浅谈高分子材料老化性能

 浅谈高分子材料老化性能

胡强

43030419750912027X 浙江方圆新材料股份有限公司

摘要：           

随着科技的飞速发展，高分子材料在人们的生活和工作中得到了广泛的运用，并逐渐形成了人们日常使用的重要物质。不过高分子材料在使用的时候会发生一些问题，导致高分子材料的寿命受到了极大的影响，所以目前许多行业还不能用高分子材料来代替。为此，本文对高分子材料的抗衰老机制进行了深入的探讨。

        关键词：高分子材料；老化机理；防治方法

        引言

    高分子材料是指一种具有高分子质量的复合物质。高分子材料的结构具有很好的改性和延展性，而且很容易被处理。高分子材料在人类的日常生产中得到了大量的使用，如塑料、纤维、涂料等。特别是航空工业、社会基础设施、军队等领域，可以成为推动国家发展的重要因素。然而，一旦出现了老化现象，不仅会降低其使用的价值，还会使其失去原有的使用性能。高分子材料的老化通常是：物质形态发生变化，内部化学反应导致化学分子发生变化。其产生原因主要有内外两方面。高分子材料的结构简单，用途广泛，性能优异，其作用与分子结构紧密相关。所以，有必要防止它的衰老。

        1概述

      高分子材料和小分子物质是一个相对的概念，高分子材料的分子量大，分子量分布分散，这就是高分子材料和小型分子结构的不同之处。高分子材料物质的分子量一般大于10000，其分子量和其组成成份是比较稳定的。高分子材料的分子量多分散是指高分子材料的分子结构比较均匀，其各个部分的化学性质、物理特性和生物特性相差不大，能使其得到充分的利用。

        2高分子材料的老化机理

        2.1合成纤维老化机理

      合成纤维中含有大量活性的端基，如端胺基，一旦受到臭氧、辐射、氧气等因素的作用，就会使其发生氧化，从而导致酰胺键的破坏。通常来说，当酰胺键断裂时，会生成较低分子量的聚酰胺、环戊酮和CO2，随着CO2的不断排放，合成纤维会慢慢地变成黄色，从而改变其性质，这就是人造纤维的衰老机制。此外，由于水和热等条件可以加速合成纤维的光催化，所以在大气中的水分和高温下，合成纤维的老化会加速。

        2.2塑料及其老化机理

      塑胶是常用的高分子材料，使用寿命也比较长久。PVC多用于清洁剂、食用油、农药容器（不作食品包装，不能再利用，不耐高温）,  PP多用于可直接加热的塑料制品（主要用于乳制品包装、微波炉，可承受167摄氏度的温度）。另外，在日常使用的塑料中，1号塑料、4号塑料、6号塑料和其它（如 PC、PA）。塑料是一种非常广泛的产品，它成本低廉，可回收再利用，但其分解速度一般很慢，大多数不能承受高温。

        2.3聚烯烃类塑料商品的老化机理

    在现有的市场上，有两种常见的老化机制：热氧法和光氧法。就聚乙烯塑胶产品的热氧老化而言，光氧老化与低分子的化学作用机制基本一致，均可自行氧化。从两种不同的塑胶产品的衰老方式看，其中光氧化是其中最主要的一种。通常情况下，聚乙烯等高分子材料在正常的工作状态下，很可能会被空气中的各种因素所影响，导致氧化。

这是因为，聚乙烯产品的分子结构比较独特，很可能会混入一些未知的物质，从而导致它们被氧化。另外，因为塑胶产品的分子构造比较大，并且塑胶产品中含有很容易氧化的成分，因此光氧老化是其中最主要的一种。这就导致了塑料产品的外表和功能都会出现一些问题。

3.高分子材料老化的原因

高分子材料材料的衰老过程受多种因素的制约，其影响因素多种多样。例如：物质自身的化学结构，自身的物理状态等。又如：受太阳、大气的湿气等因素的作用。其主要体现在下列方面。

      3. 1 金属掺杂物

在制造高分子材料的过程中，会有大量的原材料，例如：大量使用的金属。由于使用的原料中包含了大量的催化剂，因此它难以完全避开与物理层的直接接触，在此条件下，杂质会与高分子材料继续相溶，导致高分子材料的结构特性下降，导致其表面的氧化和衰老。

      3. 2 光照温度

在我们的日常生活中，随着气温的升高，水汽和其他粒子的扩散，会越来越快，高分子材料的振动越来越大。到一定程度，高分子材料在分子链间发生了化学反应，高分子材料的结构进而会发生热的降解和分解，导致了结构的衰老。因此，高分子材料在高温下会发生物理和化学性质的变化，从而导致老化。在高分子材料物质中，在光直接照射下，能被分解。在一定的条件下，双键高分子材料会吸附到材料的表面，使高分子材料发生大量的化学反应，使其化学组成发生变化，使其性质发生变化，导致其老化。

       3.3 温度

高温对高分子材料的性能也有很大的影响。高分子材料在高密度的水分子中，会发生膨胀，最终导致高分子材料的物理性质发生变化。虽然可以在某种意义上影响高分子材料的分子力，但高分子材料的聚合态也会随之变化，使得高分子材料的性质和应用价值都随之下降。

        4高分子材料老化的防治方法

        4.1防止塑料发生老化的具体措施

     要防止塑胶的老化，就要在塑胶防老中采取一些防范的方法。就塑胶而言，塑胶抗老化通常有下列步骤。首先，在塑料成形之前，尽量降低混合的污染。另外，要尽量降低与空气的接触，即使无法避免，也要在一定程度上控制其接触的范围，以减小其温度，防止其升温。在塑料的制备过程中，可以采用人为添加增塑剂来减少其升温。另外，要提高塑胶产品的耐老化性，也要在塑胶快成形时添加适量的防老化剂。目前，我们所采购的塑胶大多都已添加了抗老化物质。另外，因为使用的塑胶产品的种类也各有差异，所以使用的防老化材料也不尽一样。因此经常在塑胶进行复合时，不会单独使用防老剂，而要彼此搭配，达到更好的抗老化效果。所以，选择抗老化剂是一个很大的难题，防老剂必须要和高分子材料兼容，而且不能有任何的挥发性，否则会影响到塑胶产品的原有色彩。

       4.2设置防老化涂层

       高分子材料的衰老是由光、热、水、氧、臭氧等多种因素决定的，而在高分子材料表面形成一层保护膜，可以起到很好的抗老化作用。比如，如果高分子材料在阳光下暴露后，可以将颜料涂抹在其上，从而在其上形成一种颜料，如果颜料本身的耐光度很好，那么高分子材料在强烈的光线下，就不会产生光的氧化，从而使高分子材料的衰老速度降低。

       4.3制作加工时加入防老化剂

        由于采用从动值物中直接萃取的方法存在一定的局限，目前国内应用较多的高分子材料原料主要是人造的。因此，在生产中可以通过添加抗老化剂来提高高分子材料的性能和结构，减少其活性，以减缓其老化速度。

抗老化剂有下列类型。第一类是添加抗氧化剂，氧化作用是导致高分子材料老化的主要因素，而采用抗氧化剂可以减少其氧化反应强度，从而起到防止老化作用。第二类是添加热稳定剂，某些高分子材料的老化机制为热氧化作用，添加这种材料可以改善其抗高温性能，并增加其在高温下的热氧化作用。第三类是添加光稳定剂，这是因为高分子材料的光氧化作用导致了一些高分子材料的衰老，而光的影响则是通过对物质分子和紫外线的作用来实现的。在高分子材料中添加光照稳定或紫外稳定剂，可以改善其光氧化性能。

        结语

      随着国家的改革和发展，高分子材料在国内的用途将更加广泛。但是，要针对高分子材料的衰老机制，尽量采取相应的防范方法。加强高分子材料的抗老化，不但可以延长高分子材料的使用年限，而且既节省了新的原料，还可以降低资源的消耗。除了要做好高分子材料的防老化工作，还有许多新的技术，比如防老剂。以期为国内高分子材料的抗衰老机制及预防对策提供有益的借鉴。

        参考文献：

        [1]王猛，秦志凤.高分子材料老化机理及防治方法[J].化工设计通讯，2017，43（1）：46.

        [2]陈俊桥，黄靖.高分子材料的老化及防老化分析[J].中国化工贸易，2018，10（3）：235.

        [3]曹毅．高分子材料的老化及防老化研究[J]．化工管理，2017（05）：128．

王华15868848682杭州市西湖区教工路校区D座111华培教育（包邮1本）