试论高分子材料的老化及防老化技术

赵素祥（池州学院，安徽 池州 247000）

试论高分子材料的老化及防老化技术

赵素祥（池州学院，安徽 池州 247000）

高分子材料在我国的室外工程上占有率非常之高，已经成为了普遍运用的材料之一。但是随着应用的过程中会发现，受到温度、湿度和光的影响，久而久之高分子材料会产生外观或是性能发生改变，这就是一个老化的过程。因此，本文从高分子材料的老化现象分析，并分析了老化产生的原因，最后提出了相应的防老化技术解决措施。

高分子材料；老化；防老化

1 高分子材料老化

高分子材料老化的形式多种多样，主要可以分为外观的变化、物理性能的变化、力学性能的变化、电性能的变化几种情况。外观的老化现象主要是在高分子材料的表面出现霉渍、斑点、变色、裂痕、皱纹、躯壳、粘化、焦烧、收缩的变化，如在日晒雨淋的过程中农用薄膜会产生变脆、变色的情况，某些有机玻璃制品时间久了会出现纹路。物理性能的变化主要是材料的流变性、溶胀性、溶解性降低，表现在材料上是透水性、耐热性和耐寒性的降低。力学性能的变化主要是冲击力、剪切力、弯曲强度和拉伸强度的降低，因此材料的应力和伸长度也会下降，如橡皮筋在老化后会出现变硬、弹性下降的情况。电性能的老化现象表现为电学性能下降，如介电常数下降、体积电阻和表面电阻下降等。

2 高分子材料老化原因分析

高分子材料老化存在两种原因，一个是内部因素对高分子材料的影响，二个是外部因素对高分子材料的影响。

内部因素包括聚合物高分子化学结构、物理形态、分子量及分布情况等。高分子聚合物的化学结构主要是由于内部的弱键会随着外部的变化而产生自由基，因此在后续过程中会发生老化现象；高分子材料的物理形态是由一些有序和无序的分子键组成的，因此形成了结晶区和非晶区。由于这些并不均匀的材料形态，导致了内部结构容易受到外部环境的影响而发生质变；分子量及分布情况也是影响高分子材料老化的一个重要因素，特别是分布比较宽的分子量就存在很多的端基，因此老化也更快。

外部因素主要是温度、湿度、氧气、化学介质、生物因素的影响。温度因素是由于在高温环境下加速了高分子链的运动过程，引起了基团脱落和热分解，在低温环境下高分子的聚集态结构受到影响，从而影响了物理性能或是力学性能的改变，从而高温或低温都可能引起高分子材料的老化；温度因素主要归结于水分对材料的溶胀及溶解的影响，湿度会引发维持高分子材料分子间作用力的改变，破坏材料的聚集状态。对于非交联的非晶聚合物高分子材料来说，湿度的影响更加明显，会使高分子材料发生溶胀甚至发生解体，从而损坏材料的性能；对于塑料、纤维等结晶形态的高分子材料来说，由于存在明显的水分渗透限制，湿度的影响不明显；在高分子材料老化过程中，氧气的作用是巨大的。高分子主链会受到氧气的攻击而断裂，甚至降低了分子量，因此氧化反应较为明显，老化随着时间慢慢加剧；化学介质影响高分子老化主要是对共价键（加成、交联、断链的化学改变）和次价键（聚集态结构的物理改变）的作用，这个是一种介入高分子材料内部的影响因子。生物因素主要是指的微生物能够利用和分解高聚物的催化酶，通过变异来改变高分子材料的内部结构，从而让高分子材料产生老化。

3 高分子材料的防老化措施

3.1 高分子材料的热老化预防措施

热老化预防措施主要是通过改变高分子材料的物理性能。增塑剂是一种降低玻璃化温度的措施，可以让高分子材料在寒冷的状态中不被老化。它有结构增塑和分子增塑两种形式，结构增塑增塑剂以分子尺寸的厚度分布于聚合物的聚集态结构之间，起到润滑作用。分子增塑是增塑剂在分子水平上与高分子混溶，降低高分子链之间的相互作用力，增加高分子链的柔顺性。

3.2 高分子材料的湿老化预防措施

湿润、水解会引发高分子材料的老化，主要是由于聚酰胺、聚缩醛、聚酯等高分子材料会受到水分钟碱、酸的影响，从而产生分解变化，导致化学性能受到改变，因此这类材料只能通过盖上一层保护膜来防止水分对材料的侵蚀。在实际生产过程中，这类高分子材料应当减少运用。

3.3 高分子材料的氧老化预防措施

在高聚物等高分子材料的加工过程中，有选择性的加入胺类抗氧化物、酚类抗氧化物、含硫有机化合物以及含磷化合物等物质，能与过氧自由基发生反应，从而使氧老化反应终止。抗氧剂分为自由基受体型和自由基分解型两种，自由基受体型抗氧剂能与过氧自由基迅速反应，使其活性降低；自由基分解型抗氧剂能够使高分子过氧自由基转变成稳定的羟基化合物，进而降低高分子材料的老化速度。一般来说，如果自由基受体型抗氧剂能与自由基分解型抗氧剂共同作用，往往会产生较好的协同效果。

3.4 高分子材料的生物老化预防措施

为了减少高分子材料被生物老化的现象，首先要认识到高分子材料容易受到哪一类生物的影响。在现实生活中，霉菌是对高分子材料威胁最大的，在短时间内便能造成高分子材料的老化。其次是原生动物、藻类、细菌等，这些也在不知不觉中对高分子材料产生影响。所以，对菌类的预防是最重要的，现在主要的防老化技术是添加反微生物因子，防霉剂等措施来预防此类老化的发生。

4 结语

高分子材料的结构是非常复杂的，并不是一朝一夕便能够完全将其中的奥妙解释清楚，同时高分子材料的老化也存在着诸多因素，有时外部因素和内部因素同时结合作用到高分子材料中，会产生一系列变化。因此，在日后的研究过程中必须不断加大对高分子材料老化的分析，才能更为有效的解决高分子材料老化存在的原因，从而提出有建设性并有实践意义的建议。

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赵素祥（1991-），男，山东滕州人，池州学院，本科。