基于高分子材料老化与防老化方法探索

基于高分子材料老化与防老化方法探索 熊英 夏星 苏伟彦 肖红杰 周忠明

摘要：当前，高分子材料在人们的生产生活中随处可见，此类型材料性能绝佳但其却十分容易受到外界影响，进而出现老化。基于此，本人以预防高分子材料老化为目标，对高分子材料老化问题进行研究。文章将从高分子材料定义、特征、分类以及其老化成因等方面着手，分析高分子材料的老化现象，并提出预防材料老化的措施，希望能为相关工作人员带来参考。

关键词：高分子材料；材料老化；老化成因；防治方法

前言：高分子材料在工业生产当中十分常见，这种材料的优点和缺陷都十分突出，在实际运用环节防止高分子材料老化是所有人关注的重点。对于不同类型的高分子材料而言，各材料的老化机理存在差异，但从现实角度来看高分子材料的老化现象已经对材料应用和发展造成了阻碍，因此强化高分子材料防老化研究十分重要。

1高分子材料分类和特点

高分子材料有天然材料与合成材料之分，这种材料的基体是高分子化合物，材料中还会添加其他添加剂。通常来说，高分子材料有五大类：其一，塑料；其二，橡胶；其三，纤维；其四，涂料；其五，黏合剂。当前，高分子材料在医药、汽车、航天等领域应用广泛，展现出质量轻、绝缘强、隔热好、韧性高且耐腐蚀与疲劳等优点，为提高产品质量、优化产品性能提供极大帮助。但是，高分子材料的老化问题十分突出，使这种材料的应用场景受到较大局限。

2高分子材料的老化成因

所谓高分子材料老化，就是这种材料在加工、储存和使用过程中，因化学结构、分子分布、物理形态以及环境干扰影响导致性能变坏的现象。通常来说，高分子材料的老化方向包括性能老化和外观老化两种^[1]。老化现象严重限制了高分子材料的使用寿命，更对材料性能的发挥造成干扰。为有效探究高分子材料的老化成因，本文对引发高分子材料老化的因素进行分析。

2.1内部因素

高分子材料老化的内部影响因素主要与材料本身的理化性能和结构有关，在这一环节材料本身的特性是造成材料老化的根本原因。比如，高分子材料分子链端基的数量变化会引发材料老化，分子分布变化也同样会引发材料老化；在化学结构方面，一旦高分子材料出现聚集态结构或链结构不稳，就会加速材料老化；高分子材料本身的立体规整性也是引发老化的主要内因，若分子键排序混乱的情况加剧则材料会逐渐老化问题。引发高分子材料老化的内部因素不仅与材料自身特性有关，更与材料中的外来物质有关。在加工高分子材料时，化学助剂或杂质会混入材料，导致材料的化学结构或物理形态发生变化，进而出现老化。

2.2外部因素

对于高分子材料而言，外部环境干扰同样是引发老化的重要因素。而且，高分子材料的加工和使用环境越复杂，越容易出现老化现象。容易引发高分子材料老化的外部干扰因素如下：

第一，氧气。对于高分子材料而言，氧气渗入会导致材料氧化，在这一过程中形成的氧化物改变材料分子链的结构，让高分子材料出现老化。

第二，温度。高分子材料所处的温度条件变化，也同样会改变高分子材料性能，使其发生老化。在实践工作当中，高温是引发高分子材料老化的“元凶”之一，温度越高高分子材料的老化速度越快。比如，聚乙烯会200-290℃条件出现热老化；聚酞胺会在300℃条件下降解；聚对苯二甲酸乙二醇酯的降解温度在280一320℃之间；而温度超过160℃时，聚氯乙烯以及聚甲基丙烯酸甲酯也容易降解。当然，过度低温也同样会引发高分子材料老化，低温条件下材料会变硬或变脆。

第三，湿度。当大量水分子渗入高分子材料时，会引发材料溶胀、溶解，从而改变材料结构与性能。事实上，湿度过高会破坏高分子材料的聚集状态，催动高分子材料老化。对于电线电缆塑料材料，双85（高温85±2℃和湿度85±5%RH）条件下放置1000H后不开裂、电气和机械性能无明显变化是华为等企业的常用评估标准。

第四，光照。光照射高分子材料后，会产生离解能，从而让内部的分子链受到破坏；如果离解能过高，就会改变高分子材料的化学结构与性能。事实上，地球上太阳光线波长范围为290nm～4300nm之间，极容易引发高分子化学键断裂。因此，光照也是造成高分子材料的主要原因。

第五，生化。所谓生化，是指化学介质和微生物，它们会让高分子材料的化学结构发生变化，更会改变物质的聚合状态。在生化因素影响下，高分子材料会发生降解或老化。

3高分子材料的防老化方法

高分子材料的老化成因众多，引发老化的根本原因是高分子材料本身的结构性能特殊性和所处环境的异常变化。从现实角度来看，高分子材料老化是内外力共同作用的结果，因此防治高分子材料老化也应该对内因和外因进行全面考量。

3.1改变材料构成

防治高分子材料时，相关工作人员可以从根源着手，通过改良高分子材料本身的特性降低其老化几率。对于高分子材料而言，老化不可避免，但是却可以基于成分变化而延缓。基于此，在高分子材料生产和加工环节，相关工作人员可以在其中添加防老剂，使高分子材料的老化趋势被抑制，从而优化高分子材料性能、延长高分子材料使用寿命。比如，添加链终止剂、氢氧化物分析剂等抗氧剂，避免高分子材料的氧老化,常用巴斯夫受阻酚类1010抗氧剂添加0.2%均能提高材料老化伸长率残率5%；添加

邻苯二甲酸酯、偏苯三甲酸酯、烷基磺酸酯等增塑剂，预防高分子材料的热老化，DINP/TOTM等增塑剂添加在软质聚氯乙烯塑料制品对于提升热老化性能有良好的表现；添加紫外吸收剂、自由基捕捉剂、光屏蔽剂等光稳定剂，预防高分子材料的老化；添加防霉剂，预防高分子材料的生物老化^[2]。

在实践中，通过改变高分子材料构成延缓材料老化十分可行。但为了确保添加剂的老化限制作用，相关工作人员必须保证添加剂无害，即不添加破坏性物质，不会因添加剂的融入加速高分子材料老化。而且，在使用防老剂时必须严格依照高分子材料的实际需要进行选择，并严格控制防老剂用量，以优化高分子材料性能、预防老化为根本目标添加防老剂。

3.2优化材料使用环境

高分子材料常常暴露于室外环境或恶劣条件下，此时发生老化的几率极高，而且材料的老化速度相对较快。为有效预防高分子材料老化，相关工作人员需要优化材料的使用环境。在此环节，除了需要关注环境控制外，还必须高度重视高分子材料本身。比如，基于防老涂层，改善高分子材料的使用环境，延缓材料老化速度。对于高分子材料而言，在其外部涂刷防老化材料，避免材料直接接触空气、水分子和光线，将改变材料的使用环境，延长材料使用寿命。为此，高分子材料生产和使用人员，可以在高分子材料表面设置反微生物涂层、色素涂层、防氧化涂层和防水涂层，为切实提升高分子材料防老能力提供保障。

3.3多元材料组合应用

在防治高分子材料老化方面，通过合用高分子材料打造稳定性、抗老化能力更佳的新型高分子材料也十分常见。当前，高分子材料种类不断丰富，不同性质的高分子材料具有性能互补的特质，而利用这些材料合成新的高分子材料，将实现性能提升。通常来说，不同性质高分子材料合成后，新型高分子材料的理化性能相对稳定，而光照、氧化、温湿等外部条件对材料的影响也会变小，材料的氧化速度大减，所以使用寿命将得到延长。需要注意的是，并非所有的高分子材料都可以用于合成新型高分子材料，在开发新材料时相关工作人员需要选用可共生的材料，并且合理选用加工工艺。

结论：综上所述，防止高分子材料老化是进一步提高材料性能优越性、实用性以及耐久性的重要方法，在推动高分子材料产业发展作用突出，可以让高分子材料拥有更加广阔的发展前景。为此，相关工作人员需要明确各类型高分子材料的老化成因，并且从改变材料构成、使用环境以及组合应用等角度出发预防材料老化。

参考文献：

[1]王瑞宏.浅谈功能高分子材料的研究现状及其发展前景[J].现代盐化工,2021,48(03):72-73.

[2]周鸿云,朱勋铭,刘翔宇.高分子材料老化机理及防治方法探讨[J].民营科技,2018(12):25.