如何防止高分子材料的老化?
更新時間:2012-08-07 點擊次數(shù):2357
高分子材料在加工、貯存和使用過程中,由于受內(nèi)外因素的綜合作用,其性能逐漸變壞,以致zui后喪失使用價值,這種現(xiàn)象就是老化。老化是一種不可逆的變化,它是高分子材料的通病。但是人們可以通過對高分子老化過程的研究,采取適當?shù)姆览匣胧?,提高材料的耐老化的性能,延緩老化的速率,以達到延長使用壽命的目的。
(1)老化的原因主要是由于結(jié)構(gòu)或組分內(nèi)部具有易引起老化的弱點,如具有不飽和雙鍵、支鏈、羰基、末端上的羥基,等等。外界或環(huán)境因素主要是陽光、氧氣、臭氧、熱、水、機械應(yīng)力、高能輻射、電、工業(yè)氣體、海水、鹽霧、霉菌、細菌、昆蟲,等等。
從結(jié)構(gòu)上的原因來說,聚乙烯比聚四氟乙烯容易老化,因為C—F鍵的鍵能比C—H鍵的鍵能大,它起著保護碳鏈的作用。聚丙烯不如聚乙烯耐老化,這是因為聚丙烯的碳鏈上有甲基,甲基碳原子上的氫原子比較容易脫去。由于聚酰胺鏈上有羧基,聚酯纖維中的酯鍵容易水解,因此也容易老化。又如二烯烴聚合的橡膠中含C=C雙鍵,容易發(fā)生熱氧老化、光氧老化、臭氧老化。由于橡膠常在應(yīng)力條件下使用,比較容易發(fā)生臭氧龜裂,因此臭氧老化是橡膠老化的主要原因。氯丁橡膠由于含有吸電子基的氯原子,因而較耐老化。
聚合物由于結(jié)構(gòu)上的弱點而在一定外界條件下發(fā)生的各種老化現(xiàn)象如前所述。有的聚合物沒有上述情況也會發(fā)生老化,如受到輻射特別是高能輻射時,化學(xué)鍵就會發(fā)生斷裂,即使是近紫外光輻射也能足夠打開一般的單鍵(C—H、O—H那樣的強鍵除外)。
(2)防止老化的措施
從發(fā)生老化的原因來看,一個主要原因是在高分子結(jié)構(gòu)本身。因此,改善高分子的結(jié)構(gòu)以提高老化的能力是很重要的。例如,橡膠在硫化以后,依然存在著不飽和雙鍵,而橡膠制品在使用時又難于避免日光、氧氣、臭氧等的侵蝕,所以人們研究合成新的品種就應(yīng)避免或大大減少橡膠的高分子鏈上的雙鍵。當納塔等人用絡(luò)合催化劑定向聚合了聚乙烯以后,他們就預(yù)測可以用乙烯和丙烯兩種單體經(jīng)共聚制成彈性體,后來,果然合成了二元乙丙橡膠,乙丙橡膠區(qū)別于其他合成橡膠在結(jié)構(gòu)上的一大特點就是主鏈中不含雙鍵,*飽和,使它成為zui耐臭氧、耐化學(xué)品、耐高溫的耐老化橡膠。但是,乙丙橡膠也帶來聚二烯橡膠所沒有的缺點,如硫化速率慢,不易跟金屬粘合等。于是人們又研究在乙丙橡膠上接上易硫化的第三單體,以提高硫化速率。目前,乙丙橡膠已成為合成橡膠中有發(fā)展前途的一個品種。高分子科學(xué)和生產(chǎn)工藝的發(fā)展,將不斷地改進高聚物的性能,使它們延緩老化并延長使用壽命。
其次是在合成材料加工過程中添加防老劑。如添加防止氧氣或臭氧引起老化的抗氧劑,添加紫外光穩(wěn)定劑、熱穩(wěn)定劑、防霉劑,等等。
再次,還可以用物理防護的方法,如涂漆、鍍金屬、浸涂防老劑溶液等。
總之,對聚合物的老化和防老化的研究是高分子科學(xué)和技術(shù)的一個重大問題。在選擇單體、改進加工聚合方法、添加防老劑、保護制品表面等方面,雖已取得顯著成果,但仍需進行深入的研究。
我們在使用高分子材料制品時,也要注意保護,以延緩其老化。例如,濕的聚酯纖維衣服不宜在日光下曝曬,塑料雨傘、雨衣在使用后要擦干以防止因霉菌侵蝕而發(fā)霉,等等。但是,有些制品是難于避免這些外界因素的,如塑料地膜、塑料大棚上的薄膜、汽車輪胎、室外電纜包皮等都不能避免日曬雨淋以及氧氣等的侵蝕。這就要依靠從高分子結(jié)構(gòu)、加工等方面來提高質(zhì)量以加強聚合物內(nèi)部防老化的能力。
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