高分子材料老化機(jī)理與防治措施分析

于良，于祝明 (中國(guó)檢驗(yàn)認(rèn)證集團(tuán)山東有限公司，山東 青島 266000)

0 引言

現(xiàn)階段我國(guó)市面上所見(jiàn)到的高分子材料種類(lèi)眾多，較為常見(jiàn)的有塑料、橡膠等，如果這些高分子材料發(fā)生老化，不僅會(huì)影響其外觀，更加會(huì)影響到產(chǎn)品自身功能性，一般來(lái)說(shuō)，如果高分子材料發(fā)生老化會(huì)導(dǎo)致材料失去原有的顏色以及光澤，同時(shí)還很有可能會(huì)導(dǎo)致材料出現(xiàn)拉伸強(qiáng)度下降以及龜紋等現(xiàn)象。因此，對(duì)高分子材料的老化機(jī)理以及防治措施進(jìn)行針對(duì)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(gè)類(lèi)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(shí)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(shí)，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(diǎn)，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(duì)固定。目前來(lái)看，如果按照來(lái)源對(duì)高分子材料進(jìn)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(lèi)。對(duì)于天然高分子材料來(lái)說(shuō)，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(duì)于合成高分子材料來(lái)說(shuō)，其所包含的內(nèi)容較為廣泛，可以將其大體分為三類(lèi)，即合成橡膠、合成纖維以及塑料。無(wú)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(qiáng)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(shì)，無(wú)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(jī)理分析

2.1 塑料及其老化機(jī)理分析

塑料是現(xiàn)階段人們?nèi)粘Ｉ钪凶顬槌Ｒ?jiàn)的一種高分子材料，其屬于一類(lèi)合成材料，我國(guó)塑料材料中最常見(jiàn)的組成成分包括聚氯乙烯、聚乙烯等等。對(duì)現(xiàn)階段的塑料材料進(jìn)行分類(lèi)可以分為2號(hào)塑料、3號(hào)塑料以及5號(hào)塑料。其中，2號(hào)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(huì)考慮將其應(yīng)用到食品包裝中，同時(shí)也不考慮將其循環(huán)利用。而對(duì)于3號(hào)塑料來(lái)說(shuō)，通常會(huì)考慮將其應(yīng)用到水管、地膜等制作中，3號(hào)塑料的主要優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在價(jià)格便宜，但同時(shí)3號(hào)塑料耐高溫性較差，并且不可作為飲食包裝。對(duì)于5號(hào)塑料來(lái)說(shuō)，其屬于可以直接加熱的塑料材料，通常會(huì)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(shì)體現(xiàn)在耐高溫性較強(qiáng)[2]。對(duì)于塑料來(lái)說(shuō)，往往其老化現(xiàn)象較為常見(jiàn)，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(huì)以肉眼可見(jiàn)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(lái)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(duì)于熱氧老化來(lái)說(shuō)，其屬于最為常見(jiàn)的老化方式，是因?yàn)橐环N游離基鏈?zhǔn)椒磻?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(dá)到飽和之后才能停止繼續(xù)老化。對(duì)于光氧老化來(lái)說(shuō)，其主要是指塑料材料長(zhǎng)期在陽(yáng)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(lèi)似，這一老化過(guò)程往往較為復(fù)雜，對(duì)塑料材料原有高分子結(jié)構(gòu)的破壞也是緩慢進(jìn)行的，通常會(huì)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(jī)理分析

橡膠在人們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)常會(huì)應(yīng)用到，無(wú)論是在汽車(chē)輪胎、還是門(mén)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(shí)際使用過(guò)程中，往往橡膠材料也會(huì)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(jī)理較為簡(jiǎn)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(jī)理分析

纖維是一種較為常見(jiàn)的高分子，通常是在植物中對(duì)其進(jìn)行提取，通過(guò)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(jià)成本較低，綜合性能較強(qiáng)，因此在我國(guó)有較為廣泛的應(yīng)用，無(wú)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(dāng)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(huì)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(tuán)，這些基團(tuán)可能會(huì)在水氣、輻射等條件之下發(fā)生氧化反應(yīng)，會(huì)致使其分子聚合狀態(tài)的肽鍵發(fā)生斷裂，同時(shí)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(diǎn)，綜合來(lái)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(huì)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(guó)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(jiǎn)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(huì)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(shí)，防老化涂層往往顏色可選，可以通過(guò)合理的顏色搭配來(lái)進(jìn)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(jì)效益得到了雙重保障。

3.2 多類(lèi)型高分子材料并用

對(duì)于不同類(lèi)型的高分子材料來(lái)說(shuō)，往往由于材料自身性質(zhì)不同，其老化機(jī)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(jìn)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(duì)于此種方法來(lái)說(shuō)，往往在實(shí)際操作的時(shí)候有較大局限性，首先因?yàn)槠鋵?duì)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(duì)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(jī)性，有時(shí)候不僅很難保證高分子材料的抗老化能力，還很有可能會(huì)對(duì)材料原始功能特性產(chǎn)生嚴(yán)重影響[7]。

3.3 不同類(lèi)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(duì)容易發(fā)生老化的高分子材料，因此要注意對(duì)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(gè)方面入手：首先，在塑料還沒(méi)有完全成型的時(shí)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(guò)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(duì)接觸時(shí)的溫度進(jìn)行嚴(yán)格控制，避免溫度過(guò)高的情況出現(xiàn)；其次，在對(duì)塑料抗老化劑進(jìn)行應(yīng)用的時(shí)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(jìn)行塑料材料合成操作的時(shí)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(jìn)行橡膠老化防治操作的時(shí)候，應(yīng)該意識(shí)到要從改善橡膠材料分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性方面進(jìn)行入手，目前來(lái)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(huì)發(fā)生老化，主要是因?yàn)檫@一材料中橡膠分子含有過(guò)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(shuō)的橡膠氧化實(shí)際上是橡膠結(jié)構(gòu)中的橡膠分子雙鍵被氧化，想要進(jìn)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(guó)市面上纖維產(chǎn)品銷(xiāo)售情況來(lái)看，很大一部分纖維材料在進(jìn)行老化處理的時(shí)候，往往是在化纖類(lèi)材料加工的時(shí)候加入抗老化劑，其主要目的是為了增加化纖類(lèi)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(shí)際情況來(lái)對(duì)穩(wěn)定劑進(jìn)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(lèi)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(lèi)產(chǎn)品自身實(shí)際要求來(lái)對(duì)存放條件進(jìn)行嚴(yán)格設(shè)定，要避免在露天環(huán)境中存放化纖類(lèi)產(chǎn)品。在對(duì)化纖類(lèi)產(chǎn)品進(jìn)行擺放的時(shí)候，通常情況下會(huì)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(duì)化纖類(lèi)產(chǎn)品存放溫度以及濕度進(jìn)行有效控制，還要每個(gè)月對(duì)其進(jìn)行定期檢查，避免出現(xiàn)蟲(chóng)蛀以及受腐蝕現(xiàn)象。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平不斷提升，高分子材料的研發(fā)也已經(jīng)進(jìn)入到了一個(gè)新的階段，這也使得高分子材料在我國(guó)應(yīng)用越來(lái)越廣泛，給人們?nèi)粘Ｉ顜?lái)了很大便利。但是高分子材料，在實(shí)際運(yùn)用過(guò)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(shí)際老化機(jī)理做出相應(yīng)的預(yù)防措施，通過(guò)這種方式來(lái)進(jìn)一步提升高分子材料使用壽命，同時(shí)也在很大程度上降低了資源浪費(fèi)。目前來(lái)看，防老化涂層、多類(lèi)型高分子材料融合的方式在我國(guó)開(kāi)始逐漸推行，尤其對(duì)于防老化涂層方式來(lái)說(shuō)，在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中發(fā)揮出了較為理想的效果。今后，我國(guó)應(yīng)該注意進(jìn)一步提升對(duì)高分子材料老化機(jī)理的研究深度，制定出更加具有針對(duì)性的防治措施。