引言
在使用有機高分子材料之前,對材料的老化失效行為進行分析,才能掌握材料的老化失效規律。而在此基礎上,則可以采取適當的調控措施預防材料老化現象的發生。因此,對有機高分子材料的老化行為及其調控問題進行探討,對于提高材料的抗老化性能有著一定的指導意義。
1 有機高分子材料的老化行為分析
1.1 材料的熱老化
就實際情況而言,環境溫度的升高,將直接導致有機高分子材料中的分子鏈運動加劇。而在分子動能大于化學鍵的離解能時,則將導致分子鏈出現熱降解行為。此外,與材料力學性能相關的臨界溫度有多種。所以,隨著溫度的逐漸降低,材料在到達臨界溫度時就會出現結構上的變化,繼而使自身的物理性能也隨之改變。而這一現象,則被稱之為材料的熱老化現象。
1.2 材料的濕老化
濕度之所以能夠引起有機高分子材料的老化,主要還是因為水分子對材料作用。在材料被水分子包圍的情況下,材料分子之間的作用力會因溶脹和溶解而改變。而這將直接導致材料的聚集狀態遭到破壞,繼而使材料的性能受到影響。在實際生活中,非交聯的非晶聚合物就將明顯受到環境濕度的影響[1].在材料被水分子包圍的情況下,該種材料甚至會出現解體,繼而出現嚴重的濕老化現象。
1.3 材料的氧老化
作為引起有機高分子材料老化的重要因素,氧氣對材料的老化行為產生了重要的影響。在空氣中,具有一定的滲透性的氧分子將對材料分子主鏈進行攻擊。而在這種情況下,材料內部將形成過氧化物或自由基,繼而導致分子主鏈的斷裂。此外,在自由基中存在金屬元素時,材料的氧化反應則將更加強烈。而一些材料的分子量的明顯降低,則將導致材料的快速老化。
1.4 材料的光老化
一般來講,一些有機高分子材料能夠吸收光能。在光的照射下,由于材料吸收的光能高于分子鏈的離解能,繼而導致了分子鏈的斷裂。
而材料化學結構的改變,則直接導致了材料性能的劣化。此外,紫外線的能量較強,所以有機高分子材料常常會受到紫外線的傷害。
1.5 材料的生物老化
在加工有機高分子材料的過程中,往往需要使用大量的添加劑,繼而給微生物的生長提供了良好的環境。而微生物具有較強的變異性,可以分解出高聚物的催化酶。所以,微生物將以材料為食物,即通過吸收材料內部營養而導致材料的迅速降解,繼而造成材料的老化。而微生物在生長過程中產生的一系列代謝物,則將導致材料的光潔度降低,繼而影響材料的使用。
2 有機高分子材料的老化行為的調控
2.1 熱老化的預防
為了預防材料的老化,首先要合理控制材料的加工溫度。而過低的溫度也會導致材料性能發生變化,所以也要增強材料的抗寒性。具體來講,就是在材料生產過程中,需要添加一定的增塑劑,從而使材料的玻璃化溫度得到降低。就目前來看,增塑劑主要有分子增塑和結構增塑兩種。其中,分子增塑可以增加分子鏈柔順性,而結構增塑則能起到潤滑作用。
2.2 濕老化的預防
在預防材料的濕老化時,主要需要防止材料在酸堿催化作用下接觸水分子。因為,一些有機高分子材料在酸堿催化作用下水解,則將對空氣造成一定的污染,甚至引發酸雨的出現[2].所以,需要盡量避免在酸堿環境下使用該類材料。此外,為了防止材料與水分子的接觸,也可以在材料表面覆蓋防水薄膜,從而防止材料因水解而老化。
2.3 氧老化的預防
在現實生活中,材料不得不接觸大量的氧分子。所以,在材料加工的過程中,可以添加一定的抗氧化物。因為,這些抗氧化物將與材料產生的過氧自由基發生反應,繼而徹底終止材料的氧老化反應。就目前來看,現階段的抗氧劑主要有兩種,即自由基受體型和自由基分解型。其中,受體型抗氧劑能夠降低過氧自由基的活性,而分解型抗氧劑則能夠使過氧自由基轉變成穩定化合物,繼而使材料的老化速度得以降低。
2.4 光老化的預防
在材料加工的過程中,加入適量的光穩定劑可以預防材料的光老化。就目前來看,常用的光穩定劑有光屏蔽劑和紫外吸收劑。其中,光屏蔽劑可以進行紫外光的反射,繼而防止光能進入到材料內部。而紫外吸收劑則可以主動吸收紫外線的能量,繼而通過釋放熒光而將光能從材料內部排出。此外,也可以在材料的表面涂抹一定的丙烯酸涂料[3].因為,該涂料可以進行紫外線的預防,并增加材料的光穩定性。
而涂料的涂層越厚,材料的光穩定性則越好。
2.5 生物老化的預防
就目前來看,能夠導致有機高分子材料出現生物老化的微生物主要為霉菌。所以,想要預防材料的生物老化,就需要做好霉菌的預防。
而防止材料的霉菌老化的方法主要是在材料中加入防霉劑,繼而防止霉菌的滋生。此外,也可以在材料表面涂抹反微生物因子,以便預防材料出現生物老化現象。
3 結論
總之,由于有機高分子材料本身具有一定的復雜性,所以影響材料老化行為的因素有很多。因此,有關人員有必要加強對材料老化性能的研究,以便全面掌握影響材料老化的因素,繼而更好的預防材料的老化。
參考文獻:
[1]孫彥紅,易傳斌,皮紅等。有機高分子材料使用壽命預測方法[J].高分子通報 ,2011(12):128-132.
[2] 張彤 , 王麗琴 . 光穩定劑在有機高分子文物保護材料改性中的應用 [J]. 材料導報 ,2014(09):104-108.
[3] 李倩 , 強洪夫 . 高分子材料老化表征與分子模擬研究進展 [J]. 高分子材料科學與工程 ,2010(01):170-174.