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有机高分子材料老化的类型与预防措施

来源:学术堂 作者:韩老师
发布于:2015-10-27 共2090字

   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。

  参考文献:

  [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.

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