試論高分子材料的老化及防老化技術

趙素祥（池州學院，安徽 池州 247000）

試論高分子材料的老化及防老化技術

趙素祥（池州學院，安徽 池州 247000）

高分子材料在我國的室外工程上占有率非常之高，已經成為了普遍運用的材料之一。但是隨著應用的過程中會發現，受到溫度、濕度和光的影響，久而久之高分子材料會產生外觀或是性能發生改變，這就是一個老化的過程。因此，本文從高分子材料的老化現象分析，并分析了老化產生的原因，最后提出了相應的防老化技術解決措施。

高分子材料；老化；防老化

1 高分子材料老化

高分子材料老化的形式多種多樣，主要可以分為外觀的變化、物理性能的變化、力學性能的變化、電性能的變化幾種情況。外觀的老化現象主要是在高分子材料的表面出現霉漬、斑點、變色、裂痕、皺紋、軀殼、粘化、焦燒、收縮的變化，如在日曬雨淋的過程中農用薄膜會產生變脆、變色的情況，某些有機玻璃制品時間久了會出現紋路。物理性能的變化主要是材料的流變性、溶脹性、溶解性降低，表現在材料上是透水性、耐熱性和耐寒性的降低。力學性能的變化主要是沖擊力、剪切力、彎曲強度和拉伸強度的降低，因此材料的應力和伸長度也會下降，如橡皮筋在老化后會出現變硬、彈性下降的情況。電性能的老化現象表現為電學性能下降，如介電常數下降、體積電阻和表面電阻下降等。

2 高分子材料老化原因分析

高分子材料老化存在兩種原因，一個是內部因素對高分子材料的影響，二個是外部因素對高分子材料的影響。

內部因素包括聚合物高分子化學結構、物理形態、分子量及分布情況等。高分子聚合物的化學結構主要是由于內部的弱鍵會隨著外部的變化而產生自由基，因此在后續過程中會發生老化現象；高分子材料的物理形態是由一些有序和無序的分子鍵組成的，因此形成了結晶區和非晶區。由于這些并不均勻的材料形態，導致了內部結構容易受到外部環境的影響而發生質變；分子量及分布情況也是影響高分子材料老化的一個重要因素，特別是分布比較寬的分子量就存在很多的端基，因此老化也更快。

外部因素主要是溫度、濕度、氧氣、化學介質、生物因素的影響。溫度因素是由于在高溫環境下加速了高分子鏈的運動過程，引起了基團脫落和熱分解，在低溫環境下高分子的聚集態結構受到影響，從而影響了物理性能或是力學性能的改變，從而高溫或低溫都可能引起高分子材料的老化；溫度因素主要歸結于水分對材料的溶脹及溶解的影響，濕度會引發維持高分子材料分子間作用力的改變，破壞材料的聚集狀態。對于非交聯的非晶聚合物高分子材料來說，濕度的影響更加明顯，會使高分子材料發生溶脹甚至發生解體，從而損壞材料的性能；對于塑料、纖維等結晶形態的高分子材料來說，由于存在明顯的水分滲透限制，濕度的影響不明顯；在高分子材料老化過程中，氧氣的作用是巨大的。高分子主鏈會受到氧氣的攻擊而斷裂，甚至降低了分子量，因此氧化反應較為明顯，老化隨著時間慢慢加劇；化學介質影響高分子老化主要是對共價鍵（加成、交聯、斷鏈的化學改變）和次價鍵（聚集態結構的物理改變）的作用，這個是一種介入高分子材料內部的影響因子。生物因素主要是指的微生物能夠利用和分解高聚物的催化酶，通過變異來改變高分子材料的內部結構，從而讓高分子材料產生老化。

3 高分子材料的防老化措施

3.1 高分子材料的熱老化預防措施

熱老化預防措施主要是通過改變高分子材料的物理性能。增塑劑是一種降低玻璃化溫度的措施，可以讓高分子材料在寒冷的狀態中不被老化。它有結構增塑和分子增塑兩種形式，結構增塑增塑劑以分子尺寸的厚度分布于聚合物的聚集態結構之間，起到潤滑作用。分子增塑是增塑劑在分子水平上與高分子混溶，降低高分子鏈之間的相互作用力，增加高分子鏈的柔順性。

3.2 高分子材料的濕老化預防措施

濕潤、水解會引發高分子材料的老化，主要是由于聚酰胺、聚縮醛、聚酯等高分子材料會受到水分鐘堿、酸的影響，從而產生分解變化，導致化學性能受到改變，因此這類材料只能通過蓋上一層保護膜來防止水分對材料的侵蝕。在實際生產過程中，這類高分子材料應當減少運用。

3.3 高分子材料的氧老化預防措施

在高聚物等高分子材料的加工過程中，有選擇性的加入胺類抗氧化物、酚類抗氧化物、含硫有機化合物以及含磷化合物等物質，能與過氧自由基發生反應，從而使氧老化反應終止。抗氧劑分為自由基受體型和自由基分解型兩種，自由基受體型抗氧劑能與過氧自由基迅速反應，使其活性降低；自由基分解型抗氧劑能夠使高分子過氧自由基轉變成穩定的羥基化合物，進而降低高分子材料的老化速度。一般來說，如果自由基受體型抗氧劑能與自由基分解型抗氧劑共同作用，往往會產生較好的協同效果。

3.4 高分子材料的生物老化預防措施

為了減少高分子材料被生物老化的現象，首先要認識到高分子材料容易受到哪一類生物的影響。在現實生活中，霉菌是對高分子材料威脅最大的，在短時間內便能造成高分子材料的老化。其次是原生動物、藻類、細菌等，這些也在不知不覺中對高分子材料產生影響。所以，對菌類的預防是最重要的，現在主要的防老化技術是添加反微生物因子，防霉劑等措施來預防此類老化的發生。

4 結語

高分子材料的結構是非常復雜的，并不是一朝一夕便能夠完全將其中的奧妙解釋清楚，同時高分子材料的老化也存在著諸多因素，有時外部因素和內部因素同時結合作用到高分子材料中，會產生一系列變化。因此，在日后的研究過程中必須不斷加大對高分子材料老化的分析，才能更為有效的解決高分子材料老化存在的原因，從而提出有建設性并有實踐意義的建議。

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趙素祥（1991-），男，山東滕州人，池州學院，本科。