高分子材料老化机理及防治方法探讨

高分子材料老化机理及防治方法探讨

魏清宝

武汉比邻科技发展有限公司湖北省武汉市430000

摘要：近年来，随着科学技术的进步，高分子材料被广泛应用。高分子材料老化实际上就是指高分子材料在使用、存放过程中，受化学结构、物理形态、分子量、分子分布以及其他外部因素的影响而导致的性能变坏，而要想避免或是延缓高分子材料老化，则需要对其老化机理进行明确，并在此基础上探索出有效的防治措施。不断加强高分子有机材料老化的防范处理技术很有意义。

关键词：高分子材料；老化；防治方法

引言

随着科学技术的不断进步，高分子材料在生产生活中应用越来越广泛，已经成为日常生活中的很多常用物品的主要构成材料。但是高分子材料在使用过程中很容出现老化问题，老化严重限制了高分子材料的使用年限，也因此很多领域的很多物品现阶段仍无法使用高分子材料替代。因此文章对高分子材料的老化机理进行研究，在此基础上提出高分子材料的老化防治方法。

1高分子材料老化机理分析

1.1塑料及其老化机理分析

塑料是最常见的一类高分子材料，也是应用时间较长的一类合成材料。常见的塑料有聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯等，分别对应的2号塑料（HDPE）、3号塑料（PVC）、5号塑料（PP），HDPE常用于清洁剂、食用油、农药等容器（不做饮食包装，不循环使用，不耐高温），PVC多用于水管、书包、地膜等材料（价格便宜，不做饮食包装，不循环使用，不耐高温），PP多用于可直接加热的部分塑料材料（多见于乳制品包装、微波炉餐盒，可耐受167度高温）。除此之外，生活中可见到的塑料材料还有1号塑料（PET）、4号塑料（LDPE）、6号塑料（PS）以及其他（如PC、PA类）。塑料在生活中应用极为广泛，该材料普遍具有造价低，循环利用率高的特点，但通常降解速率较低且大部分不耐受高温，也有一部分塑料被称为白色污染。塑料的老化极为常见。举个例子来说，如果将热水倒入普通的饮料瓶中（市场上的常规塑料包装），可以看到塑料瓶快速变形、萎缩、粘连，这实际上是一种塑料的老化现象。塑料的老化大体上可分为热氧老化和光氧老化两种。塑料的热氧老化是一种游离基链式反应，在受热的情况下，高分子聚合状态的塑料会引发游离基，形成游离基链，当游离基链饱和后，塑料的老化才会终止。而光氧老化是塑料在阳光与氧气的环境下发生的一种缓慢的氧化现象，就像铁在水和氧的环境下会生锈一样，这种老化过程虽然复杂，但其本质上是高分子聚合状态下分子链出现断裂或激发，使原有的分子结构被破坏。虽然两种塑料老化机理不同，但其本质上都是聚合态下分子结构不能维持稳定，而发生的材料变性，这种材料变性是不可逆的。也就是说对于塑料的老化并没有太好的应对方法，不能阻止或逆转其老化，但可以通过改变外部条件使其缺乏发生老化的环境因素以延缓其老化速率。

1.2橡胶及其老化机理分析

橡胶在生活中也较为常见，如汽车轮胎、高压锅密封圈等。在使用过程中，橡胶也会发生缓慢的老化现象，老化发生后橡胶的分子结构发生改变，原有的物理特性、化学特性也会有所变化，直观表现为橡胶表面发生龟裂、橡胶失去弹性、橡胶颜色发生改变等。橡胶的老化较为简单，通常是在光、热双重条件的综合作用下缓慢发生。橡胶内有大量的含氧基团，其会发生缓慢的氧化反应。橡胶中大分子的分子链的含氧基团发生氧化反应后分子链裂解或与其他分子链发生交联反应，破坏橡胶自身的分子结构，使橡胶材料发生老化。当然橡胶中不饱和的双键结构也是橡胶老化的重要原因，这种双键会与空气中含量极低的臭氧发生化合反应而生成臭氧化合物，当臭氧化合物达到一定水平时，橡胶表面就会发生臭氧龟裂、变硬且韧度下降。

1.3纤维及其老化机理分析

纤维是较为常见的一种高分子材料，在绝大多数植物中都可提取到纤维材料并且合成纤维的制作工艺要求与成本要求也较低，因此纤维是应用较为广泛的一类高分子材料，在建筑、生物、造纸、医药、军事等领域中都有所应用。通常纤维是一种具有韧性或弹性的材料，当其老化后可能会发生颜色上的改变，多变为黄色，同时纤维的物理特性会发生变化，纤维物质变得脆弱不堪，就像纸张放置太长时间后一碰就碎一样。纤维的老化与其自身组成分子特性有关。纤维中含有较为活泼的基团，这类基团会在多种因素的影响下而发生氧化反应，如辐射、臭氧、水气等，这些活泼基团发生氧化反应后，纤维逐渐失去韧性和张力。同时酞键断裂后产生的二氧化碳在释放过程中会使纤维逐步变黄，最终展现在我们眼前。纤维的老化与多种因素有关，根据试验研究结果，水热条件是加速纤维老化最明显的因素，空气的潮湿度提升一级、温度的升高都会加速纤维的老化。

2高分子材料老化的防治方法

2.1添加防老剂

添加防老剂是最为常见同时也是最为应用普遍的一种高分子材料防老化方法，其对于高分子材料老化的限制作用是十分明显的。从功能上来看，防老剂的主要思路是对高分子材料老化过程中所发生的氧化反应进行遏制，这样在不发生氧化反应或是氧化反应较为缓慢的情况下，高分子材料中就不会生成各种破坏性物质，材料的老化自然也就会更加缓慢。一般来说，常见的防老剂有热稳定剂、抗氧剂、紫外线稳定剂等等，只要能够在高分子材料的加工过程加入，加工后得到的高分子材料就可以具备对各种有害离子进行防护的能力，从而达到防治材料老化的效果。

2.2设置防老化涂层

高分子材料老化的主要影响因素有光、热、水、氧气、臭氧等等，由于这些因素所引起的氧化反应都需要与材料进行直接接触，因此如果能够在高分子材料外部加设一个涂层，那么也同样能够得到非常有效的防老化效果。例如当高分子材料经常受到暴晒时，就可以在材料表面涂上一个色素涂层，而在色素本身具有良好抗光性的情况下，高分子材料就不会因强光照射而发生光氧化反应，而高分子材料的老化也会因此而变得更加缓慢。

2.3高分子材料并用

高分子材料并用主要是指对在高分子材料加工的过程中，选择多种不同性质的高分子材料，并同时通过共聚、共硫等方式来进行加工，这样一来，不同性质的高分子材料就能够混合成为一种新的高分子材料，这类高分子材料一般都具有着较强的稳定性，因此在受到光、热、水等等外部因素的影响时，比较不同意发生氧化反应，与其他常规高分子材料相比，老化速度也是比较慢的。但需要注意的是，高分子材料的并用加工必须要符合极性、兴奋性等原则，并对实际加工工艺进行考虑，并非所有的高分子材料组合都可以进行并用，而这也是这一防治方法的局限性所在。

结语

总的来说，高分子材料的老化机理是比较复杂的，但只要能够对不同高分子材料的老化机理形成正确、深入的认识，就能够找到防治材料老化的有效方法，从而使高分子材料的使用寿命、性能、适用范围得到进一步提升。

参考文献

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