高分子材料的老化及防老化分析

高分子材料的老化及防老化分析摘要：高分子材料的應(yīng)用范圍廣，新功能多，發(fā)展前景廣闊。但是高分子材料很容易受到光照，濕度或者溫度的影響導(dǎo)致老化，使其外觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能發(fā)生改變。為了防止高分子材料的老化，本文分析了引發(fā)高分子材料老化的原因，并針對(duì)這些原因提出了各種防老化的措施。

關(guān)鍵詞：高分子材料；老化；老化原因；防老化措施

1高分子材料及老化現(xiàn)象

1.1高分子材料簡述

高分子材料是指與人們生活息息相關(guān)的各種常見的材料，如塑料，橡膠，涂料，薄膜，纖維等。高分子材料被廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)，航空，建筑，軍事建設(shè)等多種行業(yè)，為我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展做出了很大的貢獻(xiàn)，同時(shí)也提高了人們的生活水平。但是高分子材料經(jīng)常容易在強(qiáng)光，熱輻射，水浸泡等因素作用下發(fā)生降解，失去其利用價(jià)值。

1.2高分子材料老化

高分子材料的老化由于其特性，使用條件的不同，發(fā)生老化的現(xiàn)象和表現(xiàn)出的現(xiàn)象也有很大不同。有的會(huì)變脆，變色，透明度下降等，也有的會(huì)出現(xiàn)彈性下降，變軟，變粘等。歸納為如下幾個(gè)方面：①外觀變化：高分子材料在外觀上的老化現(xiàn)象主要有：出現(xiàn)污漬，裂縫，斑點(diǎn)，銀紋，粉化，發(fā)粘，收縮，或光學(xué)顏色改變；②物理性能改變：高分子性能在物理性能上老化的現(xiàn)象為：流變形能，溶脹性，溶解性變差，同時(shí)耐熱性，透水性，透氣性，耐寒性等也發(fā)生變化；③力學(xué)性能改變：力學(xué)性能的改變主要包括彎曲強(qiáng)度，剪切強(qiáng)度，拉伸強(qiáng)度，沖擊強(qiáng)度等力學(xué)性能下降。同時(shí)，材料的應(yīng)力松弛，相對(duì)伸長率等性能也會(huì)發(fā)生相應(yīng)改變；④電性能改變：電性能的改變包括介電常數(shù)，表面電阻，體積電阻，電擊穿強(qiáng)度等電化學(xué)性能的改變。

2引發(fā)高分子材料老化的原因

2.1內(nèi)在因素

2.1.1材料的立體歸整性

分子鍵排列規(guī)整的區(qū)域成為結(jié)晶區(qū)，不規(guī)整的區(qū)域成為非結(jié)晶區(qū)。這兩種區(qū)域的分子排布差異很大，一般材料的老化發(fā)生在非結(jié)晶區(qū)，并逐步往結(jié)晶區(qū)蔓延。因此高分子材料的立體規(guī)整性對(duì)材料的老化會(huì)產(chǎn)生一定的影響。

2.1.2材料的分子量及其分布

材料的分子量和其分布直接影響了材料的老化性能。分子量分布的寬度影響了端基的數(shù)量，而端基的數(shù)量有決定了材料老化的難易程度。

2.1.3材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)

材料的鏈結(jié)構(gòu)和聚集態(tài)結(jié)構(gòu)直接影響了材料的性能。維持高分子材料聚集態(tài)的各分子間力中存在著很多弱鍵力，弱鍵很容易斷裂產(chǎn)生自由基，這種自由基反應(yīng)產(chǎn)生的物質(zhì)會(huì)使高分子材料極速的發(fā)生老化。

2.1.4材料中的雜質(zhì)

高分子材料的加工合成過程有時(shí)會(huì)引入一些雜質(zhì)，或者殘留一些化學(xué)助劑，這些都能引發(fā)高分子材料的老化。

2.2外在因素

①氧氣：由于氧氣的滲透作用，會(huì)與高分子聚合物上的弱鍵發(fā)生反應(yīng)，引起主鏈結(jié)構(gòu)的變化，從而引發(fā)材料的老化；②溫度：溫度的高低直接影響了高分子的性能和分子的斷鏈速率。材料的溫度越高，鏈運(yùn)動(dòng)速率越快，吸收的能量越多。當(dāng)吸收的能量高于化學(xué)鍵的解離能時(shí)，鏈就會(huì)發(fā)生降解導(dǎo)致集團(tuán)的脫落，使材料老化加劇。而當(dāng)溫度降低到一定程度，會(huì)阻礙鏈的運(yùn)動(dòng)速率，使高分子材料變得更硬，更脆；③濕度：水分子對(duì)材料的老化也有一定的影響。由于水分子的滲透性極強(qiáng)，會(huì)逐漸的滲透入分子間使材料發(fā)生溶脹，從而改變了分子間作用力。因此破壞了材料的聚集態(tài)，發(fā)生了老化現(xiàn)象；④光照：當(dāng)高分子材料吸收的光能高于分子鏈斷鍵的解離能時(shí)，會(huì)使分子鏈發(fā)生破壞，同時(shí)材料的結(jié)構(gòu)也被迫發(fā)生改變，從而使材料的性能發(fā)生了改變，引起老化反應(yīng)；⑤生物老化：在高分子材料的加工合成過程中，會(huì)使用一些助劑，助劑的使用同時(shí)也會(huì)引發(fā)霉菌的產(chǎn)生。霉菌微生物的生長代謝產(chǎn)生的分解霉和毒素不僅促使材料的被迫降解和老化，還會(huì)使接觸者接觸后感染到一系列疾病。

3高分子材料的放老化措施

3.1高分子材料的熱老化預(yù)防措施

熱老化預(yù)防措施主要通過改變材料的物理性質(zhì)如溫度。增塑劑是一種應(yīng)用范圍廣泛的降低玻璃化溫度的措施，可以使高分子材料在低溫下保持原狀態(tài)不發(fā)生老化。它包括分子增塑和結(jié)構(gòu)增塑兩種形式。分子增塑是指增塑劑在分子水平上與高分子混溶，從而降低了高分子鏈間的相互作用力，增強(qiáng)了材料的柔順性。

3.2高分子材料的氧老化預(yù)防措施

在高分子材料的加工過程中，加入抗氧化物及含硫，磷有機(jī)化合物等，能夠與過氧自由基發(fā)生反應(yīng)，從而降低或終止老化反應(yīng)進(jìn)程?？寡趸瘎┌▋煞N類型，即自由基分解型和自由基受體型。這兩種自由基抗氧劑協(xié)同作用，共同降低材料的老化速度。

3.3高分子材料的生物老化預(yù)防措施

霉菌是加快高分子材料老化的主要威脅。它能夠在極短的時(shí)間內(nèi)使高分子材料發(fā)生老化。

4結(jié)語

高分子材料的結(jié)構(gòu)是及其復(fù)雜的，其功能眾多。但其存在的老化問題也是亟待人們?nèi)ソ鉀Q的。上文已分析，引起高分子材料老化的因素有很多，其內(nèi)部因素和外部因素共同作用引起高分子材料的結(jié)構(gòu)改變，從而發(fā)生一系列的老