高分子材料老化機(jī)理與防治措施

史旭輝 趙新員

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，高分子材料在生產(chǎn)生活中應(yīng)用越來越廣泛，已經(jīng)成為日常生活中的很多常用物品的主要構(gòu)成材料。這些高分子材料的老化不僅很大程度上影響了商品的外觀，同時(shí)也極大地降低了高分子材料商品的使用時(shí)間。這些現(xiàn)象一般來說表現(xiàn)為高分子材料失去原有的光澤和顏色，出現(xiàn)龜紋和拉伸強(qiáng)度降低等，這些我們把它稱為高分子材料的老化。鑒于此，本文對高分子材料進(jìn)行簡要分析，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

高分子材料廣泛出現(xiàn)在我們的生活中，并不只存在于工業(yè)制造中。目前出現(xiàn)在我們?nèi)粘Ｉ钪械母叻肿硬牧嫌泻芏?，比如塑料制品也就是一次性塑料紙袋和我們所穿的衣物制品。目前我們所穿的衣服制品一般都是合成纖維合成的商品，合成纖維也屬于高分子范疇。無論這些商品是何種高分子材料形成的，都極易出現(xiàn)各種各樣的老化問題，比如塑料制品容易發(fā)硬，而衣服制品容易發(fā)黃。因此，研究高分子材料老化機(jī)理以及如何防治高分子材料老化成為一個(gè)重要的話題。

一、高分子材料的概念

高分子材料是生活化學(xué)領(lǐng)域下的一個(gè)概念，指的是以高分子化合物為基本單元組成的聚合材料。高分子是與小分子對應(yīng)的一個(gè)概念，高分子材料具有分子量大、分子量分布多散性的特點(diǎn)，這也是高分子材料與小分子材料的主要區(qū)別。高分子材料分子量通常較大，在10000以上，小分子材料的分子量規(guī)定，組成成分也相對固定。同時(shí)高分子材料分子量分布多散性意味著高分子材料在分子分布上相對均勻，各部分化學(xué)特性、物理特性、生物特性相差不大，可以將資源更加有效地利用。按來源劃分，可以將高分子材料分為天然高分子材料和合成高分子材料。天然高分子材料指的是可以直接從動(dòng)物、植物提取出來并加以利用的高分子聚合物質(zhì)，如天然橡膠、天然纖維等。合成高分子材料主要包括三大類，也是生活中極為常見的物質(zhì)，分別為塑料、合成橡膠與合成纖維。此外部分粘合劑、涂料也由高分子材料構(gòu)成。高分子材料具有其他材料所不具備的優(yōu)越性，雖然叫高分子材料，但是材料密度更小，具有輕便的優(yōu)勢，同時(shí)力學(xué)特征更加顯著、化學(xué)特性更高、物理特征也較優(yōu)越，因此高分子材料被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)和生活的各個(gè)方面。常見的高分子材料物質(zhì)有塑料、橡膠、纖維、高分子膠粘劑、高分子涂料以及高分子基復(fù)合材料等六種。

二、老化機(jī)理分析

1.橡膠

橡膠在實(shí)際應(yīng)用中會出現(xiàn)緩慢老化，老化后會改變原有的分子結(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)會出現(xiàn)緩慢氧化反應(yīng)，所以在氧化反應(yīng)后會與其他的分子鏈產(chǎn)生交聯(lián)反應(yīng)，或者造成分子鏈裂解的出現(xiàn)，從而對橡膠分子結(jié)構(gòu)造成破壞，最終將會出現(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.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進(jìn)一步引發(fā)游離基，并且會形成游離基鏈，在此過程中會持續(xù)增長游離基，當(dāng)終止游離基后便會造成老化。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，均會造成自動(dòng)氧化反應(yīng)。

3.高分子材料合成纖維商品的老化機(jī)理

一般來說，現(xiàn)在所使用的高分子材料纖維商品，這些商品中最多的就是合成纖維。合成纖維由于制造的特殊性非常容易發(fā)生老化。這是因?yàn)楹铣衫w維中往往有聚丙烯晴等易發(fā)生老化的物質(zhì)，這些物質(zhì)中所具有的醇氨鍵容易發(fā)生斷裂，并經(jīng)過一系列反應(yīng)之后在末端釋放出二氧化碳。這樣一來就會使羧基逐漸減少，也就在一定程度上會使商品逐漸發(fā)生老化，所以合成纖維商品逐漸老化的過程一般是纖維商品慢慢變黃，甚至出現(xiàn)變黃發(fā)硬的過程。除此之外，由于環(huán)境濕度過的高的話，那么有可能在一定程度上加快合成纖維的光氧氣老化速度，而且如果環(huán)境溫度過高的話，那么合成纖維的老化速度會更加快的，可以說溫度越高濕度越高的情況下，合成纖維所形成的商品更容易發(fā)生老化。因此，要想避免合成纖維發(fā)生快速的老化，一定要保持濕度和溫度的適宜。

三、針對不同高分子材料老化的防治措施

1.防止塑料發(fā)生老化的具體措施

要想防止塑料發(fā)生老化，那么就要針對塑料的防老化機(jī)里做出預(yù)防措施。針對塑料來說，塑料的防老化一般從以下幾個(gè)方面進(jìn)行準(zhǔn)備。首先在塑料還沒有成型的時(shí)候，就應(yīng)該盡最大努力減少雜質(zhì)的混入。除此之外，也應(yīng)該盡可能減少塑料與空氣的接觸，如果不能，也要盡量控制接觸時(shí)的溫度，使溫度降低，避免溫度過高。在塑料合成時(shí)可以采取人工增加增塑劑的方法使溫度降低。而且為了增加塑料制品的抗老化性能，也應(yīng)該在塑料快成型時(shí)配方中加入一定程度的防老劑?，F(xiàn)在一般來說我們所購買的塑料都是加過防老劑的。而且由于塑料制品的不同用途，塑料制品所需要的防老劑也不相同。所以往往在塑料進(jìn)行合成時(shí)，防老劑不會單一使用，而是相互配合才能取得良好的防老效果。因此，如何挑選防老劑成為一個(gè)重難點(diǎn)問題，防老劑首先要與聚合物具備相容的特點(diǎn)，揮發(fā)性也要小，除此之外盡量要不帶顏色，避免破壞了塑料制品本來的顏色。除此之外也一定要符合無毒無臭無味的標(biāo)準(zhǔn)。在塑料成型后可以采取涂防護(hù)期度接觸層等方法盡可能地減少塑料產(chǎn)品的老化。

2.聯(lián)合應(yīng)用多種類型高分子材料

對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.應(yīng)用防老化涂層

對高分子材料最為直接且簡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)以及社會效益。但需要注意的是，在對高分子材料采取防老化涂層時(shí)需關(guān)注到其特性，只有接觸到不會與其發(fā)生反應(yīng)地物質(zhì)才可起到防老化目的。

結(jié)束語：

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。所以，除了要做好高分子材料的防老化措施之外，一些新型技術(shù)如抗老化劑也在不斷誕生中。希望本文的研究能為我國高分子材料的老化機(jī)理和防治措施有一定的參考作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]王猛，秦志鳳.高分子材料老化機(jī)理及防治方法[J].化工設(shè)計(jì)通訊，2017，43（1）：46.