高分子材料的老化及防老化研究

摘 要：在我國室外工程中，高分子材料的應(yīng)用非常普遍。但是由于室外溫度、濕度的變化，使得高分子材料容易隨著時間的推移而老化。這種老化的過程是外觀、性能的逐漸改變，通過對高分子材料的老化現(xiàn)象進(jìn)行分析，從而提出高分子材料防老化的措施，對解決高分子老化現(xiàn)象有著一定的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：高分子材料;老化;防老化

一、高分子材料老化

高分子材料老化是隨著時間推移的正?，F(xiàn)象，可以是電性能、力學(xué)性能、物理性能的變化，也有可能是外觀的變化。我們要研究高分子老化現(xiàn)象，就必須對老分子老化的原理進(jìn)行分析。①電性能老化。電性能老化主要指的是電學(xué)性能下降，如表面電阻下降、體積電阻下降、電常數(shù)下降等。②力學(xué)性能老化。力學(xué)性能老化是指的力學(xué)性能中剪切力、沖擊力的降低，以及拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度的降低等情況。③物理性能老化。物理性能老化主要是材料的溶解性降低，流變性降低等情況，材料會發(fā)生耐寒性和透水性的改變等。④外觀老化。外觀老化主要是高分子材料外觀的改變，如經(jīng)過長年累月的日曬會導(dǎo)致材料變色、變脆，玻璃制品使用時間過長則會出現(xiàn)一定的紋路等。一般外觀的改變主要是收縮、變色、裂紋、皺紋、斑點(diǎn)、霉?jié)n等。由于高分子材料老化是必然現(xiàn)象，我們必須找出高分子材料老化的原因，才能有針對性的提出預(yù)防老化的措施。

二、高分子材料老化的原因分析

高分子材料老化主要是內(nèi)部因素還有外部因素對高分子產(chǎn)生的影響。①內(nèi)部因素。高分子材料老化的內(nèi)部因素主要是物理形態(tài)、化學(xué)結(jié)構(gòu)等變化產(chǎn)生的影響。高分子材料是由一些有序和無需的分子鍵組成的物理形態(tài)，形成結(jié)晶區(qū)和非結(jié)晶區(qū)。由于不是同一的形態(tài)，會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)形態(tài)不一致，因此在外部環(huán)境的影響下這些物理結(jié)構(gòu)會逐漸發(fā)生變化，最終讓高分子材料老化。高分子材料老化是由化學(xué)結(jié)構(gòu)特殊的組成因子造成的，由于高分子材料內(nèi)部存在弱鍵，很容易隨著環(huán)境的變化而產(chǎn)生自由基，這些自由基隨著時間的推移會讓高分子材料老化。②外部因素。外部因素也是讓高分子材料老化的一個重要因素，在溫濕度變化、氧氣、生物因素、化學(xué)介質(zhì)的影響下，會讓高分子材料逐漸發(fā)生老化。溫度變化會影響高分子的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)，造成力學(xué)或是物理性能的改變;濕度變化使得高分子材料是水分對材料的作用力使得內(nèi)部的分子發(fā)生溶解或溶脹，對材料的性能有著破壞作用。氧氣是高分子材料老化的重要因素，氧氣會造成高分子主鏈隨著時間的推移而斷裂，在時間不斷增加的過程中，氧化會慢慢加劇。化學(xué)介質(zhì)的參與也會影響高分子材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，主要是對共價鍵和次價鍵的作用。

三、高分子材料的防老化措施

（一）添加防老劑，抑制高分子材料的老化

高分子材料老化現(xiàn)象是不可避免的，但是通過添加防老劑可以使高分子材料老化速度變慢，延長高分子材料的使用時間。從目前的應(yīng)用來看，高分子防老劑的應(yīng)用效果十分顯著，是在目前高分子材料領(lǐng)域使用最為頻繁的一種防老化手段，目前在市面上主要有抗氧劑、熱穩(wěn)定劑、紫外線穩(wěn)定劑等高分子防老劑。從原理上來看，高分子防老劑的原理主要是遏制氧化反應(yīng)，這樣高分子材料就不會或者很少受到氧氣的破壞，內(nèi)部結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定，自然而然的就降低了老化速度。防老劑必須在加工高分子材料的過程中加入，這樣就能穩(wěn)定高分子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，防護(hù)各類有害離子，從而達(dá)到抗老化的作用。

（二）設(shè)置防老化涂層，從外部防止高分子材料的老化

高分子材料老化的原因多種多樣，和外部環(huán)境有著莫大的關(guān)系，當(dāng)高分子材料受到臭氧、水、熱度等的影響都會加速老化。因此，為了有效的防止這些引起高分子材料老化的環(huán)境，就必不可少的使用防老化涂層，例如色素涂層就可以有效的避免高分子材料在受到太陽直射時所產(chǎn)生的光氧化反應(yīng)，減緩高分子材料老化的速度，為高分子材料裝上保護(hù)層。

（三）高分子材料并用，合成穩(wěn)定性更強(qiáng)的高分子材料

高分子材料并用是一種新的高分子材料防老化方法，主要指的是不同性質(zhì)的高分子材料通過共同加工的方式來形成一個性能更加穩(wěn)定的高分子材料。這種新的高分子材料在受到內(nèi)部環(huán)境和外部環(huán)境影響時很難發(fā)生氧化反應(yīng)，所以相對于普通的高分子材料氧化速度變慢，老化速度也會相應(yīng)的減緩。當(dāng)然，這種防老化措施有著一定的局限性，主要是由于并不是所有的高分子材料都可以用在一起合成一種新的材料來實(shí)現(xiàn)防老化。在不同高分子材料實(shí)行共同加工時，我們必須注意到要了解這些高分子材料的性能，不能夠共生的高分子材料不可以合成新型高分子材料，而且每種材料的加工工藝都不同，這些因素都是必須納入到。

四、結(jié)語

總而言之，高分子材料老化現(xiàn)象是必然的，隨著時間的推移老化現(xiàn)象會越來越嚴(yán)重，如果不采用防老化措施勢必會使得高分子材料的性能喪失。高分子材料老化的原理較為復(fù)雜，我們只有深入的考慮不同高分子材料的性能，找到這些高分子材料老化的原因，才有可能針對不同的高分子材料老化現(xiàn)象采用不同的方法去實(shí)現(xiàn)防老化過程，從而讓高分子材料老化速度減緩，增加高分子材料的適用范圍和性能，延長高分子材料的使用壽命。

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作者簡介：邵杰（1995-），男，安徽六安人，本科，研究方向：高分子材料與工程。