高分子材料的抗老化措施分析

高分子材料的抗老化措施分析

于林飞

青岛世纪卓新新材料科技有限公司 山东 青岛 266000

摘要：高分子材料具有性能优异的特点，市场占有率也逐步提高，应用范围也很广，很多领域都有使用。然而，由于光照、湿度和温度等外部因素的影响，高分子材料的物理特性和结构容易产生变化，导致老化。为了进一步提升高分子材料的抗老化效果，必须充分了解影响老化的因素，分析老化机理和老化过程，从而提升高分子材料的高性能，推广高分子材料的应用，提升行业水平。

关键字：高分子材料；老化；预防措施

1 高分子材料

1. 1. 高分子材料的概念

高分子材料也称为聚合物材料，是以高分子化合物为基础，再加入其他添加剂而最终形成的一种材料。高分子材料有着非常广泛的应用范围，无论是生产日常用品还是生产高科技产品，高分子材料都发挥了作用。因此，材料领域的发展过程中，高分子材料是最快的。使用高分子材料过程中，会因为外界环境和化学介质的综合作用，而改变了高分子材料的化学结构，最终产生了物理结构的变化，如材料变硬、变脆、发粘、变色等等。这些都是高分子材料的老化，而老化的实质就是物理化学性质发生了变化。

1. 2. 高分子材料的优势

按照材料的来源分类，高分子材料可以分为天然高分子材料和合成高分子材料。天然高分子材料，如天然纤维和天然橡胶等，是可以直接从自然界获得并使用的高分子材料。合成高分子材料是一种合成聚合物，种类更为广泛，可分为合成橡胶、合成纤维和塑料。天然高分子材料或合成高分子材料两者都具有其他材料所不具备的稳定分子量的优点。

高分子材料具有许多其他材料无法代替的优点，比如：材料质量轻，实用且方便运输；强度高，高强度高分子材料的强度比钢的强度更高，是一种强度高、重量轻的材料；导热系数低，绝缘效果理想；化学稳定性和耐腐蚀性高，一般的酸、碱、盐或油脂都无法腐蚀材料；韧性、拉伸性好；具有良好的电气绝缘性；耐磨性极佳，一些高分子材料在摩擦时具有很强的耐磨性。

2 引起高分子材料老化的因素

在实际生产生活中，引起高分子材料老化的因素有很多。

2.1从物理的角度来讲

辐射、光照、电、温度过高、外力等因素都会使高分子材料出现老化，光照和辐射会引起高分子材料的分子结构发生改变，温度和热度的升高都容易加重高分子材料散热的难度，促使高分子材料出现老化现象。

2.2从化学的角度来讲

空气中的酸碱、氧气、臭氧、强氧化剂等都会腐蚀高分子材料，造成老化，而湿度和盐雾很容易使高分子材料出现水解现象。

2.3从生物角度来讲

生产高分子材料时，会添加大量的添加剂，这些添加剂会带来霉菌等微生物，而微生物在生长代谢的过程中会制造出大量的毒素和分解酶，这些有害物质不仅增加因接触而感染疾病的风险，而且会降解材料或使高分子材料出现老化现象，最终导致材料的各项使用性能受到影响。

3 防止高分子材料老化的措施

高分子材料出现老化问题是不能完全避免或去除的，这是高分子材料本身的特性。但是，如果对高分子材料采取有效措施，高分子材料的老化速度会显著降低。我们可以根据高分子材料老化的外部因素，研究老化的原理，再选择相应的抗老化措施，提高抗老化性能，使老化速度变慢，延长高分子材料的寿命。根据引起老化的因素不同，高分子材料的老化可以分为：光老化、热老化、湿老化、氧老化和生物老化。不同的老化分类对应着不同的防止高分子材料老化的措施。

3.1预防光老化的措施

防止光老化主要是防止高分子材料的链式反应，因为只有高分子材料存储的能量达到一定水平或者接触到强紫外线才能发生链式反应。为了防止这种情况，最常用的方法是将光稳定剂加入到材料中。一般使用的光稳定剂有四种：光屏蔽剂、紫外线吸收剂、淬灭剂和自由基捕捉剂。此外，除使用光稳定剂这个方法，还可以把抗紫外线涂层涂于材料表面，但由于这种方法加工工艺复杂、成本高，尚未得到广泛应用。

3.2预防热老化的措施

目前，防止热老化的措施是在添加增塑剂。增塑剂不仅可以大幅提高高分子材料的可塑性，还将材料的玻璃化转变温度降低，使材料变得更加耐寒，并使材料在高温或低温环境下产生热降解或者降低使用性能。

3.3预防湿老化的措施

在酸或碱的条件下，聚酯、多糖类高聚物、聚缩醛等高聚物只要接触到水分子就会引发水解反应。预防湿老化主要就是防止此现象的发生。现在，为了减少高分子材料水解的可能性，一般会在高分子材料表面添加防水膜，以防止材料与水分子直接接触。

3.4预防氧老化的措施

在高分子材料加工处理期间，通过选择性地添加胺类抗氧化物、酚类抗氧化剂、含硫有机化合物和磷化合物，让这些物质与过氧自由基发生化学反应，来终止氧老化反应。抗氧化剂分为两种，分别是自由基受体型和自由基分解型。自由基受体型抗氧化剂与过氧自由基迅速反应，降低其活性。自由基分解型抗氧化剂能将高分子过氧自由基转化为稳定的羟基化合物，从而使高分子材料的老化速度变缓。

由于氢过氧化物容易分解成自由基，所以酚类抗氧化剂和氢过氧化物必须一起分解形成抗氧化剂。一般情况下，当自由基受体型抗氧化剂和自由基分解型抗氧化剂一起作用时，它们往往会产生更好的效应。

3.5生物老化预防措施

生物老化产生的主要原因是微生物和霉菌大量的繁殖。因此，防止材料生物老化的最常见方法是使用防霉剂，抑制霉菌的生长，从根源上预防生物老化。抗菌因子可以涂在材料表面，但这种方法成本高、浪费资源，所以受到使用的限制。

结束语：

随着我国社会经济水平的不断提高，高分子材料的应用范围更加广阔，使人们的生产生活变得更加方便。然而，由于高分子材料具有复杂多样的特点，而且高分子材料的制造和加工也不能用时应用上老化和抗老化的研究，因此对高分子材料的研究就变得既困难又缓慢，这对高分子材料的发展产生了很大的影响。因此，我们要结合使用高分子材料时环境的外部因素，研究导致高分子材料老化的因素。为了更好的利用高分子材料，延长其使用寿命，我们要制定相应的高分子材料抗老化方案。

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