高分子材料的防老化研究

朱澤林（長春工業大學化學工程學院，吉林 長春　130000）

高分子材料的防老化研究

朱澤林
（長春工業大學化學工程學院，吉林 長春130000）

高分子材料憑借其優異的性能，廣闊的應用范圍，在戶外工程中受到廣泛的歡迎。但是，在使用過程中高分子材料極易受到光、濕度、溫度等環境因素的影響，促使其力學性能和外觀受到損害。所以，為了能夠達到提高高分子材料的抗老化性這一目標必須深入了解研究高分子材料老化的機理和過程，從而確保提高其抗老化性順利實施。

高分子材料；老化；研究；進展

一、高分子材料老化概述

高分子材料在各種因素的影響下，在加工、存儲以及使用時，會發生化學反應，物理機械性能遭到破壞，從而喪失其使用價值過程叫做“老化”。老化主要為材料的形狀改變、變硬、色彩變化等外觀的改變；溶解、溶脹和流變性能這樣的物理變化以及機械性能變化和電性能變化等。造成高分子材料老化現象的主要內在原因為其本身的化學結構、聚集態結構以及成分。此外，影響的外在原因主要光、熱、輻射、機械應力等物理變化。化學因素，包括氧、臭氧、水、酸、堿等的作用；生物因素，如微生物、昆蟲的作用。老化往往是內外因素綜合作用的極為復雜的過程。

二、高分子材料老化的研究現狀

（一）塑料的老化研究。

聚乙烯（PE），常用樹脂之一，主要為農用棚地膜的原材料。由于地膜的使用環境是在長時間光照下，所以人們對其光氧老化性尤為重視。戴李宗通過研究紫外光加速老化過程中樣拉伸強度、斷裂伸長率隨組成、光照時間這三者之間的關系，得出如果能夠保證各填充組分的用量和關系能夠科學掌控，那么就能控制填充PE 塑料的紫外光降解性。此外，Deepak和Srivastava等人通過實驗數據，老化溫度和時間對LDPE/LLDPE/HDPE 薄膜拉伸強度其含量依次為44.6%、27.7%和 27.7%，由此可以看出薄膜的抗老化性是三個中最好的。另外，高俊剛等人通過對納米 TiO2和ZnO的研究，大大提高了聚乙烯的抗紫外老化性。胡行俊研究分析了半硬和硬聚氯乙烯材料（RPVC）在室內外氣候的影響下的老化數據，得出材料因氣候變化的規律與其自身的成分以及制造加工工藝有極強的相關性。此外，他還對人工光加速對材料的老化性以及在在廣州戶外環境中對材料老化的影響作了相關研究，依據PVC 材料缺口沖擊強度保留率的線性回歸方程，推算出材料在戶外環境影響下的壽命。

（二）橡膠的老化研究。

目前，人們對天然橡膠的需求量在橡膠品種中應該是最大的，這主要是因為其具有良好的彈性和強度。但是，由于天然橡膠中具有非常多的不飽和鍵，極易被氧化，而且其抗熱氧老化性也非常不好。所以，為了能夠提高天然橡膠的抗熱氧化能力，金冰等人通過實驗研究了在防老劑D提純品和工業品的影響下，天然橡膠的抗氧化能力。實驗過程中也研究了熱氧化誘導期、熱失重以及熱老化這些性能的變化。通過實驗得出高純度的防老劑D能夠減緩天然橡膠的熱氧老化速度。肖琰等人通過采用熱分析法和裂解氣相色譜－質譜分析兩種方法探索然橡膠硫化膠的抗老化性以及其本身性質。研究得出，天然橡膠硫化膠在熱氧老化初期時，其力學性能加強，交聯密度會增大，熱失重起始溫度也會隨之上升。此外，老化程度的加深，促使降解能力加強，從而減少天然橡膠硫化膠的硬度和交聯密度，導致其熱穩定性降低。田可新通過研究分析硅橡膠材料的老化原理，得出硅橡膠老化的最核心因素是流徑的形成這一結論。蔡登科等將納米粒子和納米復合材料技術在硅橡膠改性中應用，使硅橡膠納米復合材料在結構、性能展現出誘人的應用前景，已成為材料科學研究的熱點。

（三）膠粘劑的老化研究。

Davis Fata 等人對環氧膠粘劑做了實驗，條件設為60℃，研究其熱老化和水熱老化。結果表明，在老化100天之后，兩種環境下的膠粘劑的變化截然不同。在熱老化環境下的膠粘劑完全沒有產生化學反應，而在熱老化環境中的則發生了極大的變化。李愛玲等人研究鹽度對聚氨酯膠粘劑膠的拉伸剪切強度的影響。結果顯示水的NaCl含量越高，聚氨酯膠粘劑的粘接強度下降越慢。而溫度僅在泡初期對其粘接強度產生影響，能夠降低其強度，到了浸泡中后期，影響減少。而NaCl含量對聚氨酯膠粘劑粘接強度的影響在浸泡中后期會加快減少聚氨酯膠粘劑的粘接強度。

三、高分子材料老化研究展望

當今社會，隨著環境保護的意識加強，人們更加注重材料的使用率。所以研究高分子材料的抗氧化性成為市場主流。但是，通過查閱各類文獻，發現人們對于戶外環境這一因素對高分子材料的報道并不是太多，而且世界各國人員對于其研究方式和方法也大相徑庭，研究結果也不統一。所以，我們對于高分子的抗老化能力還需要更深入的研究。主要方向為：常見的特別環境下高分子材料的老化規律；各種外界因素的共同作用下，高分子材料結構性能的變化；光對高分子材料機理的作用；探索出最科學合理的的人工加速老化強度；分析人工加速試驗與戶外自然環境試驗之間的聯系。如何有效地提高高分子材料的抗老化性能，各種防老劑間的協同效應研究，以及廢舊高分子材料的回收利用等。

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