高分子橡胶材料老化的影响因素及应对措施分析

李国强

(青岛科技大学 高分子科学与工程学院，山东 青岛 266042)

1 引言

高分子材料涉及到工业领域、农业领域以及我们的日常生活之中，并且与我们生活的联系也越来越紧密，另一方面，高分子材料逐渐开始超过金属材料，其产量正逐年增加。橡胶材料是高分子合成材料之中我们十分熟悉的一种，在一般情况下，在使用或者贮存橡胶材料的过程中，随着时间的增长，这些橡胶材料的性能都会随着时间增长不断的下降，橡胶材料的使用方式以及贮存环境的好坏也会对橡胶材料的性能产生较大的影响，甚至导致材料构建性能劣化。

高分子材料有着非常悠久的发展历史，远在人类文明发展之初，被广泛应用的高分子材料就已经出现，秸秆造纸、蚕丝织布等都是广泛应用的高分子合成材料示例。今天，科学技术推动下高分子材料不断发挥着更加巨大的能量，高分子材料正在强有力的促进着人类社会的发展。

人类社会的生活与高分子材料不断紧密相连，高分子材料在新技术时代下的产物包括塑料、橡胶、纤维等，高分子材料不断为人类社会做出着巨大的贡献，但科学界始终无法解决的一大难题是高分子材料的老化问题。影响高分子材料老化的因素包括很多方面，例如阳光、温度、湿度、外力等都是导致高分子材料老化的直接因素，这些因素会对其使用寿命造成较大影响，同时也会对高分子材料的使用性能造成很大程度的影响。

长期以来，科学研究者们一直在探索研究高分子材料的老化问题，研究成果包括光稳定剂、抗氧化剂等，但这些产品只能在一定程度上对高分子材料的老化造成一定延缓的效果，却不能完全解决高分子材料的老化问题，要想从根本上解决这一个问题，我们需要进一步的研究。

2 影响高分子橡胶材料老化的环境因素

2.1 光照温度的影响

2.1.1 太阳光对橡胶材料造成的影响

太阳光对高分子材料具有最为直接的影响，这种影响十分重要而且不可避免，这是因为聚合物材料在受到光直接照射的情况下，是否会发生化学分子链的断裂，在一定程度上取决于光能与离解能之间相对的大小。含有羰基及双键的聚合物材料会吸收在特定范围内的紫外线波长，会导致大分子化学链断裂的结果，材料的化学结构发生改变，导致材料性能下降，高分子材料出现老化现象。太阳光之中大量的紫外线极容易被高分子橡胶材料吸收，并且与高分子橡胶材料产生一系列的化学反应，不仅如此，红外线也存在于太阳光之中，这就会导致在橡胶材料与太阳光接触一段时间之后温度极速上涨，长期暴露在阳光之下的橡胶材料会加速老化过程，最终导致寿命的缩短。

2.1.2 温度对橡胶材料造成影响

随着温度升高，物理颗粒会随着温度的升高不断加速其传播的速度，这是我们日常都知道的常识，那么同理可知，在温度升高的情况下，材料也会产生相应的变化，高分子材料分子链会增强其分子链的震动，这是因为离解材料的分子链之间的化学键是在一固定温度下，当温度达到分解的温度值或分解温度值以上的情况下，就会导致化学键的分解，高分子链就会开始热降解，甚至导致基团脱落。综上所述，温度变化会改变高分子材料的物理化学状态，进而造成高分子材料的老化。

2.2 湿度的影响

游离的水分子是湿度对高分子材料影响的最主要因素，水分子密集的情况下，高分子材料分子之间会被水分子渗透，随着时间不断发展，水分累积之下，材料会发生溶胀现象，甚至物理状态会随之改变，有些材料会直接溶解。湿度会对维持高分子材料分子间的作用力造成改变，高分子材料就会降低其原有的性能甚至失去其使用性能。

2.3 氧化现象

空气中存在的氧气是高分子材料发生性能改变的一个主要原因，这是因为氧气是化学性质十分活泼的一种气体，空气无处不在也就说明氧气无处不在，我们无法避免空气中含有氧气，也就说明我们无法避免高分子材料存在于空气中时的氧化现象，氧化反应非常容易发生在高分子材料的表面，在阳光照射之下，高分子材料会不断发生化学反应，这些反应对影响到高分子材料的性质甚至其使用性能，而我们完全不能避免高分子材料与空气产生接触，也就无法避免这些氧化反应的发生，故而高分子材料产生老化的主要原因之一就包括了氧化。

2.4 外部作用导致的老化

机械力也是高分子材料老化的主要原因之一，在使用过程之中，橡胶材料常常会遭到机械力的作用，这些外部作用不断的出现在高分子材料如橡胶材料的使用过程之中，这些影响与温度、阳光对高分子材料的作用一致，都是不可避免的。以汽车轮胎为例，车承载力与车轮会对高分子橡胶材料产生作用，轮胎会不断发生变形，然而这种变形可以在短时间内得到迅速恢复，这是由于橡胶的特殊性能产生的。但在长时间的外力作用之下，橡胶的内部高分子同样会发生不可逆的变化，内部分子在受到较大的破坏的情况下，老化速度会不断加快。

3 缓解高分子材料老化的应对措施

3.1 改善高分子材料的自身结构

要对老化问题产生在高分子材料之中进行解决，最根本的做法就是从高分子结构本身入手。高分子材料的高分子结构是导致其老化的自身原因，同时也是主要原因，只有不断对其自身结构进行改变，提高其性能，才能从根本上缓解高分子材料的老化现象。

高分子橡胶材料会产生硫化现象，进而产生不饱和双键，要应对橡胶材料的老化，就需要对高分子材料上的双键进行避免，要减少这些双键的产生。针对高分子材料的老化问题需要不断进行深入分析与研究，根据当下的情况，改善橡胶材料的分子结构是从根本上解决老化问题的关键所在。但由于高分子材料内部结构比较复杂，研究技术水平不够，所以我们还无法彻底消除高分子材料的老化，只能通过技术手段来提高高分子材料的使用性能，延缓其使用寿命。

3.2 改变高分子本身易老化的特点

高分子材料的本身弱键或者不饱和键是造成其老化的最主要原因，正是由于这个原因，容易受到空气中氧气的影响，氧气与材料中的氢键氧键发生反应，最终导致高分子材料稳定性低。因此如果使高分子材料中的键变为饱和键，那么其抗老化的作用效果会有极大的提高。以橡胶为例，橡胶中的碳键会与臭氧发生反应，因此在橡胶中加入氯原子键就能够使其稳定，从而很好的提高其抗老化性能。

3.3 物理防护措施

对于来自外部影响高分子老化的因素可以采用物理防护的措施。物理防护能够有效的控制一般的物理老化现象，并且能够相应的延缓化学性老化。以大棚塑料薄膜为例，由于长期经受风吹日晒，塑料薄膜会发生氧化，出现透明度降低和薄膜脆化的现象，塑料薄膜的使用寿命也相应降低，而在塑料薄膜上覆盖草棚就会有效的减少日照，从而延长薄膜使用寿命。对于光氧化所带来的高分子材料老化现象，最有效的解决措施就是添加稳定剂。稳定剂可以使光氧化所造成的对高分子材料的破坏稳定化，可以有效的提高抗光氧化的性能，进而提高高分子材料的使用寿命。

3.4 添加稳定剂

在高分子材料中添加的稳定剂主要有光屏蔽剂、猝灭剂、受阻胺光稳定剂等。 光屏蔽剂就是我们所说的涂层和颜料，这种稳定剂可以为高分子材料提供一层保护膜，为高分子材料屏蔽光线。猝灭剂主要是通过一定的化学反应来起到稳定效果的。受阻胺光稳定剂主要是通过阻碍胺类哌啶系衍生物来起到稳定作用的。

4 结束语

随着不断发展中的世界经济以及不断升级的科学技术，高新技术不断涌现，我们也迎来了越来越广阔光明的高分子材料发展前景。随着越来越广泛的高分子材料应用范围，人类生活对于高分子材料的依赖程度越来越高了。在这种情况下，我们要不断对高分子材料的老化现象进行解决，首要以及最为关键性的问题即为如何不断提高高分子材料的使用性能和使用寿命，在长期的研究之中，我们虽然取得了一些成果，这些成果对有效减缓高分子材料的老化产生了一些作用，但高分子材料的老化问题仍旧十分复杂，等待我们解决的难题仍旧很多，不断探索研究高分子领域对我们来说仍是一个十分持长的过程。