高分子材料老化機理與防治措施分析

宋成偉

摘 要 目前我國科技水平迅速發展，高分子材料被廣泛應用在人們日常生活中。市面上很多常見的高分子材料，由于隨著使用時間的不斷增加，像常見的塑料、橡膠、涂料這些高分子材料很有可能出現外觀和性能發生變化的現象。這些高分子材料的老化不僅很大程度上影響了商品的外觀，同時也極大地降低了高分子材料商品的使用時間。本文針對高分子材料的老化機理與防止措施提出建議。

關鍵詞 高分子材料;老化機理;防治措施

引言

高分子材料老化實際上就是指高分子材料才使用、存放過程中，受化學結構、物理形態、分子量、分子分布以及其他外部因素的影響而導致的性能變壞，而要想避免或是延緩高分子材料老化，則需要對其老化機理進行明確，并在此基礎上探索出有效的防治措施。

1 高分子材料老化的普遍機理

1.1 聚烯烴類塑料商品的老化機理

目前市面上能見到的塑料商品的老化機理有兩種，分別是熱氧老化和光氧老化。對于聚烯烴塑料商品中的熱氧老化來說，光氧老化的反應機理一般和低分子的化合物反應機理是差不多相同的特點，都具有能夠自動發生催化氧化反應的特點。

從塑料商品老化的兩種形式來說，光氧老化是最為重要的一種形式。這是因為聚乙烯這些高分子商品一般而言在自然使用條件下非常容易受到大氣環境中的其他各項因素作用，從而發生氧化[1]。這是因為聚烯烴類商品由于特殊的分子結構，很容易有不明雜質混進去，而這些雜質容易發生氧化。除此之外，由于塑料商品中的分子結構往往較大，而且塑料商品中本身也具有極易發生氧化的物質，所以在這一老化過程中，光氧老化是最重要的一種形式。也就出現了塑料商品外觀性能都發生老化變質等不良現象。

1.2 橡膠及其老化機理

橡膠在生活中也較為常見，如汽車輪胎、高壓鍋密封圈等。在使用過程中，橡膠也會發生緩慢的老化現象，老化發生后橡膠的分子結構發生改變，原有的物理特性、化學特性也會有所變化，直觀表現為橡膠表面發生龜裂、橡膠失去彈性、橡膠顏色發生改變等。

橡膠的老化較為簡單，通常是在光、熱雙重條件的綜合作用下緩慢發生。橡膠內有大量的含氧基團，其會發生緩慢的氧化反應。橡膠中大分子的分子鏈的含氧基團發生氧化反應后分子鏈裂解或與其他分子鏈發生交聯反應，破壞橡膠自身的分子結構，使橡膠材料發生老化[2]。當然橡膠中不飽和的雙鍵結構也是橡膠老化的重要原因，這種雙鍵會與空氣中含量極低的臭氧發生化合反應而生成臭氧化合物，當臭氧化合物達到一定水平時，橡膠表面就會發生臭氧龜裂、變硬且韌度下降。

1.3 合成纖維老化機理

合成纖維材料中存在著羰矩等非常活潑的基團，當合成纖維受到臭氧、輻射、氧氣等因素的影響時，這些活潑的基團就會發生氧化反應，并出現酞胺鍵斷裂的情況。酞胺鍵的斷裂一般會使合成纖維內部的羧基轉化為毅基、氨基、末端狡基以及二氧化碳，而在二氧化碳的釋放過程中，合成纖維也會逐漸變黃，并在性能上發生變化，而這也就是合成纖維的老化機理。另外，由于水、熱等條件都能夠加快合成纖維材料的光氧化反應速度，因此當周圍環境的空氣濕度或是溫度較高時，合成纖維的老化也會變得更加迅速。

2 高分子材料老化的防治方法

2.1 光氧老化防護

光氧老化的防護主要利用光穩定劑控制紫外線和材料的接觸或者分散材料內儲存能量來抑制和延緩高分子材料的光氧老化。根據作用機理主要包括紫外線吸收劑、能量轉移劑、光屏蔽劑以及自由基捕獲劑等。紫外線吸收劑可以吸收紫外線，其本身處于激發態，吸收紫外線后通過發出較弱的熒光、磷光或者轉變成熱而恢復到基態;能量轉移劑的作用機理是在高分子吸收紫外線轉變成激發態后，將其能量轉移到轉移劑上，恢復到基態。而轉移劑將能量以熒光、磷光或者熱的形式散發出去，再恢復基態;光屏蔽劑主要是通過反射或者遮蔽紫外線來保護高分子材料，一般有炭黑、鈦白粉、氧化鋅等都可以作屏蔽劑;自由基捕獲劑能捕捉材料內生成的自由基，阻止鏈反應的繼續進行。

2.2 對高分子材料表面覆蓋保護層

由于高分子材料容易受到水及微生物的分解，因此可以在材料表面覆蓋一層保護層，起到保護作用。常見的做法是，在材料表面覆蓋一層防水和反微生物的涂層，可以有效地減少酸雨、氧氣等對材料的老化作用。

2.3 多類型高分子材料并用

不同高分子材料性質不同其老化機理也有所差別，可以通過共聚或共硫的方式將不同性質的高分子材料組合在一起形成復合型高分子材料，相較于單一的高分子材料，這種高分子材料通常可具備多種材料的物理特性和化學特性，其自身抗老化能力也更加優秀。這與植物雜交、合金的存優去劣的技術思路基本一致。

但是這種方法具有較大局限性。首先是技術上的突破，由于不同高分子材料特性不同，使其穩定地聚合在一起，其本身難度就較高。其次是組成材料選擇上的突破，如合金與植物雜交一樣，多種高分子材料聚合在一起其保留的特性會存在隨機性，在不同條件下保留的特性也不同，因此想要完全推廣復合型高分子材料需要大量的嘗試與經驗積累。

2.4 添加防老劑

添加防老劑是最為常見同時也是最為應用普遍的一種高分子材料防老化方法，其對于高分子材料老化的限制作用是十分明顯的。從功能上來看，防老劑的主要思路是對高分子材料老化過程中所發生的氧化反應進行遏制，這樣在不發生氧化反應或是氧化反應較為緩慢的情況下，高分子材料中就不會生成各種破壞性物質，材料的老化自然也就會更加緩慢。一般來說，常見的防老劑有熱穩定劑、抗氧劑、紫外線穩定劑等等，只要能夠在高分子材料的加工過程加入，加工后得到的高分子材料就可以具備對各種有害離子進行防護的能力，從而達到防治材料老化的效果。

3 結束語

隨著我國改革開放的不斷加深，我國高分子材料的應用也會越來越重要。可是如何避免高分子材料在運用途中發生老化行為，盡可能延續高分子材料的使用壽命呢？那么就要盡可能地根據高分子材料的老化機理做出預防措施。做好對高分子材料防老化的預防措施，不僅能夠提高高分子材料的使用壽命，同時也能做到既節省新材料，又能減少對資源的浪費。除了要做好高分子材料的防老化措施之外，一些新型技術如抗老化劑也在不斷誕生中。希望本文的研究能為我國高分子材料的老化機理和防治措施有一定的參考作用。

參考文獻

[1] 王猛，秦志鳳.高分子材料老化機理及防治方法[J].化工設計通訊，2017，43（1）：46.

[2] 陳俊橋，黃靖.高分子材料的老化及防老化分析[J].中國化工貿易，2018，10（3）：235.