有机高分子材料的老化行为及其调控的研究

孙 艳

（上海建峰职业技术学院,上海 201900）

0 引言

在使用有机高分子材料之前，对材料的老化失效行为进行分析，才能掌握材料的老化失效规律。而在此基础上，则可以采取适当的调控措施预防材料老化现象的发生。因此，对有机高分子材料的老化行为及其调控问题进行探讨，对于提高材料的抗老化性能有着一定的指导意义。

1 有机高分子材料的老化行为分析

1.1 材料的热老化

就实际情况而言，环境温度的升高，将直接导致有机高分子材料中的分子链运动加剧。而在分子动能大于化学键的离解能时，则将导致分子链出现热降解行为。此外，与材料力学性能相关的临界温度有多种。所以，随着温度的逐渐降低，材料在到达临界温度时就会出现结构上的变化，继而使自身的物理性能也随之改变。而这一现象，则被称之为材料的热老化现象。

1.2 材料的湿老化

湿度之所以能够引起有机高分子材料的老化，主要还是因为水分子对材料作用。在材料被水分子包围的情况下，材料分子之间的作用力会因溶胀和溶解而改变。而这将直接导致材料的聚集状态遭到破坏，继而使材料的性能受到影响。在实际生活中，非交联的非晶聚合物就将明显受到环境湿度的影响[1]。在材料被水分子包围的情况下，该种材料甚至会出现解体，继而出现严重的湿老化现象。

1.3 材料的氧老化

作为引起有机高分子材料老化的重要因素，氧气对材料的老化行为产生了重要的影响。在空气中，具有一定的渗透性的氧分子将对材料分子主链进行攻击。而在这种情况下，材料内部将形成过氧化物或自由基，继而导致分子主链的断裂。此外，在自由基中存在金属元素时，材料的氧化反应则将更加强烈。而一些材料的分子量的明显降低，则将导致材料的快速老化。

1.4 材料的光老化

一般来讲，一些有机高分子材料能够吸收光能。在光的照射下，由于材料吸收的光能高于分子链的离解能，继而导致了分子链的断裂。而材料化学结构的改变，则直接导致了材料性能的劣化。此外，紫外线的能量较强，所以有机高分子材料常常会受到紫外线的伤害。

1.5 材料的生物老化

在加工有机高分子材料的过程中，往往需要使用大量的添加剂，继而给微生物的生长提供了良好的环境。而微生物具有较强的变异性，可以分解出高聚物的催化酶。所以，微生物将以材料为食物，即通过吸收材料内部营养而导致材料的迅速降解，继而造成材料的老化。而微生物在生长过程中产生的一系列代谢物，则将导致材料的光洁度降低，继而影响材料的使用。

2 有机高分子材料的老化行为的调控

2.1 热老化的预防

为了预防材料的老化，首先要合理控制材料的加工温度。而过低的温度也会导致材料性能发生变化，所以也要增强材料的抗寒性。具体来讲，就是在材料生产过程中，需要添加一定的增塑剂，从而使材料的玻璃化温度得到降低。就目前来看，增塑剂主要有分子增塑和结构增塑两种。其中，分子增塑可以增加分子链柔顺性，而结构增塑则能起到润滑作用。

2.2 湿老化的预防

在预防材料的湿老化时，主要需要防止材料在酸碱催化作用下接触水分子。因为，一些有机高分子材料在酸碱催化作用下水解，则将对空气造成一定的污染，甚至引发酸雨的出现[2]。所以，需要尽量避免在酸碱环境下使用该类材料。此外，为了防止材料与水分子的接触，也可以在材料表面覆盖防水薄膜，从而防止材料因水解而老化。

2.3 氧老化的预防

在现实生活中，材料不得不接触大量的氧分子。所以，在材料加工的过程中，可以添加一定的抗氧化物。因为，这些抗氧化物将与材料产生的过氧自由基发生反应，继而彻底终止材料的氧老化反应。就目前来看，现阶段的抗氧剂主要有两种，即自由基受体型和自由基分解型。其中，受体型抗氧剂能够降低过氧自由基的活性，而分解型抗氧剂则能够使过氧自由基转变成稳定化合物，继而使材料的老化速度得以降低。

2.4 光老化的预防

在材料加工的过程中，加入适量的光稳定剂可以预防材料的光老化。就目前来看，常用的光稳定剂有光屏蔽剂和紫外吸收剂。其中，光屏蔽剂可以进行紫外光的反射，继而防止光能进入到材料内部。而紫外吸收剂则可以主动吸收紫外线的能量，继而通过释放荧光而将光能从材料内部排出。此外，也可以在材料的表面涂抹一定的丙烯酸涂料[3]。因为，该涂料可以进行紫外线的预防，并增加材料的光稳定性。而涂料的涂层越厚，材料的光稳定性则越好。

2.5 生物老化的预防

就目前来看，能够导致有机高分子材料出现生物老化的微生物主要为霉菌。所以，想要预防材料的生物老化，就需要做好霉菌的预防。而防止材料的霉菌老化的方法主要是在材料中加入防霉剂，继而防止霉菌的滋生。此外，也可以在材料表面涂抹反微生物因子，以便预防材料出现生物老化现象。

3 结论

总之，由于有机高分子材料本身具有一定的复杂性，所以影响材料老化行为的因素有很多。因此，有关人员有必要加强对材料老化性能的研究，以便全面掌握影响材料老化的因素，继而更好的预防材料的老化。

[1]孙彦红,易传斌,皮红等.有机高分子材料使用寿命预测方法[J].高分子通报,2011(12):128-132.

[2]张彤,王丽琴.光稳定剂在有机高分子文物保护材料改性中的应用[J].材料导报,2014(09):104-108.

[3]李倩,强洪夫.高分子材料老化表征与分子模拟研究进展[J].高分子材料科学与工程,2010(01):170-174.