高分子材料老化機理與防治措施分析

于良，于祝明 (中國檢驗認證集團山東有限公司，山東 青島 266000)

0 引言

現(xiàn)階段我國市面上所見到的高分子材料種類眾多，較為常見的有塑料、橡膠等，如果這些高分子材料發(fā)生老化，不僅會影響其外觀，更加會影響到產(chǎn)品自身功能性，一般來說，如果高分子材料發(fā)生老化會導(dǎo)致材料失去原有的顏色以及光澤，同時還很有可能會導(dǎo)致材料出現(xiàn)拉伸強度下降以及龜紋等現(xiàn)象。因此，對高分子材料的老化機理以及防治措施進行針對性分析是非常有必要的。

1 高分子材料的基本概念

高分子材料屬于生活化學(xué)領(lǐng)域下的一個類別，其主要是指以高分子化合物為基本單元所組成的聚合材料，同時也包括天然高分子。高分子與小分子屬于同一概念，但與此同時，二者也有一定差異性，通常情況下，高分子材料具有分子量大以及分子量分布分散性的特點，而小分子材料則與其截然相反，不僅分子量較小，其組成成分也相對固定。目前來看，如果按照來源對高分子材料進行劃分，可以大體將其分為天然高分子材料以及合成高分子材料兩大類。對于天然高分子材料來說，其主要是指可以在自然界直接獲取并且利用的高分子聚合物質(zhì)，例如天然纖維、天然橡膠等。而對于合成高分子材料來說，其所包含的內(nèi)容較為廣泛，可以將其大體分為三類，即合成橡膠、合成纖維以及塑料。無論是天然高分子材料還是合成高分子材料，其分子量都具有較強的穩(wěn)定性，具有其他材料不具備的優(yōu)越性。高分子材料的密度通常要比一般材料密度更小，這也使得高分子材料具有輕便性的優(yōu)勢，無論在化學(xué)特性還是物理特性與其他材料相比較都有一定優(yōu)越性[1]。

2 高分子材料老化機理分析

2.1 塑料及其老化機理分析

塑料是現(xiàn)階段人們?nèi)粘Ｉ钪凶顬槌Ｒ姷囊环N高分子材料，其屬于一類合成材料，我國塑料材料中最常見的組成成分包括聚氯乙烯、聚乙烯等等。對現(xiàn)階段的塑料材料進行分類可以分為2號塑料、3號塑料以及5號塑料。其中，2號塑料一般應(yīng)用于農(nóng)藥以及清潔劑等容器中，一般情況下不會考慮將其應(yīng)用到食品包裝中，同時也不考慮將其循環(huán)利用。而對于3號塑料來說，通常會考慮將其應(yīng)用到水管、地膜等制作中，3號塑料的主要優(yōu)勢體現(xiàn)在價格便宜，但同時3號塑料耐高溫性較差，并且不可作為飲食包裝。對于5號塑料來說，其屬于可以直接加熱的塑料材料，通常會將其應(yīng)用到微波爐餐盒以及飲食包裝中，此種材料的主要優(yōu)勢體現(xiàn)在耐高溫性較強[2]。對于塑料來說，往往其老化現(xiàn)象較為常見，例如，如果直接將熱水倒入普通的礦泉水飲料瓶中，礦泉水瓶往往會以肉眼可見的速度枯萎、變形，這一現(xiàn)象也屬于塑料老化現(xiàn)象。目前來看，普通塑料的老化大體分為熱氧老化以及光氧老化兩種。對于熱氧老化來說，其屬于最為常見的老化方式，是因為一種游離基鏈式反應(yīng)，材料在受熱情況下高分子由聚合狀態(tài)變?yōu)橛坞x基狀態(tài)，并且形成了游離基鏈，一般情況下只有游離基鏈達到飽和之后才能停止繼續(xù)老化。對于光氧老化來說，其主要是指塑料材料長期在陽光充足或者氧氣密度較大的環(huán)境中所發(fā)生的一種緩慢氧化現(xiàn)象，與鐵生銹的原理較為類似，這一老化過程往往較為復(fù)雜，對塑料材料原有高分子結(jié)構(gòu)的破壞也是緩慢進行的，通常會導(dǎo)致高分子鏈發(fā)生斷裂，最終導(dǎo)致分子結(jié)構(gòu)被整體破壞[3]。

2.2 橡膠及其老化機理分析

橡膠在人們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)常會應(yīng)用到，無論是在汽車輪胎、還是門窗密封以及高壓鍋密封中都發(fā)揮出了理想效果，但是在實際使用過程中，往往橡膠材料也會發(fā)生老化現(xiàn)象，橡膠材料的老化較為緩慢，并且其老化機理較為簡單，通常情況下是由于在光與熱的雙重作用下發(fā)生了綜合反應(yīng)，而致使緩慢老化現(xiàn)象出現(xiàn)。橡膠發(fā)生老化之后，最為直觀的表現(xiàn)為橡膠表面發(fā)生龜裂，且橡膠材料失去彈性，其整體顏色也發(fā)生明顯變化。

2.3 纖維及其老化機理分析

纖維是一種較為常見的高分子，通常是在植物中對其進行提取，通過人工合成以及加工的方式制作成相應(yīng)的產(chǎn)品。纖維的造價成本較低，綜合性能較強，因此在我國有較為廣泛的應(yīng)用，無論是在建筑領(lǐng)域、輕工業(yè)領(lǐng)域、生物醫(yī)藥領(lǐng)域中的應(yīng)用都發(fā)揮出了理想效果[4]。通常情況下，纖維材料具有一定的彈性以及韌性，當此種材料發(fā)生老化之后，最為直觀的改變體現(xiàn)為顏色由本色而變成黃色，并且纖維物質(zhì)也會變的非常脆弱，像浸濕之后又晾干的紙張一樣。纖維的老化與其自身分子組成特性有直接關(guān)系，絕大多數(shù)纖維中都含有較為活潑的基團，這些基團可能會在水氣、輻射等條件之下發(fā)生氧化反應(yīng)，會致使其分子聚合狀態(tài)的肽鍵發(fā)生斷裂，同時也直接改變了纖維物質(zhì)的整體化學(xué)結(jié)構(gòu)。纖維老化的原因往往具有多樣性的特點，綜合來看，水熱條件是纖維老化最為明顯的因素，如果在水熱條件較為激烈的環(huán)境之下放置纖維材料，會在很大程度上加速纖維的老化[5]。

3 高分子材料老化防治方法分析

3.1 應(yīng)用防老化涂層

防老化涂層在現(xiàn)階段我國高分子材料老化防治中的應(yīng)用最為廣泛，并且此種方法操作較為簡單，屬于最為直接的防老化方式，只需要在高分子材料的表面涂上一層外衣，從而保證高分子材料不會直接與水氣、臭氧以及氧氣等物質(zhì)直接接觸，起到隔斷的作用，這樣可以在很大程度上降低高分子材料的老換速度。同時，防老化涂層往往顏色可選，可以通過合理的顏色搭配來進一步提升高分子材料的美觀性，這也使其環(huán)保效益以及經(jīng)濟效益得到了雙重保障。

3.2 多類型高分子材料并用

對于不同類型的高分子材料來說，往往由于材料自身性質(zhì)不同，其老化機理也存在較大差別，可以嘗試將不同性質(zhì)的高分子材料進行組合應(yīng)用，從而形成一種復(fù)合型高分子，這種復(fù)合型高分子材料與單一的高分子材料相比較，其往往具備多種物理特性以及化學(xué)特性，其在抗老化能力方面的表現(xiàn)也更為優(yōu)秀。但是對于此種方法來說，往往在實際操作的時候有較大局限性，首先因為其對于技術(shù)有很高的要求，由于不同高分子材料在物理特性以及化學(xué)特性上存在很大差異，因此其穩(wěn)定性也明顯不同，想要使其穩(wěn)定的聚合在一起操作難度較高[6]。其次對于組成材料的選擇有一定限制，如果將合金與植物融合到一起，往往其最終保留的特性具有一定隨機性，有時候不僅很難保證高分子材料的抗老化能力，還很有可能會對材料原始功能特性產(chǎn)生嚴重影響[7]。

3.3 不同類型高分子材料具體的防治老化方法

3.3.1 防治塑料老化的措施

塑料屬于一種相對容易發(fā)生老化的高分子材料，因此要注意對塑料材料應(yīng)用一些抗老化預(yù)防措施，可以嘗試從以下幾個方面入手：首先，在塑料還沒有完全成型的時候，應(yīng)該注意盡最大努力減少塑料中的雜質(zhì)，并且在成型操作過程中，也應(yīng)該盡量避免塑料與空氣直接接觸，如果塑料與空氣不可避免的要互相接觸，要對接觸時的溫度進行嚴格控制，避免溫度過高的情況出現(xiàn)；其次，在對塑料抗老化劑進行應(yīng)用的時候，應(yīng)該注意不同塑料制品的用途存在較大差異，并且其所需要的防老化劑也不盡相同，在進行塑料材料合成操作的時候，通常應(yīng)該考慮應(yīng)用多種防老化劑相結(jié)合的方式，這樣才能使塑料抗老化措施取得較為理想的效果[8]。

3.3.2 防治橡膠老化的措施

在進行橡膠老化防治操作的時候，應(yīng)該意識到要從改善橡膠材料分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性方面進行入手，目前來看，材料防老化方式主要分為三種，第1種是改變橡膠分子的原有結(jié)構(gòu)，第2種是引入防老劑，第3種則是將橡膠高分子材料互相結(jié)合利用。其中，橡膠分子結(jié)構(gòu)改性是最為常用的橡膠材料防老化方式，之所以橡膠材料會發(fā)生老化，主要是因為這一材料中橡膠分子含有過多的雙鍵，這些雙鍵很容易被日常生活中所出現(xiàn)的各種物質(zhì)所氧化，所以我們通常所說的橡膠氧化實際上是橡膠結(jié)構(gòu)中的橡膠分子雙鍵被氧化，想要進一步提升橡膠材料的整體抗老化能力，應(yīng)該注意在保證橡膠材料彈性的前提之下，盡量降低橡膠分子結(jié)構(gòu)的活性，這樣可以使橡膠分子結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的情況得到有效改善。

3.3.3 防治纖維老化的措施

從現(xiàn)階段我國市面上纖維產(chǎn)品銷售情況來看，很大一部分纖維材料在進行老化處理的時候，往往是在化纖類材料加工的時候加入抗老化劑，其主要目的是為了增加化纖類材料的穩(wěn)定性，因此也可以將其稱為穩(wěn)定劑。一般情況下，應(yīng)該注意根據(jù)化纖材料的實際情況來對穩(wěn)定劑進行選擇，大多數(shù)化纖材料都是被應(yīng)用在衣服制品中，因此要保證化纖類材料整體柔軟性以及穩(wěn)定性，這樣才能使化纖材料抗老化能力得到保證。此外，還應(yīng)該注意根據(jù)化纖類產(chǎn)品自身實際要求來對存放條件進行嚴格設(shè)定，要避免在露天環(huán)境中存放化纖類產(chǎn)品。在對化纖類產(chǎn)品進行擺放的時候，通常情況下會考慮采用丁字形排列的方式，這樣更加有利于產(chǎn)品通風(fēng)，要注意對化纖類產(chǎn)品存放溫度以及濕度進行有效控制，還要每個月對其進行定期檢查，避免出現(xiàn)蟲蛀以及受腐蝕現(xiàn)象。

4 結(jié)語

總而言之，隨著我國社會經(jīng)濟水平不斷提升，高分子材料的研發(fā)也已經(jīng)進入到了一個新的階段，這也使得高分子材料在我國應(yīng)用越來越廣泛，給人們?nèi)粘Ｉ顜砹撕艽蟊憷?。但是高分子材料，在實際運用過程中往往容易發(fā)生老化現(xiàn)象，這就要根據(jù)高分子材料自身的實際老化機理做出相應(yīng)的預(yù)防措施，通過這種方式來進一步提升高分子材料使用壽命，同時也在很大程度上降低了資源浪費。目前來看，防老化涂層、多類型高分子材料融合的方式在我國開始逐漸推行，尤其對于防老化涂層方式來說，在實際應(yīng)用的過程中發(fā)揮出了較為理想的效果。今后，我國應(yīng)該注意進一步提升對高分子材料老化機理的研究深度，制定出更加具有針對性的防治措施。