高分子材料的防老化研究

朱澤林（長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春　130000）

高分子材料的防老化研究

朱澤林
（長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春130000）

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

高分子材料；老化；研究；進(jìn)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(chǔ)以及使用時(shí)，會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，物理機(jī)械性能遭到破壞，從而喪失其使用價(jià)值過(guò)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(jī)械性能變化和電性能變化等。造成高分子材料老化現(xiàn)象的主要內(nèi)在原因?yàn)槠浔旧淼幕瘜W(xué)結(jié)構(gòu)、聚集態(tài)結(jié)構(gòu)以及成分。此外，影響的外在原因主要光、熱、輻射、機(jī)械應(yīng)力等物理變化?；瘜W(xué)因素，包括氧、臭氧、水、酸、堿等的作用；生物因素，如微生物、昆蟲(chóng)的作用。老化往往是內(nèi)外因素綜合作用的極為復(fù)雜的過(guò)程。

二、高分子材料老化的研究現(xiàn)狀

（一）塑料的老化研究。

聚乙烯（PE），常用樹(shù)脂之一，主要為農(nóng)用棚地膜的原材料。由于地膜的使用環(huán)境是在長(zhǎng)時(shí)間光照下，所以人們對(duì)其光氧老化性尤為重視。戴李宗通過(guò)研究紫外光加速老化過(guò)程中樣拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率隨組成、光照時(shí)間這三者之間的關(guān)系，得出如果能夠保證各填充組分的用量和關(guān)系能夠科學(xué)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(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，老化溫度和時(shí)間對(duì)LDPE/LLDPE/HDPE 薄膜拉伸強(qiáng)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(gè)中最好的。另外，高俊剛等人通過(guò)對(duì)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(nèi)外氣候的影響下的老化數(shù)據(jù)，得出材料因氣候變化的規(guī)律與其自身的成分以及制造加工工藝有極強(qiáng)的相關(guān)性。此外，他還對(duì)人工光加速對(duì)材料的老化性以及在在廣州戶外環(huán)境中對(duì)材料老化的影響作了相關(guān)研究，依據(jù)PVC 材料缺口沖擊強(qiáng)度保留率的線性回歸方程，推算出材料在戶外環(huán)境影響下的壽命。

（二）橡膠的老化研究。

目前，人們對(duì)天然橡膠的需求量在橡膠品種中應(yīng)該是最大的，這主要是因?yàn)槠渚哂辛己玫膹椥院蛷?qiáng)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(guò)實(shí)驗(yàn)研究了在防老劑D提純品和工業(yè)品的影響下，天然橡膠的抗氧化能力。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中也研究了熱氧化誘導(dǎo)期、熱失重以及熱老化這些性能的變化。通過(guò)實(shí)驗(yàn)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(guò)采用熱分析法和裂解氣相色譜－質(zhì)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(zhì)。研究得出，天然橡膠硫化膠在熱氧老化初期時(shí)，其力學(xué)性能加強(qiáng)，交聯(lián)密度會(huì)增大，熱失重起始溫度也會(huì)隨之上升。此外，老化程度的加深，促使降解能力加強(qiáng)，從而減少天然橡膠硫化膠的硬度和交聯(lián)密度，導(dǎo)致其熱穩(wěn)定性降低。田可新通過(guò)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(jié)論。蔡登科等將納米粒子和納米復(fù)合材料技術(shù)在硅橡膠改性中應(yīng)用，使硅橡膠納米復(fù)合材料在結(jié)構(gòu)、性能展現(xiàn)出誘人的應(yīng)用前景，已成為材料科學(xué)研究的熱點(diǎn)。

（三）膠粘劑的老化研究。

Davis Fata 等人對(duì)環(huán)氧膠粘劑做了實(shí)驗(yàn)，條件設(shè)為60℃，研究其熱老化和水熱老化。結(jié)果表明，在老化100天之后，兩種環(huán)境下的膠粘劑的變化截然不同。在熱老化環(huán)境下的膠粘劑完全沒(méi)有產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，而在熱老化環(huán)境中的則發(fā)生了極大的變化。李愛(ài)玲等人研究鹽度對(duì)聚氨酯膠粘劑膠的拉伸剪切強(qiáng)度的影響。結(jié)果顯示水的NaCl含量越高，聚氨酯膠粘劑的粘接強(qiáng)度下降越慢。而溫度僅在泡初期對(duì)其粘接強(qiáng)度產(chǎn)生影響，能夠降低其強(qiáng)度，到了浸泡中后期，影響減少。而NaCl含量對(duì)聚氨酯膠粘劑粘接強(qiáng)度的影響在浸泡中后期會(huì)加快減少聚氨酯膠粘劑的粘接強(qiáng)度。

三、高分子材料老化研究展望

當(dāng)今社會(huì)，隨著環(huán)境保護(hù)的意識(shí)加強(qiáng)，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(chǎng)主流。但是，通過(guò)查閱各類文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)人們對(duì)于戶外環(huán)境這一因素對(duì)高分子材料的報(bào)道并不是太多，而且世界各國(guó)人員對(duì)于其研究方式和方法也大相徑庭，研究結(jié)果也不統(tǒng)一。所以，我們對(duì)于高分子的抗老化能力還需要更深入的研究。主要方向?yàn)椋撼Ｒ?jiàn)的特別環(huán)境下高分子材料的老化規(guī)律；各種外界因素的共同作用下，高分子材料結(jié)構(gòu)性能的變化；光對(duì)高分子材料機(jī)理的作用；探索出最科學(xué)合理的的人工加速老化強(qiáng)度；分析人工加速試驗(yàn)與戶外自然環(huán)境試驗(yàn)之間的聯(lián)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(xié)同效應(yīng)研究，以及廢舊高分子材料的回收利用等。

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