有機高分子材料的老化行為及其調控的研究

孫 艷

（上海建峰職業技術學院,上海 201900）

0 引言

在使用有機高分子材料之前，對材料的老化失效行為進行分析，才能掌握材料的老化失效規律。而在此基礎上，則可以采取適當的調控措施預防材料老化現象的發生。因此，對有機高分子材料的老化行為及其調控問題進行探討，對于提高材料的抗老化性能有著一定的指導意義。

1 有機高分子材料的老化行為分析

1.1 材料的熱老化

就實際情況而言，環境溫度的升高，將直接導致有機高分子材料中的分子鏈運動加劇。而在分子動能大于化學鍵的離解能時，則將導致分子鏈出現熱降解行為。此外，與材料力學性能相關的臨界溫度有多種。所以，隨著溫度的逐漸降低，材料在到達臨界溫度時就會出現結構上的變化，繼而使自身的物理性能也隨之改變。而這一現象，則被稱之為材料的熱老化現象。

1.2 材料的濕老化

濕度之所以能夠引起有機高分子材料的老化，主要還是因為水分子對材料作用。在材料被水分子包圍的情況下，材料分子之間的作用力會因溶脹和溶解而改變。而這將直接導致材料的聚集狀態遭到破壞，繼而使材料的性能受到影響。在實際生活中，非交聯的非晶聚合物就將明顯受到環境濕度的影響[1]。在材料被水分子包圍的情況下，該種材料甚至會出現解體，繼而出現嚴重的濕老化現象。

1.3 材料的氧老化

作為引起有機高分子材料老化的重要因素，氧氣對材料的老化行為產生了重要的影響。在空氣中，具有一定的滲透性的氧分子將對材料分子主鏈進行攻擊。而在這種情況下，材料內部將形成過氧化物或自由基，繼而導致分子主鏈的斷裂。此外，在自由基中存在金屬元素時，材料的氧化反應則將更加強烈。而一些材料的分子量的明顯降低，則將導致材料的快速老化。

1.4 材料的光老化

一般來講，一些有機高分子材料能夠吸收光能。在光的照射下，由于材料吸收的光能高于分子鏈的離解能，繼而導致了分子鏈的斷裂。而材料化學結構的改變，則直接導致了材料性能的劣化。此外，紫外線的能量較強，所以有機高分子材料常常會受到紫外線的傷害。

1.5 材料的生物老化

在加工有機高分子材料的過程中，往往需要使用大量的添加劑，繼而給微生物的生長提供了良好的環境。而微生物具有較強的變異性，可以分解出高聚物的催化酶。所以，微生物將以材料為食物，即通過吸收材料內部營養而導致材料的迅速降解，繼而造成材料的老化。而微生物在生長過程中產生的一系列代謝物，則將導致材料的光潔度降低，繼而影響材料的使用。

2 有機高分子材料的老化行為的調控

2.1 熱老化的預防

為了預防材料的老化，首先要合理控制材料的加工溫度。而過低的溫度也會導致材料性能發生變化，所以也要增強材料的抗寒性。具體來講，就是在材料生產過程中，需要添加一定的增塑劑，從而使材料的玻璃化溫度得到降低。就目前來看，增塑劑主要有分子增塑和結構增塑兩種。其中，分子增塑可以增加分子鏈柔順性，而結構增塑則能起到潤滑作用。

2.2 濕老化的預防

在預防材料的濕老化時，主要需要防止材料在酸堿催化作用下接觸水分子。因為，一些有機高分子材料在酸堿催化作用下水解，則將對空氣造成一定的污染，甚至引發酸雨的出現[2]。所以，需要盡量避免在酸堿環境下使用該類材料。此外，為了防止材料與水分子的接觸，也可以在材料表面覆蓋防水薄膜，從而防止材料因水解而老化。

2.3 氧老化的預防

在現實生活中，材料不得不接觸大量的氧分子。所以，在材料加工的過程中，可以添加一定的抗氧化物。因為，這些抗氧化物將與材料產生的過氧自由基發生反應，繼而徹底終止材料的氧老化反應。就目前來看，現階段的抗氧劑主要有兩種，即自由基受體型和自由基分解型。其中，受體型抗氧劑能夠降低過氧自由基的活性，而分解型抗氧劑則能夠使過氧自由基轉變成穩定化合物，繼而使材料的老化速度得以降低。

2.4 光老化的預防

在材料加工的過程中，加入適量的光穩定劑可以預防材料的光老化。就目前來看，常用的光穩定劑有光屏蔽劑和紫外吸收劑。其中，光屏蔽劑可以進行紫外光的反射，繼而防止光能進入到材料內部。而紫外吸收劑則可以主動吸收紫外線的能量，繼而通過釋放熒光而將光能從材料內部排出。此外，也可以在材料的表面涂抹一定的丙烯酸涂料[3]。因為，該涂料可以進行紫外線的預防，并增加材料的光穩定性。而涂料的涂層越厚，材料的光穩定性則越好。

2.5 生物老化的預防

就目前來看，能夠導致有機高分子材料出現生物老化的微生物主要為霉菌。所以，想要預防材料的生物老化，就需要做好霉菌的預防。而防止材料的霉菌老化的方法主要是在材料中加入防霉劑，繼而防止霉菌的滋生。此外，也可以在材料表面涂抹反微生物因子，以便預防材料出現生物老化現象。

3 結論

總之，由于有機高分子材料本身具有一定的復雜性，所以影響材料老化行為的因素有很多。因此，有關人員有必要加強對材料老化性能的研究，以便全面掌握影響材料老化的因素，繼而更好的預防材料的老化。

[1]孫彥紅,易傳斌,皮紅等.有機高分子材料使用壽命預測方法[J].高分子通報,2011(12):128-132.

[2]張彤,王麗琴.光穩定劑在有機高分子文物保護材料改性中的應用[J].材料導報,2014(09):104-108.

[3]李倩,強洪夫.高分子材料老化表征與分子模擬研究進展[J].高分子材料科學與工程,2010(01):170-174.