對(duì)材料的溶脹及溶解的影響，濕度會(huì)引發(fā)維持高分子材料分子間作用力的改變，破壞材料的聚集狀態(tài)。對(duì)于非交聯(lián)的非晶聚合物高分子材料來說，濕度的影響更加明顯，會(huì)使高分子材料發(fā)生溶脹甚至發(fā)生解體，從而損壞材料的性能；對(duì)于塑料、纖維等結(jié)晶形態(tài)的高分子材料來說，由于存在明顯的水分滲透限制，濕度的影響不明顯；在高分子材料老化過程中，氧氣的作用是巨大的。高分子主鏈會(huì)受到氧氣的攻擊而斷裂，甚至降低了分子量，因此氧化反應(yīng)較為明顯，老化隨著時(shí)間慢慢加劇；化學(xué)介質(zhì)影響高分子老化主要是對(duì)共價(jià)鍵（加成、交聯(lián)、斷鏈的化學(xué)改變）和次價(jià)鍵（聚集態(tài)結(jié)構(gòu)的物理改變）的作用，這個(gè)是一種介入高分子材料內(nèi)部的影響因子。生物因素主要是指的微生物能夠利用和分解高聚物的催化酶，通過變異來改變高分子材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而讓高分子材料產(chǎn)生老化。

3 高分子材料的防老化措施

3.1 高分子材料的熱老化預(yù)防措施

熱老化預(yù)防措施主要是通過改變高分子材料的物理性能。增塑劑是一種降低玻璃化溫度的措施，可以讓高分子材料在寒冷的狀態(tài)中不被老化。它有結(jié)構(gòu)增塑和分子增塑兩種形式，結(jié)構(gòu)增塑增塑劑以分子尺寸的厚度分布于聚合物的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)之間，起到潤滑作用。分子增塑是增塑劑在分子水平上與高分子混溶，降低高分子鏈之間的相互作用力，增加高分子鏈的柔順性。

3.2 高分子材料的濕老化預(yù)防措施

濕潤、水解會(huì)引發(fā)高分子材料的老化，主要是由于聚酰胺、聚縮醛、聚酯等高分子材料會(huì)受到水分鐘堿、酸的影響，從而產(chǎn)生分解變化，導(dǎo)致化學(xué)性能受到改變，因此這類材料只能通過蓋上一層保護(hù)膜來防止水分對(duì)材料的侵蝕。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，這類高分子材料應(yīng)當(dāng)減少運(yùn)用。

3.3 高分子材料的氧老化預(yù)防措施

在高聚物等高分子材料的加工過程中，有選擇性的加入胺類抗氧化物、酚類抗氧化物、含硫有機(jī)化合物以及含磷化合物等物質(zhì)，能與過氧自由基發(fā)生反應(yīng)，從而使氧老化反應(yīng)終止?？寡鮿┓譃樽杂苫荏w型和自由基分解型兩種，自由基受體型抗氧劑能與過氧自由基迅速反應(yīng)，使其活性降低；自由基分解型抗氧劑能夠使高分子過氧自由基轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定的羥基化合物，進(jìn)而降低高分子材料的老化速度。一般來說，如果自由基受體型抗氧劑能與自由基分解型抗氧劑共同作用，往往會(huì)產(chǎn)生較好的協(xié)同效果。

3.4 高分子材料的生物老化預(yù)防措施

為了減少高分子材料被生物老化的現(xiàn)象，首先要認(rèn)識(shí)到高分子材料容易受到哪一類生物的影響。在現(xiàn)實(shí)生活中，霉菌是對(duì)高分子材料威脅最大的，在短時(shí)間內(nèi)便能造成高分子材料的老化。其次是原生動(dòng)物、藻類、細(xì)菌等，這些也在不知不覺中對(duì)高分子材料產(chǎn)生影響。所以，對(duì)菌類的預(yù)防是最重要的，現(xiàn)在主要的防老化技術(shù)是添加反微生物因子，防霉劑等措施來預(yù)防此類老化的發(fā)生。

4 結(jié)語

高分子材料的結(jié)構(gòu)是非常復(fù)雜的，并不是一朝一夕便能夠完全將其中的奧妙解釋清楚，同時(shí)高分子材料的老化也存在著諸多因素，有時(shí)外部因素和內(nèi)部因素同時(shí)結(jié)合作用到高分子材料中，會(huì)產(chǎn)生一系列變化。因此，在日后的研究過程中必須不斷加大對(duì)高分子材料老化的分析，才能更為有效的解決高分子材料老化存在的原因，從而提出有建設(shè)性并有實(shí)踐意義的建議。

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趙素祥（1991-），男，山東滕州人，池州學(xué)院，本科。