高分子材料老化機(jī)理及防治方法探討

關(guān)江偉

摘? ? 要：高分子材料隨著當(dāng)前科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展使其應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛，生活工作中許多物品均由高分子材料構(gòu)成，因而與人們的日常生活具有緊密關(guān)聯(lián)。但在實(shí)際應(yīng)用過程中，高分子材料面臨老化問題，這會(huì)在一定程度上影響到物品的使用壽命。鑒于此，本文對(duì)高分子材料進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，并在該基礎(chǔ)上探討高分子材料的老化機(jī)理，并提出相應(yīng)的防治措施。

關(guān)鍵詞：老化機(jī)理;高分子材料;防治措施

1? 前言

高分子材料主要是指經(jīng)高分子化合物作為一個(gè)基本的單元所組成的聚合材料，具有分子量多散性分布以及分子量大等特性。根據(jù)其來(lái)源可以將高分子材料分為合成及天然高分子材料，合成高分子材料包括合成橡膠與纖維、塑料，屬于非常常見的物質(zhì)，而天然高分子材料主要包括天然纖維與橡膠等從動(dòng)植物中直接提取并利用的高分子聚合物質(zhì)。而高分子的老化則是指其在使用及存放中受到物理、化學(xué)等其他外部因素所致的性能變壞，為了避免及防止材料老化，則需明確其老化的機(jī)理，然后采取有針對(duì)性預(yù)防及治理措施。

2? 老化機(jī)理分析

2.1? 橡膠

橡膠在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)出現(xiàn)緩慢老化，老化后會(huì)改變?cè)械姆肿咏Y(jié)構(gòu)、化學(xué)及物理特性等，在直觀上主要表現(xiàn)為顏色改變、失去彈性以及表面龜裂等。一般情況下，橡膠的老化是在光、熱雙重作用下發(fā)生，因橡膠內(nèi)含有大量含氧基團(tuán)會(huì)出現(xiàn)緩慢氧化反應(yīng)，所以在氧化反應(yīng)后會(huì)與其他的分子鏈產(chǎn)生交聯(lián)反應(yīng)，或者造成分子鏈裂解的出現(xiàn)，從而對(duì)橡膠分子結(jié)構(gòu)造成破壞，最終將會(huì)出現(xiàn)橡膠材料的老化。而導(dǎo)致橡膠老化主要原因?yàn)橄鹉z中不飽和雙鍵結(jié)構(gòu)，該種雙鍵會(huì)與低臭氧發(fā)生化合反應(yīng)后而形成臭氧化合物，進(jìn)而導(dǎo)致橡膠表面韌度降低、變硬以及臭氧龜裂等老化狀況。

2.2? 塑料

高分子材料中塑料作為其中最為常見的一種類型，且該種類型材料的老化可分為光氧及熱氧，因而塑料的老化也包括兩種形式。熱氧老化屬于游離基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，主要是指在氧或熱直接影響下塑料會(huì)進(jìn)一步引發(fā)游離基，并且會(huì)形成游離基鏈，在此過程中會(huì)持續(xù)增長(zhǎng)游離基，當(dāng)終止游離基后便會(huì)造成老化。而另一種則是指在日光照射下塑料生成自由基會(huì)自動(dòng)氧化反應(yīng)，該種屬于光氧老化，塑料在吸收光能后分子鏈處于激發(fā)態(tài)或斷裂，均會(huì)造成自動(dòng)氧化反應(yīng)。

2.3? 纖維

在多數(shù)的植物中均可提取到纖維，且因制作成本與工藝較低，因而是日常生活及工作中常用的高分子材料，在生物、建筑、造紙以及醫(yī)藥行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。一般來(lái)說(shuō)，纖維具有一定的彈性或者韌性，當(dāng)纖維老化后極其可能改變其原本顏色，通常會(huì)變?yōu)辄S色。同時(shí)在物理特性上纖維也會(huì)發(fā)生一定的變化，進(jìn)而造成纖維物質(zhì)的脆弱不堪，一碰便碎。纖維老化與自身組成分子特性具有一定的關(guān)系，在纖維中的基因通常較為活潑，在多種因素共同作用下基團(tuán)會(huì)發(fā)生如水氣、輻射以及臭氧等一系列氧化反應(yīng)，活潑基團(tuán)在發(fā)生氧化反應(yīng)后便會(huì)斷裂低分子保持聚合狀態(tài)酞鍵，進(jìn)而改變其纖維化學(xué)結(jié)構(gòu)，同時(shí)纖維內(nèi)部的羧基也將會(huì)逐步地轉(zhuǎn)化為氨基、末端狡基以及二氧化碳等，慢慢地將會(huì)失去纖維的張力以及韌性。除此之外，酞鍵斷裂后所產(chǎn)生的二氧化碳在釋放中會(huì)變換纖維的顏色。多種因素會(huì)影響纖維老化，根據(jù)相關(guān)研究資料表明，加劇纖維老化主要因素為水熱條件，也就是當(dāng)空氣潮濕度與溫度升高均會(huì)加劇纖維老化的速度。

3? 防治措施

3.1? 聯(lián)合應(yīng)用多種類型高分子材料

對(duì)于不同類型的高分子材料而言，也具有不同的老化機(jī)理，通常將不同性質(zhì)材料通過共硫或者共聚的方式組合在一起，最終便會(huì)形成復(fù)合型的高分子材料。該種類型的材料與傳統(tǒng)單一高分子材料相比，其所具有的化學(xué)及物理特性更為齊全，同時(shí)也會(huì)增強(qiáng)其抗老化力。但該種方式在實(shí)際應(yīng)用中的局限性較大，主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：①技術(shù)突破;因不同高分子材料具有不同的特性，因而在聚合不同特性材料時(shí)難以提高其穩(wěn)定性，難度高;②組成材料突破，多種不同類型的高分子材料在聚合時(shí)其所具有的特性具有隨機(jī)性特點(diǎn)，同時(shí)在不同條件下所保留的高分子材料特性也不盡相同。

3.2? 增加防老化劑

在實(shí)際應(yīng)用中，防治高分子材料老化的方式為添加防老劑，其應(yīng)用可顯著地限制高分子材料的老化。防老化劑在應(yīng)用功能上，其主要是在一定程度上遏制高分子材料老化中所出現(xiàn)的氧化反應(yīng)進(jìn)，高分子材料在氧化反應(yīng)較慢或未發(fā)生氧化反應(yīng)前提下，便不會(huì)生成各種破壞性的物質(zhì)，進(jìn)而便會(huì)延緩材料老化。通常情況下，在實(shí)際應(yīng)用中較為常見防老劑包括抗氧劑、熱穩(wěn)定劑以及紫外線穩(wěn)定劑等，因而若在加工高分子材料中加入一定量的防老劑，便可使其在實(shí)際應(yīng)用中具備一定的防護(hù)各種有害離子能力，進(jìn)而起到防治老化目的。

3.3? 應(yīng)用防老化涂層

對(duì)高分子材料最為直接且簡(jiǎn)單的方式為合理地應(yīng)用防老化涂層，通過覆蓋于高分子材料表面的外衣，能夠確保其不會(huì)直接接觸到臭氧、水汽、光線以及氧氣等多種物質(zhì)，進(jìn)而還能改變外部環(huán)境條件，阻斷與老化物質(zhì)接觸，最終起到防老化的目的。同時(shí)在應(yīng)用防老化涂層時(shí)可以選擇一些帶顏色涂料，著色高分子材料時(shí)可在一定程度上增加審美特征，同時(shí)還能提高其環(huán)境、經(jīng)濟(jì)以及社會(huì)效益。但需要注意的是，在對(duì)高分子材料采取防老化涂層時(shí)需關(guān)注到其特性，只有接觸到不會(huì)與其發(fā)生反應(yīng)地物質(zhì)才可起到防老化目的。

4? 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，高分子材料具有較為復(fù)雜的老化機(jī)理，高分子老化則是指其在使用及存放中受到物理、化學(xué)等其他外部因素所致的性能變壞。需要加強(qiáng)對(duì)于不同類型高分子材料老化機(jī)理的正確且深入的認(rèn)識(shí)，才能根據(jù)其采取有針對(duì)性的防治材料老化方法，進(jìn)而便能顯著地提高高分子材料的性能、使用壽命以及適用范圍等。

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