（麦格昆磁（天津）有限公司天津市300452）
摘要：随着时代的发展高分子材料的应用范围也越发广泛，很多物品都是由高分子材料制作而成的，高分子材料在应用过程中受到多方面因素的影响，存在老化现象，这给物品的使用寿命与经济价值造成一定限制。文章主要对高分子材料老化机理进行分析，并提出相应的防治对策。
关键词：高分子；材料老化；老化机理；防治方法
引言
老化作为一种普遍的物理、化学现象一直存在于各类材料中,而高分子材料的老化则是影响其性能是否安全可靠的重要问题。由于材料的老化造成的影响，其在应用过程中性能会发生很大的变化。高分子材料也可称为聚合物材料,它是以高分子化合物为基体,再配有其它添加剂所构成的材料,相比于其他材料有着明显的质量轻、密度小、绝缘性强和隔热性能好等优点,因此在医药、航天、汽车等领域都有着广泛应用。但是高分子材料在加工、运输以及使用过程中不可避免地会因为外界物理因素,如:光、热、力等,和内在材料本身结构等使得高分子材料出现延展性降低、弹性减弱、材料强度降低等现象。如何减少物理和内在因素对材料的影响一直是行业内的热议话题。
1高分子材料老化常见分类
1.1物理因素
第一，高分子材料由于用途广泛因此会不可避免的暴露在阳光下,如果长期被阳光照射轻则会导致材料表面颜色减退,重则会导致其张力和强度降低出现破损和裂痕等情况。根据相关资料显示,高分子材料暴露在阳光下结构的稳定性与紫外线波长和聚合物对紫外线的敏感度有关,一般而言长时间暴露在阳光下的高分子材料都会出现分子断裂的现象。第二，酸碱度，湿度对高分子材料老化也有着重要影响,尤其是聚酯和多糖类的高分子材料,容易在酸碱催化作用下使得高分子材料发生老化。现如今,环境问题日益恶化,雨水中的PH值都明显偏低,因此日晒雨淋环境下的材料外壁都明显老化严重。第三，温度，温度也是高分子材料老化的一个重要因素,当温度升高到一定程度时,可以观察到材料变软,这是因为温度升高超过了共价键能导致材料分子键断裂,其张力和强度等都会发生较大变化。第四，其它因素，除了上述的物理因素以外,高分子材料的老化还受到外力和微生物作用。生活中如果对材料进行弯折一般都会出现折痕,这是因为材料表面的应力超过了其屈服力的结果,也被称为应力作用老化。除了应力老化外,微生物通过水分子渗透到材料内部,通过分解也有可能对高分子材料产生影响,逐渐老化甚至无法使用。
1.2塑料老化机理
塑料是高分子材料中最为常见的一种,如聚乙烯塑料、聚丙烯塑料等高分子材料在生活中随处可见,而这类材料的老化,则可具体分为热氧老化与光氧老化两类,因此对于塑料的老化机理,我们同样需要从两个角度来进行分析。首先,塑料的热氧老化实际上是一种游离基链式反应,也就是说塑料在受到热或是氧的直接影响下,会引发游离基、形成游离基链,并使游离基链持续增长,最终在游离基链终止后完成老化。而光氧老化则是当塑料材料在自然条件下受到日光照射时,生成自由基并进行自动氧化反应的过程,这一过程比较复杂,但从总体上来看,我们可以将其看作是塑料聚合物在对光能进行吸收后,其分子链出现了断裂或是处于激发态下,这两种情况都是引起自动氧化反应的主要原因。
1.3介质引起的老化
高分子材料内部存在部分自由体积(类似“空穴”),承压设备用高分子材料介质的老化主要是小分子介质通过这部分体积自由渗透至高分子材料内部,产生溶胀,增加了分子间隙,甚至导致部分材料(如热塑性塑料)溶解。随着时间的延长,溶胀后的高分子材料受小分子介质影响,强度大幅下降;同时,在内应力作用下,溶胀层发生破裂,导致其结构被破坏。某些高分子材料(如聚酰胺)长期处在大气湿环境中,在酸性或碱性甚至微生物条件的催化下,还可能会造成分子内酰胺键的水解,导致材料的力学性能下降。
2高分子材料防老化措施
2.1添加防老剂
添加防老剂是最为常见同时也是应用最为普遍的一种高分子材料防老化方法,其对于高分子材料老化的限制作用是十分明显的。从功能上来看,防老剂的主要思路是对高分子材料老化过程中所发生的氧化反应进行遏制,这样在不发生氧化反应或是氧化反应较为缓慢的情况下,高分子材料中就不会生成各种破坏性物质,材料的老化自然也就会更加缓慢。一般来说,常见的防老剂有热稳定剂、抗氧剂、紫外线稳定剂等等,只要能够在高分子材料的加工过程加入,加工后得到的高分子材料就可以具备对各种有害离子进行防护的能力,从而达到防治材料老化的效果。
2.2光氧老化防护
光氧老化的防护主要利用光稳定剂控制紫外线和材料的接触或者分散材料内储存能量来抑制和延缓高分子材料的光氧老化。根据作用机理主要包括紫外线吸收剂、能量转移剂、光屏蔽剂以及自由基捕获剂等。紫外线吸收剂可以吸收紫外线,其本身处于激发态,吸收紫外线后通过发出较弱的荧光、磷光或者转变成热而恢复到基态;能量转移剂的作用机理是在高分子吸收紫外线转变成激发态后,将其能量转移到转移剂上,恢复到基态。而转移剂将能量以荧光、磷光或者热的形式散发出去,再恢复基态;光屏蔽剂主要是通过反射或者遮蔽紫外线来保护高分子材料,一般有炭黑、钛白粉、氧化锌等都可以作屏蔽剂;自由基捕获剂能捕捉材料内生成的自由基,阻止链反应的继续进行。
2.3添加增塑剂
由于高温和外力等都容易使高分子材料发生变形,进而影响其使用寿命。由于温度和外力等都是不可控因素,例如夏季汽车外壳不可避免停在室外会受到阳光暴晒,高分子制成的生活用品也难免会受到外力作用。因此,可以在材料生产加工过程中加入增塑剂,以提高高分子材料的延展性能和耐受力。
2.4高分子材料并用
高分子材料并用主要是指对在高分子材料加工的过程中,选择多种不同性质的高分子材料,并同时通过共聚、共硫等方式来进行加工,这样一来,不同性质的高分子材料就能够混合成为一种新的高分子材料,这类高分子材料一般都具有着较强的稳定性,因此在受到光、热、水等等外部因素的影响时,比较发生氧化反应的不同,与其他常规高分子材料相比,老化速度也是比较慢的。但需要注意的是,高分子材料的并用加工必须要符合极性等原则,并对实际加工工艺进行考虑,并非所有的高分子材料组合都可以进行并用,而这也是这一防治方法的局限性所在。
2.5设置防老化涂层
高分子材料老化的主要影响因素有光、热、水、氧气、臭氧等等,由于这些因素所引起的氧化反应都需要与材料进行直接接触,因此如果能够在高分子材料外部加设一个涂层,那么也同样能够得到非常有效的防老化效果。例如当高分子材料经常会受到暴晒时,就可以在材料表面涂上色素,形成一个色素涂层,而在色素本身具有良好抗光性的情况下,高分子材料就不会因强光照射而发生光氧化反应,而高分子材料的老化也会因此而变得更加缓慢。
结语
综上所述,高分子材料的老化问题一直是行业的难题,如果该问题得不到较好的解决很大层度上制约了其发展。通过分析高分子材料的老化问题,结合其具体的原因进行了物理分析与内在因素的分析，具有一定的实际参考价值,对今后该行业预防高分子材料的老化及解决其老化问题具有一定的实际应用价值。
参考文献
[1]叶明富,陈丙才,方超,等.高分子材料的老化及防护[J].化学工程师,2018(7):61-63.
[2]黄亚江,叶林,廖霞,等.复杂条件下高分子材料老化规律、寿命预测与防治研究新进展[J].高分子通报,2017(10):52-63.
[3]陈绍军,钟燕辉,叶旋.引起高分子材料老化的因素及防老化措施研究[J].开封教育学院学报,2017(11):289-290.
[4]高维松.高分子材料老化分析与防老化措施分析[J].通讯世界,2015(2):243-244.