浅析高分子材料老化原因及应对措施

浅析高分子材料老化原因及应对措施

作者：王悦

来源：《山东工业技术》2016年第17期

摘要：高分子材料在日常生活中随处可见，其容易受到多种不确定性因素的影响，主要体现在交通运输、存储材料等方面。高分子材料一旦受到外界因素的影响，自身的物理性质可能就会发生根本的转变，会严重影响其使用价值。本文对影响高分子材料老化的因素及应对措施进行了分析。

关键词：高分子材料；材料老化；应对措施

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.17.172

1 高分子材料定义及其老化现象

高分子材料是指含有聚合物成分或本身为聚合物材质的，由相对分子质量较高的化合物所构成的复合型材料。此种材料具有结构易改性，延展性和可塑性极高，因此也具有易于加工的特点。在日常的生产生活中，高分子材料的应用范围十分的广泛，主要包括塑料、纤维、涂料等。其中，塑料、合成纤维等材料广泛应用于我国的航空业、社会基础设施建设和军事建造等多种关键方面，在我国的经济发展过程中有着举足轻重的作用。

在现实生活中，高分子材料的老化现象严重阻碍了材料的应用价值，甚至令材料完全丧失使用功能。高分子材料的老化现象主要是指其物理形态的变化，或者是内在的化学反应，导致化学分子的改变。导致其发生改变的因素可以是内部的也可是外部的又或是综合因素的影响。

2 高分子材料老化的原因分析

影响高分子材料老化的原因十分复杂，影响因素的种类千差万别，例如：材料自身化学结构的改变、自身物理形态的改变其他物理因素、阳光辐射、空气的湿度等等。本文主要针对以下三种影响因素进行分析。

2.1 金属掺杂物的影响

在高分子材料的制造过程中会需要许多种物质，其中大部分物质为金属材料，金属材料的作用分为几种：可以是辅助材料、主要成分或者是催化剂等。但是其中的共同点就是都避免不了要有物理层面的直接接触，而在长时间的相互接触过程中，金属材料的掺杂物就会逐渐渗透到高分子材料中，改变材料的分子结构，这会影响高分子材料的表面氧化，逐渐出现老化现象。

2.2 光照温度的影响

在生活中我们知道，水分子或者物理颗粒等物质会随着温度的升高加速其传播速度，同理随着材料所受温度的逐渐升高，高分子材料高分子链的震动也会增强，其化学原理也很容易被理解，材料的分子链之间的化学键离解能是一固定的温度，类似于冰块融化的固定温度，只要分子键所受温度累积超过或者等于其分解的温度值，就会引起化学键的分解，进而导致高分子链的热降解或基团脱落。因此我们可知，材料所受温度的变化可能导致高分子材料的物理化学状态都发生改变，从而产生高分子材料老化现象。

聚合物材料受到光的直接照射，是否会发生化学分子链的断裂，取决于光能与离解能之间相对的大小。紫外线波长在特定范围内，会被含有羰基及双键的聚合物材料所吸收，致使大分子化学链断裂，材料的化学结构发生改变，导致材料性能下降，高分子材料出现老化现象。

2.3 湿度的影响

湿度对材料的影响主要是通过游离的水分子，高分子材料处在水分子比较密集的环境中，水分子会逐渐渗透到材料分子之间，时间积累之后材料会产生溶胀的现象，甚至会直接溶解，改变物理状态。会改变维持高分子材料分子间的作用力，使材料的聚集状态发生改变，从而使高分子材料丧失其应有的性能和使用价值。

3 高分子材料老化的预防措施

3.1 热老化的预防措施

将温度控制在玻璃化温度之上，有助于抑制结晶型塑料和橡胶等高分子材料制品的老化现象，但控制特定范围的温度会降低高分子材料的内在温度，使高分子材料的物理性质发生变化，以致材料的使用价值也发生改变。高分子材料的生产加工过程中，适当加入增塑剂，在增强高分子材料的可塑性同时也有助于降低玻璃化温度，以增强高分子材料的抗寒性。增塑剂对高分子材料的作用机理可以分为两种：第一种，分子增塑剂的作用机理是在分子水平上与材料分子相溶，使高分子链之间的相互作用力受到破坏，缓解了材料的刚性、增加了分子链的柔性；第二种，结构增塑的作用机理是增塑剂以分子的厚度为分布尺寸，在聚合物的聚集态结构之间均匀分布，以起到润滑的作用。

3.2 湿老化的预防措施

最近几年我国的空气污染问题越来越严重，空气中含有硫化物和酸化物等工厂排放废物，而聚酯、聚酰胺等高分子材料在酸或碱的催化作用下，再加上空气中的水分子就会发生分子水解现象，其水解产生的物质对大气的污染很严重，最恶劣的情况下可能会引发酸雨的产生，这对社会的基础建筑等方面的损害程度非常大，对于此类的高分子材料要谨慎使用。可是，在现实的生活中此类高分子材料运用十分广泛，为了避免其发生改变，可以在此类高分子材料表面加盖一层防水膜，这样就能有效的降低其与水接触的可能性，避免水解的发生，可以有效的预防高分子材料老化的发生。

3.3 光老化的预防措施

光老化的防护主要采用稳定化措施，实施该措施主要是为了控制紫外线辐射对高分子材料的接触，或者分散高分子材料储存的能量，使处于激发状态的高分子丧失能力，不能进一步产生链式反应。目前主要采用添加屏蔽剂的办法来防止高分子材料的光老化。光屏蔽剂——涂层和颜料无疑是运用最为广泛的材料，将其附着在高分子材料外不但能美化材料的外观，还能起到遮蔽紫外辐射和吸收紫外线的作用。

4 结语

近几年，越来越多的人们关注环境问题，我国“十三五”规划中也强调绿化环境的重要性，所以对如何提高材料的利用效率以及高分子材料防老化的问题研究应受到重视。本文主要从湿度、温度等方面探讨其对高分子材料老化的影响，又分别针对不同问题提出相应对策。在以后的研究中更要注重实际与实践相结合，以完善相关的内容研究。

参考文献：

[1]周勇.高分子材料的老化研究[J].国外塑料，2012（01）：35-41.

[2]冯军.浅究影响高分子材料老化的因素及应对措施[J].科技与企业，2014（17）：193.

[3]冯新德，张中岳，施良和.高分子辞典[M].北京：中国石化出版社，1994（19）.

[4]潘莹，张三平，周建龙等.大气环境中有机涂层的老化机理及影响因素[J].涂料工业，2010（04）：68-72.